DE19925322A1 - Extrusionsgeformter magnetischer Körper aus magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikeln - Google Patents
Extrusionsgeformter magnetischer Körper aus magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff-PartikelnInfo
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Abstract
Es handelt sich um einen extrusionsgeformten Magneten aus einem Samarium-Eisen-Stickstoff-Material, welches neu ist und hervorragende magnetische Eigenschaften aufweist, d. h. aus magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikeln mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften. Ein dauermagnetisches Material aus magnetisierten anisotropen Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikeln, welches einen erhöhten Abstand der Eisenatome und eine erhöhte magnetische Sättigung aufweist, wird dadurch hergestellt, daß Stickstoff in das Eisenkristallgitter einer Samarium-Eisen-Legierung eingefügt wird, indem die Legierung in ein Stickstoffgas bei Temperaturen um 500 DEG C eingebracht wird. Das hergestellte dauermagnetische Material wird zu einem thermoplastischen Polyolefin-Kunstharz hinzugefügt und die Mischung wird thermisch verbunden und geknetet. Die dadurch erhaltene Paste wird in einen Extruder gefüllt und durch eine Magnetfeldvorrichtung extrudiert, welche an einem Ende des Extruders angeordnet ist und eine interne Matrize aufweist. So erhält man einen geformten Magneten, welcher eine Partikelanordnung mit einer festen Orientierung aufweist und flexibel ist. Der geformet Magnet wird mit einer Magnetisierungsvorrichtung entsprechend der Partikelanordnung in geeigneter Weise magnetisiert.
Description
Die Erfindung betrifft Magnetkörper aus neuen dauermagne
tischen Samarium-Eisen-Stickstoff-Materialien mit hervor
ragenden magnetischen Eigenschaften, wie remanente magne
tische Flußdichte (Br) Koerzitivkraft (Hc) und maximales
Energieprodukt ((BH)max), insbesondere extrusionsgeformte,
magnetische Körper aus magnetischen Samarium-Eisen-Stick
stoff-Partikeln. Dabei handelt es sich um plastische oder
kunstharzgeformte Magneten aus den neuen dauermagnetischen
Materialien, die hinsichtlich Formbarkeit und Flexibilität
ausgezeichnet sind.
Die für die Praxis geeigneten dauermagnetischen Materialien
besitzen stabile Eigenschaften und eine hohe magnetische
Flußdichte (Br), eine hohe Koerzitivkraft (Hc) und ein
hohes maximales Energieprodukt ((BH)max). Bei den häufig
benutzten Magneten aus diesen dauermagnetischen Materialien
handelt es sich um Ferritmagneten aus Bariumferrit
(BaO 6Fe2O3) oder Strontium-Ferrit (Sro 6Fe2O3) und um
Magneten aus seltenen Erden mit Samarium-Kobalt (Sm2CO17)
und Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B).
Ferritmagneten sind preisgünstig und einfach herzustellen
und finden deshalb vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, un
abhängig davon, ob es sich dabei um Sintermagneten oder
plastische Magneten handelt. Neodym-Eisen-Bor-Magneten
übertreffen sowohl die Ferritmagneten als auch die Sama
rium-Kobalt-Magneten hinsichtlich ihrer magnetischen Eigen
schaften. Dieses Material oxidiert jedoch leichter als die
Samarium-Kobalt-Magneten, so daß Vorkehrungen zur Verhin
derung der Oxidation getroffen werden müssen. Die Samarium-
Kobalt-Magneten übertreffen die Ferritmagneten hinsichtlich
ihrer magnetischen Eigenschaften bei weitem, weshalb sie
seit langem benutzt werden. Forschung und Entwicklung zur
Verbesserung ihrer Eigenschaften wurde betrieben und ihre
magnetischen Eigenschaften wurden weiter verbessert.
Die Samarium-Kobalt-Magneten haben jedoch den Nachteil, daß
es sich bei Kobalt um ein sehr teures Metall handelt. Um
einen preisgünstigen Magneten zu schaffen, wurde deshalb
ein dauermagnetisches Material gefordert, welches kein
Kobalt benötigt und hervorragende magnetische Eigenschaften
aufweist. Kürzlich wurde ein Samarium-Eisen-Stickstoff-
Material mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften,
welche mit denen des Neodym-Eisen-Bor-Magneten vergleichbar
sind, dadurch erhalten, daß Stickstoff in das Eisen
kristallgitter einer Samarium-Eisen-Legierung eingeführt
wurde, indem die Legierung in ein Stickstoffgas bei Tempe
raturen um 500°C gebracht wurde. Dieses Samarium-Eisen-
Stickstoff-Material hat jedoch den Nachteil, daß der Stick
stoff dem Eisenkristallgitter entweicht, sobald die Tempe
ratur erhöht wird. Eine Anwendung für Sintermagneten war
folglich nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen biegsamen
und flexiblen Magneten mit hervorragenden magnetischen
Eigenschaften aus einem Samarium-Eisen-Stickstoffmaterial
zu schaffen, welcher neu ist und hervorragende magnetische
Eigenschaften vorweisen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
Magnet nach Anspruch 1 oder 2. Die Ansprüche 3 bis 5
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein
dauermagnetisches Samarium-Eisen-Stickstoff-Material in
Form von magnetisch anisotropen Partikeln verwendet, bei
welchem die Abstände zwischen den Eisenatomen erhöht sind
und welches eine erhöhte magnetische Sättigung aufweist.
Das Material wird dadurch hergestellt, daß Stickstoff in
das Eisenkristallgitter einer Samarium-Eisen-Legierung ein
geführt wird, indem die Legierung in ein Stickstoffgas bei
Temperaturen um 500°C gebracht wird. Die magnetisch ani
sotropen Partikel werden zu einem Synthesekautschuk bzw.
synthetischen Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz
hinzugefügt.
Bei dem Synthesekautschuk, zu welchem die magnetisch ani
sotropen Partikel hinzugefügt werden, kann es sich um SBR
(Styrol-Butadien-Kautschuk), NBR (Nitril-Kautschuk), Buta
dien-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Butyl-Kautschuk,
Urethan-Kautschuk, Fluor-Kautschuk, etc. handeln. Bei dem
thermoplastischen Kunstharz kann es sich um ein Polyolefin-
Harz handeln, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybuten,
Polyethylen-Chlorid, Polystyrol, etc., um ein Vinylharz,
z. B. Vinyl-Chlorid, Polyvinyl-Acetat, etc., um ein Styrol
harz, oder um Polyester, Nylon, Polyurethan, Ethylen-Ace
tat-Vinyl-Copolymer (EVA) und ein EVA-Vinyl-Chlorid-Graft-
Copolymer. Unter den Verbindungen handelt es sich bei den
thermoplastischen Harzen, die anorganische Materialien, wie
magnetische Partikel enthalten können, um Polyethylen-
Chlorid, EVA, NBR, Polyolefin-Harz und Synthesekautschuk,
die alleine oder in Form von geeigneten Mischungen benutzt
werden können. Bei dieser Ausführungsform wird das Po
lyolefin-Harz verwendet. Die oben beschriebenen magnetisch
anisotropen Partikel werden zu dem Polyolefin-Harz hinzuge
fügt, die Mischung wird durchgeknetet und die durch ther
misches Verbinden erzeugte Paste wird in einen Extruder
gefüllt.
Die eingefüllte Paste wird durch eine Magnetfeldvorrichtung
extrudiert, welche an einem Ende des Extruders angeordnet
ist, so daß ein geformter Magnet erhalten wird, welcher
eine Partikelanordnung mit einer festen Orientierung auf
weist und flexibel ist. Der geformte Magnet wird mit einer
Magnetisierungsvorrichtung entsprechend der Partikelanord
nung in geeigneter Weise magnetisiert. Durch den Einsatz
verschiedener Matrizenformen lassen sich geformte Magneten
mit verschiedenen Formen kontinuierlich erzeugen. Diese
Form-Methode ist deshalb besonders zur Herstellung langge
streckter Magneten geeignet.
Das Verhältnis zwischen magnetisch anisotropen Partikeln
und dem thermoplastischen Polyolefin-Kunstharz ist verän
derbar. Durch Erhöhung des Kunstharzanteils läßt sich das
Formen vereinfachen, während der reduzierte Anteil an
magnetisch anisotropen Partikeln zu einer Verschlechterung
der magnetischen Eigenschaften des Magneten führt. Durch
Erhöhung des Anteils an magnetisch anisotropen Partikeln
lassen sich die magnetischen Eigenschaften verbessern,
während der reduzierte Kunstharzanteil, der als Bindemittel
dient, zu einer schlechteren Formbarkeit führt. Als Kompro
miß werden die magnetisch anisotropen Samarium-Eisen-Stick
stoff-Partikel mit etwa 90 Gew.-% oder mehr eingeführt.
Mit einem auf diese Weise hergestellten extrusionsgeformten
Magneten, aus erfindungsgemäßen magnetisch anisotropen
Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikeln, läßt sich ein sehr
hohes maximales Energieprodukt ((BH)max) von etwa 55,7 bis
79,6 (KJ/m3) erhalten. Dieser extrusionsgeformte Magnet ist
insofern hervorragend, als das maximale Energieprodukt
((BH)max) der herkömmlichen spritzgußgeformten Ferritmagne
ten zwischen 12,7 und 18,3 und das der spritzgußgeformten
Neodym-Eisen-Bor-Magneten zwischen 39,8 und 55,7 liegt.
Dies gilt insbesondere, als das erreichbare maximale Ener
gieprodukt im allgemeinen je nach Herstellungsverfahren vom
Extrusionsformen über das Spritzgußformen hin zum Preßformen
ansteigt.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden zu
dem oben beschriebenen dauermagnetischen Samarium-Eisen-
Stickstoff-Material Ferritpartikel einer oxidierten Ver
bindung wie Barium-Ferrit (BaO 6Fe2O3) oder Strontium-Fer
rit (SrO 6Fe2O3), die im wesentlichen aus Eisen bestehen,
als magnetisch anisotrope Partikel in geeigneter Menge
zugefügt. Diese Mischung wird dann zu einem thermoplasti
schen Polyolefin-Kunstharz (oder einem synthetischen Gummi
oder einem sonstigen thermoplastischen Harz) hinzugefügt
und mit diesem durchgeknetet. Diese Zusammensetzung wird
dann thermisch verbunden und als durchgeknetete Verbindung
in einen Extruder gefüllt. Die eingefüllte und durchgekne
tete Verbindung wird durch eine Magnetfeldvorrichtung
extrudiert, die an einem Ende des Extruders angeordnet ist
und eine innere Matrize aufweist, so daß ein geformter
Magnet erzeugt wird. Der geformte Magnet wird dann mit
einer Magnetisierungsvorrichtung entsprechend seiner Par
tikelanordnung in geeigneter Weise magnetisiert, und der
Dauermagnet damit fertiggestellt.
Das Verhältnis zwischen den magnetisch anisotropen Sama
rium-Eisen-Stickstoff-Partikeln und den Ferritpartikeln
läßt sich variieren, um die gewünschten Werte des maximalen
Energieproduktes ((BH)max) zwischen 15,9 und 55,7 (oder
79,6) (KJ/m3) zu erhalten. Ein Dauermagnet mit einem maxi
malen Energieprodukt ((BH)max) von etwa 39,8 (KJ/m3) läßt
sich z. B. dadurch erhalten, daß die Anteile der magnetisch
anisotropen Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikel und der Fer
ritpartikel auf 80% bzw. 20% eingestellt werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurden magne
tisch anisotrope Partikel als dauermagnetisches Material
aus Samarium-Eisen-Stickstoff verwendet. Es ist jedoch auch
möglich, magnetisch isotrope Partikel zu verwenden. Es ist
auch möglich, anstelle der magnetisch anisotropen Ferrit
partikel magnetisch isotrope Ferritpartikel zu verwenden.
Deshalb sind vier verschiedene Kombinationen aus Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikeln und Ferritpartikeln denkbar, je
nachdem ob es sich um anisotrope oder isotrope Partikel
handelt. Sowohl bei den erstgenannten wie auch bei den
letztgenannten Partikeln kann es sich um magnetisch ani
sotrope Partikel handeln, so wie oben beschrieben. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, daß die erstgenannten
Partikel magnetisch anisotrop und die letztgenannten Parti
kel magnetisch isotrop sind. Außerdem ist es möglich, daß
die erstgenannten Partikel magnetisch isotrop und die
letztgenannten Partikel magnetisch anisotrop sind. Schließ
lich können sowohl die erstgenannten als auch die letztge
nannten Partikel magnetisch isotrop sein. Darüber hinaus
ist es möglich, die Orientierung des Magnetfeldes durch die
in der Matrize angeordnete Magnetfeldvorrichtung einzustel
len, außer wenn eine Kombination verwirklicht wird, bei der
die Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikel und die Ferritparti
kel magnetisch isotrop sind.
Wie beschrieben, läßt sich im Rahmen der Erfindung ein ex
trusionsgeformter Magnet aus magnetischen Samarium-Eisen-
Stickstoff-Partikeln dadurch erzeugen, daß ein Magnetkörper
magnetisiert wird, der durch Hinzufügen magnetischer Sama
rium-Eisen-Stickstoff-Partikel, die aus Samarium, Eisen und
Stickstoff bestehend zu einem Synthesekautschuk bzw. syn
thetischen Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz und
durch Formen der entstandenen Mischung durch Extrusion
erzeugt wird und der flexibel ist. Auf diese Weise erhält
man einen extrusionsgeformten Magnet, der hinsichtlich
Formbarkeit, Flexibilität und magnetischer Eigenschaften
hervorragend ist und ein hohes maximales Energieprodukt
((BH)max) besitzt.
Darüber hinaus läßt sich im Rahmen der Erfindung ein extru
sionsgeformter Magnet mit hervorragender Formbarkeit und
Flexibilität dadurch erhalten, daß magnetische Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikel in Form von magnetisch anisotro
pen Partikeln zu einem Synthesekautschuk bzw. synthetischen
Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz hinzugefügt
werden, wobei die entstandene Mischung extrusionsgeformt
wird, während eine Magnetfeld-Orientierung auf sie wirkt.
Damit ist es möglich einen extrusionsgeformten Magneten zu
erhalten, welcher hinsichtlich Formbarkeit und Flexibilität
hervorragend ist, eine Anordnung der magnetischen Teilchen
in fester Orientierung aufweist und außerdem hervorragende
magnetische Eigenschaften und ein hohes maximales Energie
produkt ((BH)max) aufweist, wie es mit herkömmlichen magne
tischen Materialien bisher nicht erreicht worden ist.
Außerdem kann im Rahmen der Erfindung ein extrusionsge
formter Magnet dadurch erhalten werden, daß magnetische
Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikel in Form von magnetisch
anisotropen Partikeln zu einem Synthesekautschuk bzw. syn
thetischen Gummi oder einem thermoplastischem Kunstharz
hinzugefügt werden, wobei die entstandene Mischung extrusi
onsgeformt wird, während sie einer Magnetfeld-Orientierung
ausgesetzt ist. Damit läßt sich ein extrusionsgeformter
Magnet erhalten, welcher hinsichtlich Formbarkeit und Fle
xibilität hervorragend ist, Partikelanordnungen in festen
Orientierungen aufweist und welcher hervorragende magneti
sche Eigenschaften und ein magnetisches Energieprodukt
((BH)max) aufweist, welches mit herkömmlichen magnetischen
Materialien bisher unerreicht war.
Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung ein extrusionsge
formter Magnet dadurch erhalten werden, daß magnetische
Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikel und Ferritpartikel als
magnetisch anisotrope Partikel zu einem Synthesekautschuk
bzw. synthetischen Gummi oder einem thermoplastischen
Kunstharz hinzugefügt werden, wobei die entstandene
Mischung extrusionsgeformt wird, während sie einer
Magnetfeld-Orientierung ausgesetzt ist. Damit ist es mög
lich, einen extrusionsgeformten Magneten zu erhalten, wel
cher hervorragend hinsichtlich Formbarkeit und Flexibilität
ist, eine Anordnung beider Partikelarten mit fester Orien
tierung aufweist und ein maximales Energieprodukt ((BH)max)
aufweist, welches bisher mit herkömmlichen magnetischen
Materialien unerreicht ist und welches durch die geeignete
Wahl des Anteils an Ferrit-Partikeln auf den gewünschten
Wert eingestellt werden kann.
Schließlich ist es durch die Benutzung eines thermoplasti
schen Polyolefin-Kunstharzes als thermoplastisches Kunst
harz möglich, eine befriedigende Mischung der anorganischen
magnetischen Partikel und des Kunstharzes zu erreichen und
auf diese Weise einen befriedigenden extrusionsgeformten
Magneten zu erhalten.
Claims (7)
1. Extrusionsgeformter Magnet aus magnetischen Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikeln, welcher durch
Hinzufügen von magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff- Partikeln, bestehend aus Samarium, Eisen und Stick stoff, zu einem Synthesekautschuk, synthetischen Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz,
Formen der entstandenen Mischung zu einem flexiblen Material und
Magnetisierung des flexiblen Materials
Hinzufügen von magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff- Partikeln, bestehend aus Samarium, Eisen und Stick stoff, zu einem Synthesekautschuk, synthetischen Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz,
Formen der entstandenen Mischung zu einem flexiblen Material und
Magnetisierung des flexiblen Materials
erzeugt wird.
2. Extrusionsgeformter Magnet aus magnetischen Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikeln, welcher durch
Hinzufügen von magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff- Partikeln, bestehend aus Samarium, Eisen und Stick stoff, und Ferritpartikeln zu einem Synthesekautschuk, synthetischen Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz,
Formen der entstandenen Mischung zu einem flexiblen Material und
Magnetisierung des flexiblen Materials
Hinzufügen von magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff- Partikeln, bestehend aus Samarium, Eisen und Stick stoff, und Ferritpartikeln zu einem Synthesekautschuk, synthetischen Gummi oder einem thermoplastischen Kunstharz,
Formen der entstandenen Mischung zu einem flexiblen Material und
Magnetisierung des flexiblen Materials
erzeugt wird.
3. Extrusionsgeformter Magnet aus magnetischen Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikeln nach Anspruch 1 oder 2, wobei
die magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikel zu dem
Synthesekautschuk, synthetischen Gummi oder dem thermopla
stischen Kunstharz in Form von magnetisch anisotropen Par
tikeln hinzugefügt werden und wobei die entstandene
Mischung während des Extrusionsformens einer Orientierung
durch ein Magnetfeld ausgesetzt ist.
4. Extrusionsgeformter Magnet aus magnetischen Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikeln nach Anspruch 2, wobei die
magnetischen Samarium-Eisen-Stickstoff-Partikel und die
Ferritpartikel zu dem Synthesekautschuk, synthetischen
Gummi oder dem thermoplastischen Kunstharz in Form von
magnetisch anisotropen Partikeln hinzugefügt werden und
wobei die entstandene Mischung während des Extrusionsfor
mens einer Orientierung durch ein Magnetfeld ausgesetzt
ist.
5. Extrusionsgeformter Magnet aus magnetischen Samarium-
Eisen-Stickstoff-Partikeln nach Anspruch 1 oder 2, wobei es
sich bei dem Synthesekautschuk, synthetischen Gummi oder
dem thermoplastischen Kunstharz um ein thermoplastisches
Polyolefin-Kunstharz handelt.
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