DE2307963A1

DE2307963A1 - Orientierung von magnetpulver

Info

Publication number: DE2307963A1
Application number: DE19732307963
Authority: DE
Inventors: Timothy Joseph Gallivan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1973-02-17
Publication date: 1973-09-06
Also published as: FR2173247A1; GB1412890A; NL7302386A; JPS4895594A; BE795723A; FR2173247B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung ausgerichteter Agglomerate von magnetischem Pulver und insbesondere von ausgerichteten Agglomeraten von Permanent-Magnetpulver.

Permanentmagnete des Sintertyps mit gesintertem Alnico, Perriten und Kobalt sowie Seltenen Erden sind bekannt. Im Falle von Barium- oder Strontiumferriten werden diese normalerweise hergestellt durch Kalzinieren eines Gemisches der Salze oder Oxide der Rohmaterialien im Bereich von etwa 900 ⁰C - 1300 ⁰C. Dann wird eine Aufschlämmung der kalzinierten Masse gemahlen, um eine feine Teilchengröße zu er-

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halten, und dann wird getrocknet und gepreßt oder die gemahlenen Teilchen werden unmittelbar zu der erwünschten Magnetform verpreßt. Die magnetischen Eigenschaften solcher Magnete werden dadurch beträchtlich verbessert, daß die Ferritkristalle während des Preßvorganges längs einer Hauptrichtung orientiert oder ausgerichtet werden. Dieser Preßvorgang kann nach einem der beiden grundsätzlichen Verfahren vorgenommen werden - entweder durch Naßpressen oder Trockenpressen der magnetischen Teilchen. Bei dem Naßpressen werden die in der Aufschlämmung suspendierten Teilchen in Anwesenheit eines magnetischen Feldes gepreßt. Während die Verdichtung stattfindet, wird das Wasser aus den orientierten Teilchen herausgedrückt und man erhält ein feuchtes orientiertes kompaktes Teil. Beim Trockenpressen werden die Teilchen ausgerichtet, während sie sich noch in der Aufschlämmung befirwien, und dann werden die ausgerichteten Pulverteilchen getrocknet beispielsweise durch Pressen, Erhitzen oder Sprühtrocknen - zu ausgerichteten Agglomeraten bei Anwesenheit eines magnetischen Feldes. Die ausgerichteten Agglomerate werden dann anschließend gepreßt und bei Anwesenheit eines magnetischen Feldes werden sie zu einem orientierten Magneten gesintert.

Die Herstellung von anisotropen Magneten durch das Trockenpreßverfahren besitzt eine Reihe von Vorteilen. Das Pressen der getrockneten orientierten Pulveragglomerate vergrößert die Preßgeschwindigkeit und beseitigt die komplizierte Ausrüstung zur Entfernung der Trägersubstanz, welche beim Naßpressen erforderlich ist. Bisher führte jedoch die Herstellung von getrockneten und ausgerichteten Pulveragglomeraten zu Kompromissen bezüglich der magnetischen Eigenschaften. Dies ergibt sich normalerweise aus der Notwendigkeit, das getrocknete Pulver auseinanderzubrechen, welches in Form eines Filterkuchens oder einer getrockneten Schicht erzeugt werden kann. Dieses Auseinanderbrechen ist jedoch notwendig, um das Pulver in die Hohlform des Preßwerkzeuges einzuführen. Dieser ZerkleinerungsVorgang verformt die erhaltenen Bruchstücke, erzeugt dabei schlecht ausgerichtete Agglomerate und führt zu einer Verschlechterung der magnetischen Ausrichtung bei den gepreßten Magneten. Ähnliche Probleme treten auch auf bei ge-

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sinterten Permanentmagneten des Typs Alnico, Kobalt-Seltene Erden oder anderen Materialien, welche aus Pulvern hergestellt werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren ausgerichtete Agglomerate aus magnetischem Pulver herzustellen. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ausgerichtete Agglomerate herzustellen, welche zur Verwendung beim Trockenpressen von Permanentmagneten geeignet sind. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und. eine Vorrichtung zur Herstellung von Ferritmagneten zu schaffen, welche die größere Wirtschaftlichkeit des Trockenpressens mit der überlegenen magnetischen Ausrichtung des Naßpreßverfahrens vereinigen. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, einen Permanentmagnetkörper durch das Trockenpreßverfahren herzustellen, der magnetische Eigenschaften besitzt, die äquivalent sind den Magneten, welche bisher durch das kostspieligere Naßpreßverfahren hergestellt wurden.

überraschenderweise wurde gefunden, daß eine wirksame und effektive Ausrichtung der Pulverteilchen zu ausgerichteten Pulveragglomeraten während des Sprühtrocknens der Aufschlämmung magnetischer Teilchen dadurch erreicht werden kann, daß während des Sprühens der Aufschlämmung in eine Sprühtrockenkammer zur Trocknung der magnetischen Teilchen ein magnetisches Feld um die Aufschlämmung herum vorgesehen wird. Das magnetische Feld bewirkt eine Orientierung der Teilchen in den zerstäubten Tröpfchen der Aufschlämmung während ihres Trocknens in der Sprühtrockenkammer. Beim Durchgang des Tröpfchens durch die Sprühtrockenkammer bildet es eine trockene äußere Haut, welche als umschließende Oberfläche für den nassen Innenteil des Tröpfchens wirkt. Bei Anwesenheit eines Magnetfeldes hält die trockene Außenhaut das nasse Innere des Tröpfchens in magnetischer Ausrichtung. Daher bildet das Tröpfchen bei dem Trockenvorgang ein ausgerichtetes Agglomerat von Pulverteilchen, welche dann in Anwesenheit eines magnetischen Feldes trocken verpreßt werden können, um ein kompaktes oder verdichtetes Teil der erwünschten räumlichen Form zu erhalten.

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Nachstehend wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung von Permanentmagneten und insbesondere mit der Herstellung von Magneten des Ferrittyps beschrieben. Selbstverständlich sind jedoch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch brauchbar für die Orientierung irgendwelcher anderer Teilchen, welche fähig sind zu einer Ausrichtung in einem magnetischen Feld. Andere geeignete Permanentmagnete sind gesinterte Alnico-Magnete und Magnete mit Kobalt-Seltenen Erden des Typs Co,R, wobei R eines oder mehrere der Seltenen Erdmetalle bezeichnet. Der Ausdruck "magnetische Teilchen" oder "magnetisches Pulver" soll in seinem Bedeutungsumfang in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen beliebige Teilchen umfassen, welche in der Lage sind, einen magnetischen Fluß zu tragen oder mit diesem in Wechselwirkung zu treten. Beispielsweise können Fasern, Fäden oder Plättchen mit einer anisotropen Form orientiert werden zur Verwendung bei der Verfestigung eines keramischen Agglomerates. Die Fasern, Fäden oder Plättchen können dann gewöhnlich keine magnetische Anisotropie besitzen, sind jedoch fähig zu einer Orientierung in einem Tröpfchen, während dieses in einem Magnetfeld trocknet, und daher unterliegen sie einer magnetischen Ausrichtung gemäß der Lehre und Ausführung dieser Erfindung.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Abbildung. Die Abbildung- zeigt eine schematische Darstellung einer Sprühtrockenausrüstung, welche für die praktische Durchführung der Erfindung geeignet ist.

Bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Aufschlämmung vorbereitet, die beispielsweise Barium-Ferrit-Pulver enthalten kann. Das Pulver ist dabei in einer Flüssigkeit suspendiert, beispielsweise Wasser, Trichloräthylen und einem Bindemittel, beispielsweise Polyvinyl, Alkohol oder ein Acrylkunststoff, und wahlweise' ein Schmiermittel für den Preßvorgang, beispielsweise Polyäthylen-Glycol. Alternativ kann die Aufschlämmung ein Material aus Kunststoff, Gummi oder ein anderes piymeres Material in fein verteilter Form enthalten, um beispielsweise

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durch Walzen einen flexiblen oder biegsamen Magneten eines an sich bekannten Typs auszubilden. Die Aufschlämmung wird dann zur Verringerung der Teilchengröße des Ferrites auf die Größe einer einzigen Domäne gemahlen, etwa entsprechend einem Durchmesser von 1 Mikron. Die Aufschlämmung ist jetzt vorbereitet für das Sprühtrocknen.

Eine Aufschlämmung wird von einer DUse 2 nach oben in die Sprühtrockenkammer 1 und Orientierungskammer eingespriiht. Dabei ist die Düse 2 geeigneterweise über eine Leitung 3 mit einer äußeren Quelle für die Aufschlämmung und für Druckluft (oder ein anderes geeignetes Gas) verbunden. Die zerstäubte Aufschlämmung bewegt sich nach oben in ein Magnetfeld hinein, welches von Elektromagneten 4 und 5 erzeugt wird. Dabei werden die Teilchen im Innern jedes Tropfchens parallel zu dem Magnetfeld ausgerichtet. Gleichzeitig mit der Orientierung erfolgt ein Trocknen infolge der Einleitung erhitzter Luft (oder eines anderen geeigneten Gases) durch die Leitung 6 in die Trockenkammer 1. Die getrockneten Tröpfchen oder Agglomerate fallen dann zum Boden der Trockenkammer, wo sie in einem Sammler 7 gesammelt werden. Die kalte feuchte Trockenluft verläßt die Kammer 1 durch die Leitung 8 und führt dabei etwa vorhandene feine Agglomerate mit geringem Gewicht mit sich. Hierdurch findet eine gewisse Sichtung der Agglomerate bezüglich ihrer Abmessung statt.

Die Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes um die versprühte Aufschlämmung herum (Elektromagnete ¹I und 5 in der Abbildung) können sieh im Innern der Kammer 1 oder außerhalb befinden. Die Grö&e, die Lage und die Leistungsstärke der Elektromagnetspulen k und 5 wird dabei erwünschterweise so gewählt, daß ein'e Sättigung der in der Aufschlämmung enthaltenen Teilchen bei ihrem Austritt aus der Düse erfolgt. In der Abbildung sind zwei Spulen dargestellt. Es kann jedoch ausreichend sein, wenn eine einzige elektromagnetische Spule vorgesehen wird. In einer typischen Anordnung der in der Figur abgebildeten Art besitzt die Elektromagnetspuleeine Höhe von etwa 8,8 cm (3-1/2 Zoll) und einen Innendurchmesser von etwa 11,5 cm (4-1/2 Zoll). Die elektromagnetische Spule 4 be-

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sitzt eine Höhe von etwa 24 cm (9-1/2 Zoll) und einen Innendurchmesser von etwa 28 cm (11-1/4 Zoll). Diese Spulen erzeugen bei einer Stromstärke von etwa 600 Amp. ein axiales Feld im Bereich von etwa 1500 - 3300 Gauss zwischen den Elektromagneten und in einer Feldlänge von etwa 68 cm (27 Zoll). Gewünschtenfalls können die elektromagnetischen Spulen 4 und 5 wassergekühlt sein.

Typische Betriebsparameter für die Orientierung beim Sprühtrocknen von Barium-Ferriten sind wie folgt:

Einlaßtemperatur der Trockenluft 204 ⁰C - 370 ⁰C (400 - 700 ⁰F)

Auslaßtemperatur der Trockenluft 93 °C - 176 ⁰C (200 - 350 ⁰F)

Magnetfeldstärke 1600 - 3500 Gauss

Druck der Aufschlämmung 0,9 - 2,1 kg/cm² (13-30 pai)

Druck der Zerstäuberluft 0,9 - 2,1 kg/cm² (13-30 psi)

Nach der Sammlung der ausgerichteten Pulver-Agglomerate in dem Sammler 7 können sie zur Erleichterung der Durchführung der nachfolgenden Stufen des Verfahrens entmagnetisiert und in geeigneter Weise gesiebt werden. Die ausgerichteten Agglomerate werden dann zu einem orientierten Magnetkörper bei Anwesenheit eines magnetischen Feldes verpreßt. Eine geeignete Anlage und ein Verfahren zur Ausführung des Preßvorganges ist im US-Patent 2 990 271 beschrieben. Dort ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Teilchen gleichzeitig ausgerichtet und verdichtet werden in Anwesenheit eines Gleichfeldes und eines Wechselfeldes, welche senkrecht aufeinanderstehen. Der ausgerichtete und gepreßte Magnetkörper wird dann geeigneterweise in einer Luftatmosphäre gesintert bei einer Temperatur von etwa 900 - 1500 ⁰C, gewöhnlich im Bereich von etwa 1200 - 1250 ⁰C, und zwar mit einer Sinterdauer von 1 bis 4 Stunden.

Die praktische Durchführung der Erfindung wird erläutert durch das nachfolgende Beispiel, in dem alle Anteile und prozentualen Gehalte als Gewichtsanteile bzw. Gewichtsprozent angegeben sind.

Es wurde eine Aufschlämmung aus einem Barium-Ferrit-Pulver -

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BaFe₁pO_iq - hergestellt mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,7-1 Mikron. Die Aufschlämmung enthielt 1000 g Barium-Ferrit, 75 g einer 20 ?igen wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol, 5 g Polyäthylenglycol 200, 0,5 % Schmiermittel und 9*40 cm5 (etwa 5o % der Aufschlämmung) Wasser. Die Aufschlämmung wurde 30 Stunden lang bei 75 U/min in einer Kugelmühle mit einem Fassungsvermögen von etwa 5,5 1 gemahlen und dann in ein Druckgefäß mit einem Inhalt von etwa 1 1 ausgeschüttet.

Die elektromagnetischen Spulen 4 und 5 wurden mit einer Stromstärke von 600 Amp. in beiden Spulen betrieben. Durch die Leitung 6 wurde dann Luft bei einer Temperatur von etwa 370 ⁰C (700 ⁰F) in die Kammer 1 im Kreislauf geführt. Dann wurde der Druck der Luft und der Aufschlämmung von der Leitung 3 zur Düse 2 auf etwa 1,3 kg/cm² (18 psi) erhöht. Beim Erreichen einer Temperatur von etwa l60 ⁰C (320 ⁰F) durch die Auslaßtemperatur wurde die Aufschlämmung so lange durch die Düse in die Trockenkammer eingeführt, bis der Vorrat der Aufschlämmung aufgebraucht war und das trockene Pulver sich in dem Sammler 7 angesammelt hatte. Das Pulver wurde dann bei einem Druck von etwa 700 kg/cm² (10 000 psi) in einem Gleich-Wechsel-Feld verpreßt. Das Gleichfeld betrug ^000 axiale Gauss äquidistant zwischen den Polstücken, und das Wechselfeld betrug etwa 2200 Gauss bei gleicher Art der Messung. Die Magnete wurden dann in einer Luftatmosphäre bei 1250 ⁰C etwa 2 1/2 Stunden lang gesintert. Dabei wurde anfänglich eine langsame Erhitzungsgeschwindigkeit verwendet, um das Bindemittel und das Schmiermittel abzubrennen.

Die folgende Tabelle vergleicht die Restinduktion (Br), die Koerzitivkraft (Hc), die Eigenkoerzitivkraft (Hei) (intrinsic coercive force) und das maximale Energieprodukt (BHm) der nach dem Beispiel 1 hergestellten Magneten und ähnlicher Barium-Ferrit-Magneten gemäß der Erfindung, welche jedoch unter Verwendung einer Aufschlämmung in Trichloräthylen anstatt Wasser nach Beispiel 2 hergestellt wurden, und von handelsmäßig erhältlichen Barium-Ferrit-Magneten, welche nach vergleichbaren Verfahren hergestellt wurden, und zwar einmal durch Trockenpressen (Beispiel 3) und

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einmal durch Naßpressen (Beispiel 4) gemäß dem einleitenden Teil der Beschreibung.

Tabelle 1

	Br	Hc	Hei	BHm in 10
Beispiel	in Gauss	in Oersted	in Oersted	Gauss-Oersted
1	3650	2400	2475	3,15
2	3800	• 2150	2200	3,4
3	3300	2300	2400	2,5
4	3800	2050	215O	3,3

Die vorstehende Tabelle 1 zeigt, daß nach der Erfindung hergestellte Barium-Ferrit-Magnete gemäß Beispiel 1 und 2 Eigenschaften besitzen, welche den handelsmäßig erhältlichen und durch Trockenpressen (Beispiel 3) hergestellten Magneten überlegen sind. Sie sind voll vergleichbar mit den handelsmäßig erhältlichen, durch Naßpressen (Beispiel 4) hergestellten Magneten. Ähnliche Vergleiche mit Strontium-Ferrit-Magneten anstelle von Barium-Ferrit-Magneten führten zu Ergebnissen, welche konsistent sind mit den Ergebnissen der obigen Tabelle.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Ausbildung ausgerichteter Agglomerate aus magnetischem Pulver aus einer Aufschlämmung dieses Pulvers, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: Einsprühen der pulverhaltigen Aufschlämmung in eine erhitzte Atmosphäre zur Versprühung der Aufschlämmung zum Trocknen des Pulvers, wobei gleichzeitig die Aufschlämmung bei ihrem Versprühen durch ein Magnetfeld geführt wird zur Ausrichtung der Teilchen während des Trocknens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Magnetpulver aus Barium-Ferrit oder Strontium-Ferrit oder Kobalt-Seltene Erden oder Alnico-Pulver verwendet wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: Herstellung einer Aufschlämmung aus Permanent-Magnetpulver, Einsprühen der Aufschlämmung des Pulvers in eine erhitzte Atmosphäre zur Versprühung der Aufschlämmung und Trocknen des Pulvers, wobei gleichzeitig die Aufschlämmung beim Versprühen durch ein Magnetfeld geführt wird zur Ausrichtung des Pulvers in Pulveragglomerate während des Trocknens, Verpressen der ausgerichteten Agglomerate in einen kompakten Körper und .

Sintern des kompakten Körpers zur Bildung eines anisotropen Magneten.

k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufschlämmung ein Bindemittel enthält.

5· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Aufschlämmung eine wässrige Aufschlämmung ist.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Aufschlämmung eine Aufschlämmung von Magnetpulver in Trichloräthylen verwendet wird.

7. Sprühtrockeneinrichtung zum Trocknen und Ausrichten von Pulver mit einer Kammer und einem Einlaß und Auslaß zur Zirkulierung eines erhitzten Gases in der Kammer, einer Düse zum Sprühen einer Pulveraufschlämmung unter Druck in die Kammer zur Versprühung und Trocknung des Pulvers, eine mit der Kammer in Verbindung stehende Einrichtung zum Sammeln des Pulvers beim Trocknen, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Einrichtung (4, 5) zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Innern der Kammer (1) in der Nähe der Düse (2) zur Ausrichtung des Pulvers bei seinem Einsprühen in die Kammer besitzt.

8. Sprühtrockeneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes mindestens eine elektromagnetische Spule (¹I, 5) ist.

9. Sprühtrockeneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die elektromagnetische Spule (4, 5) im Innern der Sprühtrockenkammer (1) enthalten ist.

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