DE2340018C2 - Verfahren zum Verbinden von gesinterten Permanentmagneten aus Seltene-Erden-Kobalt-Verbindungen - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von gesinterten Permanentmagneten aus Seltene-Erden-Kobalt-Verbindungen

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Description

chen gebildeten Lötspalte einige Millimeter überstehen zu lassen, da hierdurch die Lötspalten besonders gut mit Lot durchtränkt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das aus den Permanentmagneten und den Lötschichten zu erstellende Werkstück in einer Halterung fixiert wird, Werkstück und Halterung in einem durchlässigen Tiegel verschlossen werden und der Tiegel mit dem Werkstück in eine Kühlzone des Ofens eingegeben, sodann in eine höchstens auf Schmelzten^ peratur der Lötfolie erhitzte Glühzone des Ofens befördert und nach Beendigung des Lötvorganges in der Kühlzone des Ofens abgekühlt werden. Insbesondere sollte der Lötvorgang im Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre, etwa unter Helium oder Argon, erfolgen. Im Gegensatz zu den üblichen Schützgasöfen muß hierbei die Gasatmosphäre nicht Metalloxide reduzieren, damit blanke Lötflächen vorliegen, sondern dient vor allem dazu, weitere Oxydation durch Fernhalten von Sauerstoff zu verhindern. Unterstützt wird dies noch dadurch, daß die Halterung einen Stahlrahmen mit einer Tantalschicht umfaßt, und daß der Tiegel a:is Tantal besteht
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert
F i g. 1 gibt das Schnittbild eines in einem Tantaltiegel eingschlossenen und fixierten Werkstückes vor dem Verlöten und
F i g. 2 das Schnittbild eines Sinterofens, in dem das Verlöten stattfindet, wieder.
In Fig. 1 bedeuten die Bezugszahlen 1, Γ und 2 drei SmCoi-Permanentmagnete, welche die Lötflächen 3,3' und 4,4' aufweisen. Die Lötflächen 3,4 und 3', 4' bilden die Lötspalte 5 und 5', in denen sich die Lötfoiien 6 und 6' befinden. Das magnetische Werkstück 7 wird in der Halterung 8, welche aus einem Stahlrahmen 9 und einer Tantalschicht 10 besteht, fixiert Werkstück 7 und Halterung 8 befinden sich in einem Tantaltiegel U.
Gleiche Teile sind in F i g. 2 mit denselben Bezugszahlen wie in F i g. 1 versehen. Zusätzlich bedeutet 12 einen Sinterofen mit einer Kühlzone 14 und Kühlschlangen 15 sowie einer Glühzone 16 mit einer Heizung 17. Mit 18 ist ein Schutzgas, mit 19 eine Vakuumpumpe und mit 20 und 13 sind Ventile bezeichnet
Um die Durchführung des Verfahrens zu erleichtern, werden die zu verlötenden S1T1C05-Permanentmagnete 1, l'undSzunächstandenLötflächenS.S'^^'.plangeschliffen z. B. mit einer Polierscheibe, und anschließend mit einem Lösungsmittel,beispielsweise Äthanol.gewaschen. Die Permanentmagnete 1, Y und 2 werden sodann umer Zwischenlegen von Hartlötfolien 6,6', die beispielsweise aus Silber oOer Kupfer sein können, an den Lötflächen 3, 3\4,4'zusammengefügt und so in einer Halterung8fixiert, daß die Lötfolien 6 und 6' unter dem Eigengewicht der darüberliegendenMagneteandieLötflächenS^undS'^' gedrückt werden. Die Lötfolien 6,6' sind so groß bemessen, daß sie an den Rändern der durch die Lötflächen 3,4 und 3', 4' gebildeten Lötspalte 5, 5' einige Millimeter überstehen.ZurVermeidungvonchemischenReaktionen der SmCoj- Permanentmagnete 1,1', 2 mit dem Stahlrahmen 9 ist letzterer mit einer chemisch inerten Tantalschicht lOüberzogen.
Die Halterung 8 und das magnetische Werkstück 7 werden in den durchlässigen Tantaltiegel U eingeschlossen und in d:e Kühlzone 14 des Sinterofens 12 eingegeben. Der Sinterofen 12 wird vakuumdicht verschlossen und mit einer Λιπιρε 19 evakuiert. Zur weiteren Durchführung des Verfahrens kann er weiter unter Vakuum belassen, beispielsweise aber auch durch das Ventil 20 mit einem Schutzgas 18, etwa Argon oder Helium, beschickt werden. Die Glühzone 16 wird entsprechend der stofflichen Zusammensetzung der verwendeten Lötfolien 6,6' aufgeheizt und weist eine Temperatur auf, die etwa der Schmelztemperatur der verwendeten Lötfolien 6, 6' entspricht, bei Kupfer ca. 1075° C, bei Silber ca. 960° C
Nach Einbringen des mit dem Werkstück 7 gefüllten Tantaltiegels 11 in die Glühzone 16 wird der Lötvorgang eingeleitet Üblicherweise ist der Lötvorgang nach ca. 10 Minuten beendet Je nach Glühzonentemperatureinstellung, Werkstückabmessungen und Lötfolienmaterial kann die Lötzeit jedoch erheblich verlängert oder verkürzt werden.
Durch raschen Transport des Tantaltiegels 11 mit dem Werkstück 7 aus der Glühzone 16 in die Kühlzone 14 wird der Lötvorgang beendet Das damit verbundene schnelle Abkühlen des Magnetmaterials 1,1', 2 ist von großer Wichtigkeit da langsames Abkühlen die für die guten magnetischen Eigenschaften israntwortliche SmCorPhase in der Nähe der bei 71 irC liegenden Curietemperatur durch eine Festkörperreaktion allmählich in die nichthartmagnetischen Sm2Co?- und Sm2Coi7-Phasen umwandelt und somit zu einer erheblichen Vers dilechterung der magnetischen Eigenschaften des Werkstückes 7 führt Bei schnellem Abkühlen des Werkstückes 7 wird die unerwünschte Festkörperreaktion jedoch fast völlig unterdrückt und die SmCo5-Phase bleibt erhalten.
Das gelötete Werkstück 7 weist nach dem Lötvorgang dieselben magnetischen Eigenschaften wie die zu verlötenden Permanentmagneten 1, V, 2 auf. Die Lötstelle hat eine so hohe Festigkeit, daß bei mechanischen Beanspruchungen, insbesondere auch bei erhöhten Temperaturen, nicht die Lötstelle, sondern die Permanentmagnete i, V, 2 aufbrechen. Dieses überraschende Ergebnis beruht nach metallurgischen Untersuchungen der Schliffbilder von hartgelöteten SmCos-Fermanentmagneten sehr wahrscheinlich darauf, daß sich im Grenzbereich einer Lötfolie und der umgebenden SmCoi-Permanentmagnete eine bei Löttemperatur flüssige Legierung, etwa eine CuCoSm- oder AgCoSm-Legierung bildet die längs der Poren der nach einem Sinterverfahren gewonnenen SmCor Permanentmagnete verhältnismäßig schnell und tief in das Werkstück 7 eindringen und weitere Legierungsbildung bewirken kann. Nach Abkühlen des Werkstückes 7 bildet sich dann eine feste Verbindungsschicht aus. Lötfolien, deren Schichtdicken oberhalb 50 μπι liegen bzw. kleiner 10 μηι sind, erweisen sich al; ungeeignet
Das Verfahren ist selbstverständlich nicht nur auf SmCo5-Permanentmagne*e beschränkt. Es kann auch au; andere SEC05-Permanentmagnete, insbesondere auch auf solche, in denen SE für Mischungen von Seltenen Erdmetallen, wit; ζ. B. Cer-Mischmetall, st<iht angewendet werden. Die Durchführung des Verfahrens ist auch bei Glühzonentemperaturen, die 100° C unter der Schmelztemperatur der Hartlötfolie liegen, möglich. Anstelle von Kupfer- oder Silberlötfolien können auch andere Hartlote, insbesondere Vakuum-Hartlote, eingesetzt werden. Auch ist es möglich, durch eine geeignete Vorrichtung die durch das Eigengewicht der Permanentmagnete bestimmte Kraft auf die Lötfolien zu variieren und dadurch den Lötvorgang zu beeinflussen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2
ne Stückzahlen unrentabel. Auch die mechanische Bear-
Patentansprüche: beitung des gesinterten Magnetmaterials mit dem Ziel,
v aus einer einfachen Form die gewünschte komplizierte
1 Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei zu bekommen, ist nicht empfehlenswert, da das gesintermit'Lötflächen versehenen gesinterten SECos-Per- 5 te Magnetmaterial sehr hart und spröde und daher manentmagneten, wobei SE ein Seltenes Erdmetall schwierig zu bearbeiten ist ,·:„,„.
cX mehrere Seltene Erdmetalle bedeutet, da- Aus diesen Gründen ist es notwendig, tomptoert ge-
du r c h e e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Lötflächen formte Permanentmagnete aus kleineren Psrmanent-(3,3', 4,4') zunächst mit Lötschichten (6,6') in Form magneten aufzubauen. Ein befriedigendes Z^men-Un Lötfolien von 10 bis 50 um Dicke aus Silber, io fügen solcher Permanentmagnete ist &?***** Kupfer oder einem anderen Hartlotmaterial belegt schwierig, da die Verbindungsstellen (ζ. B bei Wanderwerden und daß anschließend die gesinterten Per- feldröhren zur Erzeugung von Mikrowellen) bei Temmanentnaagnete (1, 1'. 2) in einem Ofen (12) unter peraturen übei-2OTC mechanischen B^1"*^ Vakuum oder Schutzgasatmosphäre verlötet und jesetzt smd und zudem die magnetischen Eigenschaften anschließend von der Löttemperatur rasch abge- is des Ausgangsmaterials nicht herabsetzen dürfen. Kt werden. Aus der DE-OS 22 58 780 ist es bekannt, Permanent-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- magnete auf der Basis Seltener Erden/Kobalt miteinanzeichnet, daß die Lötfolie an den Rändern der durch der zu verlöten. Dabei handelt es sich um permanentmadie Lötfläcb-=n (3,3', 4,4') gebildeten Lötspalte (5,5') gnetische Sinterkörper, welche bereits zur Bindung der einieeMillfeater übersteht M Magnetpulver-Partikel einen metallischen Binder in
3~Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- i-orm eines vcrhälüiiamäßig tic. scme-zenden Lotes zeichnet, daß das aus den Permanentmagneten (1,1', (unterhalb 4000C) enthalten.
2) und den Lötschichten (6,60 zu erstellende Werk- Weiterhin ist es aus der US-PS 25 00 748 bekannt,
stück (7) in einer Halterung (8) Fixiert wird, Werk- einen magnetischen Körper aus Teilstücken mittels eistück (7) und Halterung (8) in einem durchlässigen 25 ner Lötfolie aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Tiegel (11) verschlossen werdea und der Tiegel (11) Material zusammenzulöten.
mit dem Werkstück (7) in eine Kühlzone (14) des Ferner wird in de;· DE-PS 7 37 412 das Aufbringen
Ofens (12) eingegeben, sodann in eine höchstens auf von Lötschichten an den Oberflächen von zu verbinden-Schmelztemperatur der Lötfolien (6, 6') erhitzte den keramischen Körpern unter Vakuum bzw Schutz-Glühzone (16) des Ofens (12) befördert und nach 30 gas dargestellt Desgleichen wird in der DE-PS 8 54 473 Beendigung oes Lötvorganges in der Kühlzone (14) ein Verfahren zur Herstellung festhaftender lotfähiger des Ofens (12) abgekühlt werdia Kupferschichten auf keramischen Körpern besenneben.
4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Zu diesem Zweck wird ein Gemenge aus Kupferpulver, zeichnet daß die Halterung (8) as einem Stahlrah- Silikaten, Oxyden und Suspensionsöl (»Metallfarbmen (9) mit einer Tantalschicht (10) und der Tiegel 35 schicht«) auf der Oberfläche des Körpers aufgetragen (11) aus Tantal besteht. und bei einer Temperatur ca. 50' C unterhalb des Kup-
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- ferschmelzpunktes eingebrannt
zeichnet daß die Temperatur der Glühzone (16) zwi- Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, eine Verschen der Schmelztemperatur der Lötfolie und einer bindung zwischen SECo5- PermeTintmagneten zu um ca. 100°C niedrigeren Temperatur liegt 40 schaffen, welche unter Beibehaltung der magnetischen
Eigenschaften der Ausgangsmatenalien einen korro-
sionsfesten und auch bei hohen Temperaturen mechanisch belastbaren SECo5-Permanentmagneten liefert
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß da-
fahren zum Verbinden von mindestens zwei mit Lötflä- 45 durch gelöst daß die Lötflächen zunächst mit Lötscnich· chen versehenen gesinterten SECos-Permanentmagne- ten in Form von Lötfolien von 10 bis 50 μπι Dicke aus ten wobei S£ein Seltenes Erdmetall oder mehrere Sei- Silber, Kupfer oder einem anderen Hartlotmatenal betene Erdmetalle bedeutet legt werden, und daß anschließend die gesinterten Per-
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 22 58 780 manentmagnete in einem Ofen unter Vakuum oder bekannt 5° Schutzgasatmosphäre verlötet und anschließend von
Pulverförmige Verbindungen aus Kobalt und Seite- der Löttemperatur rasch abgekühlt werden, nen Erdmetallen und deren Mischungen haben eine gro- Die nach dem vorliegenden Verfahren verlöteten
ße Bedeutung für die Herstellung von Permanentma- SECo5-Permanentmagnete behalten nicht nur ihre magneten erlangt, weil sie eine ungewöhnlich hohe Koerzi- gnetischen Eigenschaften bei, sondern sind an der Löttivfeldstärke aufweisen. Aus diesen pulverförmigen 55 stelle auch so fest miteinander verbunden, daß bei me-Verbindungen werden gesinterte Permanentmagnete chanischen Belastungen, z. B. durch Scherung, der zuüberragender magnetischer Eigenschaften hergestellt sammengelötete Permanentmagnet selbst bei Tempera-Vor dem Sintern werden diese pulverförmigen Verbin- türen um 2000C nicht an der Lötstelle, sondern am Ort düngen in eine Preßform eingegeben, in einem starken der gesinterten Ausgangs-SECos-Permanentmagenten Magnetfeld ausgerichtet und nachfolgend verdichtet 60 aufbricht. Korrosive Rückstände treten nicht auf Dünne Das gleichmäßige Ausrichten des Magnetpulvers in Oberlächenoxidschichten, die die Lötflächen belegen, komplizierten, beispielsweise hufeisenförmigen Preß- müssen zwecks Bildung einer festen Verbindung nicht formen läßt sich ohne großen technischen Aufwand reduziert werden, sondern können ohne nachteilige nicht durchführen, da entsprechend der erwünschten Auswirkung auf die Eigenschaften des Permanentma-Magnetisierungsrichtung verlaufende, äußere homoge- 65 gneten bis zu Schichtdicke von mehreren μηι in die ne Magnetfelder erst durch geeignete Vorrichtungen Lötverbindung eingebaut werden, erzeugt werden müssen. Außerdem ist die Beschaffung Es empfiehlt sich, bei der Durchführung des Verfah-
einer sDeziellen Preßform kostspielig und daher für klei- rens, die Lötfolie an den Rändern der durch die Lötflä-
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