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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten
aus magnetisch anisotropem Material, wobei feinzerkleinerte Teilchen des magnetisch
anisotropen Materials, vorzugsweise nach magnetischer Ausrichtung mittels eines
äußeren Magnetfeldes, in einer Form zu einem Formkörper gepreßt werden, und der
Formkörper anschließend einem vollständigen Sintervorgang unterworfen wird.
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Es ist in zahlreichen Verfahrensvarianten bekannt, Permanentmagneten
dadurch herzustellen, daß feine Teilchen eines magnetisch anisotropen Materials,
wie Bariumferrit, Strontiumferrit und Bleiferrit, mit hohem Druck zusammengepreßt
und die Preßlinge dann bei einer hohen Temperatur zu einem zusammenhängenden Körper
zusammengesintert werden. Die Teilchen können dabei, müssen aber nicht unbedingt
Eindomänengröße besitzen. Solche Sintermagnete haben brauchbare magnetische Eigenschaften,
die sich durch Erzeugung einer magnetischen Vorzugsrichtung noch zusätzlich verbessern
lassen, indem die Teilchen vor dem Pressen durch ein äußeres magnetisches Richtfeld
ausgerichtet werden, um die magnetischen Hauptachsen der Teilchen möglichst weitgehend
parallel zueinander einzustellen, und danach die weitere Verarbeitung unter Beibehaltung
dieser Ausrichtung erfolgt.
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Bei der Herstellung von Sintermagneten ist es auch bereits bekannt,
die aus den feinen Teilchen bestehenden Preßlinge durch ein temporäres Bindemittel
zu verfestigen, und dieses Bindemittel beim anschließenden Sintern wieder auszubrennen.
Dadurch lassen sich die normalerweise sehr empfindlichen Preßlinge besser handhaben,
aber andererseits sinkt das Energieprodukt des fertigen Sinterkörpers etwas ab,
da der Sinterkörper wegen des ausgebrannten Bindemittels weniger dicht ist als bei
Sinterung ohne Bindemittel.
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Weiterhin ist es bei der Herstellung von Sintermagneten bekannt, die
gegebenenfalls magnetisch ausgerichteten Preßlinge unter milden Bedingungen zu einem
Vorkörper von nur schwachem Zusammenhalt zu sintern, diesen Vorkörper anschließend
durch Mahlen zu Granulat zu zerkleinern, das Granulat danach, gegebenenfalls unter
erneuter magnetischer Ausrichtung zu verpressen und dann bei hohen Temperaturen
fertigzusintern. Dadurch läßt sich das Verpressen des Materials verfahrenstechnisch
leichter bewirken, und außerdem kann für das Endprodukt auch eine günstigere Kristallstruktur
erreicht werden.
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Der wesentliche Nachteil aller Sintermagnete, gleich wie sie im einzelnen
hergestellt worden sind, besteht darin, daß sie außerordentlich hart und spröde
sind. Sie können nicht durch Schneiden oder Verformen bearbeitet werden, sondern
lassen sich nur durch Schleifen oder Schmirgeln in eine genaue Form bringen. Bei
rauher Behandlung platzen oder springen sie leicht. Außerdem ergibt sich bei der
Herstellung der Sintermagnete eine verhältnismäßig hohe Ausschußquote, weil das
Material dazu neigt, sich während der Sinterung zu werfen, und bei großen oder sperrigen
Abmessungen beim Sintern und Abkühlen zu brechen oder Sprünge zu bilden. Auf Grund
dessen ist es in der Praxis schwierig und in einzelnen Fällen sogar unmöglich, Sintermagnete
mit engen Toleranzen herzustellen. Zur Erzielung gleichmäßiger Produkte ist eine
strenge Kontrolle erforderlich. Falls die Einhaltung genauer Abmessungen notwendig
ist, muß das gesinterte Produkt größer hergestellt werden und dann auf sein endgültiges
Maß geschliffen werden. Dies ist aufwendig, und überdies sind die nicht geschliffenen
Flächen rauh und unregelmäßig im Erscheinungsbild.
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Es ist auch bereits bekannt, Dauermagnete auf Ferritbasis dadurch
herzustellen, daß die feinen Teilchen des Ferritwerkstoffes, gegebenenfalls nach
magnetischer Ausrichtung, allein durch Einbettung in ein Bindemittel zu einem zusammenhängenden
Körper verbunden werden. In einem solchen Fall wird keine Sinterung verwendet, und
das Bindemittel fungiert als permanentes Bindemittel. Damit sind die mechanischen
Eigenschaften des Dauermagnets im wesentlichen durch die mechanischen Eigenschaften
des Bindemittels bestimmt, und folglich läßt sich bei entsprechender Auswahl des
Bindemittels eine gute Bearbeitbarkeit durch Schneiden od. dgl. erzielen. Durch
Bindemittel gebundene Dauermagnete können auch leicht in eine komplizierte Gestalt
gebracht werden. Ihr Nachteil liegt jedoch in einem vergleichsweise schwachen Energieprodukt,
so daß sie in der Praxis nur beschränkte Verwendung gefunden haben.
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Mit der Erfindung soll ein Dauermagnet geschaffen werden, der unter
Beibehaltung von günstigen, für Sintermagnete charakteristischen Werten verbesserte
mechanische Eigenschaften aufweist, wie sie bislang nur für ungesinterte, durch
ein permanentes Bindemittel gebundene Dauermagnete möglich waren.
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Ausgehend von einem durch vollständige Sinterung erzeugten Formkörper
aus magnetisch anisotropem Material, wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß der fertig gesinterte Formkörper in einem Gesenk, dessen Füllvolumen etwa 1
bis 8 11/o größer ist als der Formkörper, zu einem Granulat von, im Vergleich zu
den Ausgangsteilchen, grober Korngröße zerdrückt wird und daß anschließend in an
sich bekannter Weise ein in das Gesenk eingespeistes Bindemittel um das Granulat
herum zur Verfestigung gebracht wird, wobei sowohl das Zerdrücken des Formkörpers
als auch das Einspeisen und Verfestigen des Bindemittels unter Bedingungen erfolgt,
bei denen die geometrische Orientierung der Granulatkörper im Vergleich zu ihrer
Orientierung im fertig gesinterten Formkörper im wesentlichen beibehalten bleibt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die jeweiligen Vorteile
des Sinterverfahrens und des Verfahrens der Bindemittelbindung vereinigt, ohne deren
Nachteile aufzuweisen. Infolge des orientierungsgerechten.Zerkleinerns des Sinterkörpers
sind die magnetischen Werte des Endproduktes im wesentlichen gleich den Werten des
Ausgangsproduktes. Bei dem Zerkleinerungsvorgang bewegen sich die einzelnen Bruchstücke
leicht auseinander, werden aber nicht verdreht oder verkantet. In die dabei entstehenden
Zwischenräume dringt das Bindemittel ein, das dann die Bruchstücke zu dem endgültigen
Dauermagnet verbindet und damit die mechanischen Eigenschaften des Dauermagnets
bestimmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von
den bekannten Verfahren, bei denen zur Herstellung eines Sinterkörpers ein schwach
gebrannter Vorkörper erzeugt, dieser durch Mahlen granuliert und das Granulat dann
zum fertigen Sinterkörper weiterverarbeitet wird. Bei dem Mahlen geht jegliche Orientierung
der Bruchstücke zueinander verloren, während diese Orientierung bei
dem
erfindungsgemäßen Verfahren durch orientierungsgerechtes Zerkleinern beibehalten
wird. Außerdem ist bei dem bekannten Verfahren die Granulierung ein Verfahrensschritt
in der Herstellung eines Sinterkörpers mit üblichen mechanischen Eigenschaften,
während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein bereits fertig gesinterter Körper
vorausgesetzt und die Granulierung im Zusammenhang mit zusätzlichen Bearbeitungsschritten
vorgesehen ist, um die ungünstigen mechanischen Eigenschaften der Sinterkörper zu
verbessern.
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Es wurde gefunden, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur ein
verhältnismäßig kleiner Verlust an magnetischen Werten des ursprünglichen Sinterkörpers
eintritt. Dies läßt sich im wesentlichen darauf zurückführen, daß die zerkleinerte
Masse etwas mehr Raum beansprucht als der Sinterkörper und damit die magnetische
Dichte, d. h. das Gewicht an Magnetmaterial pro Volumeinheit, im Endprodukt etwas
kleiner ist, und zwar in einem typischen Beispiel um etwa 5 % kleiner als im Sinterkörper.
Zugleich bestätigt dies die nicht ohne weiteres vorhersehbare Tatsache, daß bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch keine Desorientierung der Teilchen erfolgt.
Wenn der ursprüngliche Sinterkörper unorientiert ist, erfolgt bei der Zerkleinerung
selbstverständlich keine Orientierung, wenn dieser Körper aber orientiert ist, bleibt
im Endprodukt etwa derselbe Orientierungsgrad erhalten.
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Die meisten Sinterprodukte werden aus sehr feinen Teilchen hergestellt,
deren Größe im Bereich von 1/E bis 20 um liegt. Bei der Zerkleinerung wird der Sinterkörper
nicht wieder auf diese ursprüngliche Größe zerkleinert, sondern zu demgegenüber
größeren Bruchstücken. Bevorzugt wird derart vorgegangen, daß der Sinterkörper in
dem Gesenk durch Aufbringen eines Druckes von wenigstens 4,8 t/cm2 zu einem Granulat
mit einer Teilchengröße von etwa 3,2 bis 0,4 mm Durchmesser zerkleinert wird. Die
Größe der Bruchstücke ist allerdings nicht kritisch. Da sich die Bruchstücke bei
der Zerkleinerung des Sinterkörpers leicht auseinanderbewegen, füllen sie das etwas
größere Gesenk, in dem sie enthalten sind, vollständig aus.
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Nach der Zerkleinerung und zweckmäßig auch noch während der Einfüllung
des Bindemittels wird das Granulat in dem Gesenk, in dem die Zerkleinerung stattgefunden
hat, unter einem ausreichenden Druck gehalten, damit die Relativlage der Bruchstücke
sichergestellt bleibt. Das Bindemittel kann irgendein härtbares, flüssiges oder
fließfähiges, nicht magnetisches Material sein, z. B. ein thermoplastisches oder
wärmehärtbares Harz, aber auch Blei oder Aluminium. Es wird in das Gesenk eingeleitet,
um die Hohlräume und Sprünge zwischen den Bruchstücken voll auszufüllen, und dann
zur Verfestigung gebracht. Die Art der Verfestigung hängt von dem verwendeten Bindemittel
ab, ein wärmehärtbares Harz wird auf die Abbindetemperatur erhitzt, ein thermoplastisches
Material dagegen lediglich abgekühlt. Nach der Verfestigung des Bindemittels sind
die Bruchstücke unbeweglich zu einem zusammenhängenden Körper verbunden.
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Die Volumenzunahme des Produktes durch die Zerkleinerung ist nicht
größer als ungefähr 1 bis 8 %, und die zur Ausfüllung der Hohlräume und Sprünge
erforderliche Bindemittelmenge ist sehr klein. Das Bindemittel schafft aus der zerkleinerten
Masse nicht nur einen zusammenhängenden Körper, sondern nimmt auch genau die Gestalt
des Gesenks an, in dem sich das Verfahren abspielt, so daß das ausgehärtete Produkt
Abmessungen zeigt, die genau den Abmessungen des Gesenks entsprechen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt noch darin, daß auch Sinterkörper
mit Mängeln, wie Sprüngen, Verwerfungen od. dgl., zu einem hochwertigen Endprodukt
verarbeitet werden können und nicht mehr als Ausschuß verworfen werden müssen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 perspektivisch einen scheibenförmigen
Sinterkörper, der das Ausgangsprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet, F
i g. 2 im Längsschnitt ein Gesenk mit einem eingelegten Sinterkörper gemäß F i g.
1 vor dessen Zerkleinerung, F i g. 3 das Gesenk der F i g. 2 nach dem Zerkleinern
des Sinterkörpers, F i g. 4 das Gesenk der F i g. 2 bei der Einführung des Bindemittels
in die zerkleinerte Masse und F i g. 5 perspektivisch das Endprodukt.
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Das Ausgangsprodukt für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein fertiger
Sinterkörper, dessen Abmessungen etwas kleiner sind als die Abmessungen des gewünschten
Endproduktes. Die Herstellung dieses Sinterkörpers bildet keinen Teil der Erfindung,
sie kann nach irgendeiner der bekannten Methoden erfolgen. Dabei sei noch besonders
darauf hingewiesen, daß eine genaue Formgebung des Sinterkörpers nicht erforderlich
ist. Die Bedeutung der Erfindung liegt gerade in der Tatsache, daß die genaue Formgebung
des Ausgangsproduktes vermieden werden kann und daß auch zerbrochene, gesprungene
oder aufgeworfene Ausschußteile zu Endprodukten von hoher Qualität verarbeitet werden
können.
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In F i g. 1 ist als Beispiel ein Sinterkörper 2 gezeigt, der das Ausgangsprodukt
für die Herstellung eines kreisscheibenförmigen Magnets der in F i g. 5 gezeigten
Gestalt bilden soll. Dieser Sinterkörper 2 ist eine Kreisscheibe mit einer Mittelöffnung
3 und diametral gegenüberliegenden Randnuten 4. Es sei angenommen, daß das Endprodukt
etwa 2,5 cm Durchmesser und 6 mm Stärke haben soll. Die Querschnittsabmessungen
des Sinterkörpers 2 sind etwas geringer, als für das Endprodukt gefordert
ist. Im übrigen kann der Sinterkörper 2, wie in F i g. 1 angedeutet ist, sich geworfen
haben, einen Sprung besitzen und die Bildung von Schichten zeigen. Ein solcher Sinterkörper
wäre normalerweise als Ausschuß zu verwerfen, weil er für gewerbliche Zwecke völlig
unbefriedigend ist. Er ist Jedoch als Ausgangsprodukt für das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet.
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Zur Herstellung des Endproduktes wird der Sinterkörper 2 in das in
F i g. 2 bis 4 gezeigte Gesenk 5 eingelegt, dessen Hohlraum im Querschnitt genau
dem Querschnitt des gewünschten Endproduktes entspricht. Das Gesenk 5 ist mit zwei
relativ zueinander beweglichen Stempeln 6 und 7 versehen, auf die z. B. durch eine
(zeichnerisch nicht weiter dargestellte) hydraulische Presse ein entsprechender
Druck übertragen werden kann. Ein Kern 8 erstreckt sich durch die Mittelöffnung
3 des Sinterkörpers 2, und einer der Stempel 6 und 7, in der Zeichnung der Stempel
7, ist mit zwei Erhebungen 9 versehen, die der Form
der Nuten 4
entsprechen. Das Gesenk besitzt weiterhin noch eine Anzahl von Seitenöffnungen 10
zur Zufuhr eines Bindemittels.
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Zwischen den Stempeln 6 und 7 wird der Sinterkörper 2 mit einer Kraft
zusammengepreßt, die zum Zerdrücken des Sinterkörpers in unregelmäßige Bruchstücke
11 ausreicht. Diese Bruchstücke sind in F i g. 3 angedeutet, es sei aber darauf
hingewiesen, daß F i g. 3 nur das Prinzip veranschaulichen soll und nicht die tatsächliche
Form und Größe der Bruchstücke wiedergibt. Normalerweise ist ein Druck von etwa
4,8 t/cm2 oder mehr erforderlich, um die Zerkleinerung des Sinterkörpers 2 zu erreichen.
Der Druck ändert sich jedoch entsprechend den Parametern und Eigenschaften des jeweils
verwendeten Sinterkörpers. Die Zerkleinerung wird in dem Gesenk vorzugsweise an
einer Stelle vorgenommen, die nicht im Bereich der Öffnungen 10 liegt, so daß die
Bruchstücke 11 nicht durch die Öffnungen hindurchfallen können.
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Der Sinterkörper neigt im allgemeinen dazu, in eine große Anzahl kleiner
Bruchstücke zu zerbrechen, wobei diese Tendenz wieder etwas von der Art des verwendeten
Materials abhängt. Die Bruchstücke sind unregelmäßig und können in Form und Größe
beträchtlich voneinander abweichen, sie sind in dieser Hinsicht den Bruchstücken
ähnlich, die sich beim Zerbrechen von Glas oder Keramik ergeben. In jedem Fall sollte
der zur Zerkleinerung aufgewandte Druck ausreichen, um Bruchstücke mit Längenabmessungen
in der Größenordnung etwa von 1,5 mm zu bilden. Die Zerkleinerung zeigt sich durch
einen plötzlichen Druckabfall im angezeigten Druck an. Falls erforderlich, kann
der Druck danach wiederhergestellt werden, um die richtige Zerkleinerung zu gewährleisten.
Die Bruchstücke 11 füllen im wesentlichen den vorhandenen Raum zwischen den Stempeln
6 und 7 vollständig aus, was bei dem Sinterkörper vor der Zerkleinerung
nicht der Fall war.
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Nach beendeter Zerkleinerung werden die Stempel 6 und 7, wie in F
i g. 4 dargestellt, bis zu den Einlaßöffnungen 10 bewegt, wobei die Bruchstücke
11 während der Bewegung zwischen den Stempeln in ihrer Relativlage festgehalten
werden. Danach wird ein flüssiges, verfestigbares Bindemittel, wie z. B. Polyvinylchlorid,
über die Öffnungen 10 in dem Raum zwischen die Teilchen 11 geleitet. Die
Bruchstücke verbleiben in dem Gesenk so lange in ihrer Relativlage, bis sich das
eingeleitete Bindemittel verfestigt hat. Die Verfestigung wird dabei in der für
das verwendete Bindemittel üblichen Weise vorgenommen. Anschließend an die Verfestigung
kann noch ein Prägevorgang mit mittlerem Druck, z. B. bei 350 bis 400 kg/cm2 durchgeführt
werden.
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Das in F i g. 5 gezeigte Endprodukt besitzt eine glatte Oberfläche,
da das Bindemittel auf der glatten Fläche des Gesenks aushärtet. Seine Abmessungen
sind durch das Gesenk genau bestimmt. Außerdem ist es sehr widerstandsfähig und
läßt sich ohne Zerbrechen oder Zerbröckeln handhaben. Alle Mängel des ursprünglichen
Sinterkörpers, wie Sprünge, Verwerfungen und Schichtbildungen, sind beseitigt. Falls
der ursprüngliche Sinterkörper in Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche magnetisch
ausgerichtet war, dann ist auch das Endprodukt in der gleichen Richtung ausgerichtet
wie dies durch die Pfeile in F i g. 1 und 5 angedeutet ist.
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Es ist nicht erforderlich, für das Ausgangsprodukt ein fertig magnetisiertes
Material zu verwenden, vielmehr genügt die Verwendung eines magnetisierbaren Materials.
Die Magnetisierung des Sinterkörpers ist kein notwendiger Schritt des Verfahrens,
und vorzugsweise ist er auch vor der Durchführung des Verfahrens nicht magnetisiert.
Die Magnetisierung kann nach der Herstellung des Endproduktes von dem Hersteller
oder sogar von dem Käufer vorgenommen werden.