DE2535745A1

DE2535745A1 - Verfahren zur herstellung von permanentmagneten

Info

Publication number: DE2535745A1
Application number: DE19752535745
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Bachmann; Elias Dipl Ing Dr Juelke
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1975-08-11
Publication date: 1977-02-10
Also published as: GB1531317A; JPS5214898A; CA1075567A; CH586954A5; FR2319185A1

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten durch Zerkleinern einer Substanz hoher magnetischer Kristallanisotropie zu einem Pulver, Mischung des Pulvers mit einem Bindemittel, Einwirkung eines Magnetfeldes auf das Gemisch und Behandlung des Gemisches unter Anwendung von Druck und Vibrationen zu einem Formteil.

Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten dieser Art sind beispielsweise aus der CH-PS 516 217, insbesondere Spalte 4, Absätze 2, 3 und 4 bekannt. Sie führen zu vergleichsweise mechanisch stabilen Formteilen. Infolge der hohen Harzviskosität wird jedoch die Ausrichtung im Magnetfeld stark erschwert. Die hohe Viskosität ergibt sich aus dem hohen Füllgrad des Gemisches an feinstpulveriger magnetisierbarer Substanz.

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Auch das nachträgliche Imprägnieren eines bereits fertig gepressten Formteile mit bestimmten Lösungsmitteln oder Epoxidharzes, wie es z.B. in der CH-PS 500 573 beschrieben ist, hat sich in der Praxis nicht bewährt, da es einerseits bei kleinen Formteilen (z.B. lxlxl mnr) nicht durchführbar, bei grösseren Teilen insbesondere für die Serienherstellung nicht wirtschaftlich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten zu schaffen, das die Nachteile bekannter Herstellungsmethoden nicht aufweist und diesen in technischer und/oder wirtschaftlicher Hinsicht überlegen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss ein Bindemittel mit einer Erstarrungstemperatur bzw. Aushärtetemperatur oberhalb der Formtemperatur verwendet wird und Druck und Vibrationen während des Pressvorgangs gleichzeitig angewandt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist vor allem für die Herstellung von Kobalt-Seltene-Erden-Magneten vorgesehen, jedoch lässt es sich auch für Al-Ni-Co-Magnete verwenden. Die Pulvermischung, bestehend aus der zerkleinerten magnetischen Substanz und festem oder flüssigem Bindemittel, wird als Pulver, Masse oder vorgeformte Tablette in die Formkavität einge-

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bracht und unter Zuhilfenahme von Druck und Vibrationen, vorzugsweise Ultraschall,im Magnetfeld behandelt. Der Pressstempel ist dabei bevorzugt als Ultraschallschwinger ausgebildet. Bei thermoplastischen Bindemitteln soll die Formtemperatur unterhalb des Erstarrungspunktes des Thermoplasten liegen. Infolge der Schwingungsdämpfung des Thermoplasten im Ultraschallbereich (20 KHz... ¹JO kHz) schmilzt dieser. Bei härtbaren Kunststoffen (Duroplasten) soll die Formtemperatur höher als die Aushärtetemperatur des Duroplasten liegen. Durch das Einleiten der Ultraschallschwingungen erwärmt sich das Kunstharz und startet somit den Aushärtevorgang. Aehnliche Verhältnisse liegen bei Metallen als Bindemittel vor. Hier wird das Metall durch die Ultraschallenergie zum Schmelzen gebracht. Neben der Zufuhr von Wärme und der damit verbundenen Zustandsänderung des Bindemittels hat die Schwingungsbehandlung die Wirkung, das vergleichsweise hochviakose Gemisch dünnflüssiger zu machen, so dass das Ausrichten im Magnetfeld beträchtlich erleichtert wird. Gleichzeitig wird dadurch die Packungsdichte des Magnetmaterials erhöht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zur Herstellung von permanentmagnetischen Formteilen nach dem erfindungsgemässen Verfahren näher erläutert.

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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung umfasst im wesentlichen eine aus einem oberen Pressstempel 1 (Patrize), einem Presszylinder 2 (Matrize) und einem unteren Pressstempel 3 bestehende Presse, wobei beide Pressstempel 1, 3 mit* Druckluftzylindern 4, 5 in Wirkverbindung'' stehen. Der obere Pressstempel 1 ist als Ultraschallschwinger ausgebildet, welcher von einem Ultraschallgenerator 6 gespeist wird. Der Presszylinder 2 ist von einer Magnetisierungsspule 7 umgeben. Mit Ausnahme der Magnetisierungsspule entspricht der Aufbau der Vorrichtung etwa dem einer bekannten Kunststoff-Ultraschall-Schweissmaschine.

Die aus Magnetpulver und Bindemittel bestehende Pulvermischung 8 wird lose in die Matrize 2 eingefüllt. Als Bindemittel eignen sich Kunststoffpulver, wie z.B. PPS (Polyphenylensulfid, Schmelzpunkt 290° C, Dichte 1,3¹I g/cm³), PA-Il (PoIyamid-11, Schmelzpunkt 185° C, Dichte Ι,οΜ g/cm³), PE (Polyäthylene, Schmelzpunkt ca. 110 - 120° C, Dichte 0,91 - 0,94 g/cm⁵) oder Polyester-Thermoplaste, z.B. "Ultradur" der Fa. BASF (Schmelzpunkt 225 - 260° C, Dichte 1,29 - 1,37 g/cm³). All die genannten Kunststoffpulver sind handelsüblich und in verschiedenen Korngrössen lieferbar. Daneben können auch niedrig schmelzende Metalle oder Metall-Legierungen als Bindemittel verwendet werden, z.B. Reinzinn, Wood'sches Metall und dergl. Als Magnetpulver eignen sich praktisch alle zum Stande der Technik gehö-

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renden Magnetmaterialien, welche z.B. in der CH-PS 516 217 beschrieben sind, mit Korngrössen zwischen 5 und 50,um.

Nach dem Einfüllen der Pulvermischung erfolgt unter gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfeldes von £: 5 000 Oe ein Vorverdichten der Pulvermischung mit Hilfe des oberen Pressstempels 1 ohne Ultraschallenergie. Nach dem Herausziehen des oberen Pressstempels 1 wird die vorverdichtete Tablette durch Betätigen des unteren Pressstempels 3 bündig mit dem oberen Rand der Matrize 2 gebracht. Der obere Pressstempel 1 wird wieder.beigestellt und die Tablette unter gleichzeitiger Anwendung von Druck ( 200 kp/cm ), Ültraschallenrgie (Schwingungsamplitude grosser als 30^um) und magnetischem Richtfeld während ca. 1 see. gepresst. Nach einer Abkühlzeit von ca. 2 see. kann der fertige Magnetkörper durch erneutes Betätigen des unteren Pressstempels 3 aus der Form entfernt werden.

Versuche haben gezeigt, dass Pulvermischungen mit dem Bindemittel Polyäthylen zu den besten Ergebnissen führen. Sie fliessen leicht in die Form, Ueberschüsse werden seitlich neben dem (oberen) Pressstempel herausgepresst. Die fertigen Magnete lassen sich leicht der Form entnehmen. Da Polyäthylen ein vergleichsweise weicher Kunststoff ist, lassen sich die fertigen Magnete ebenfalls leicht bearbeiten. Aber auch Pulvermischun-

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gen mit Zinn als Bindemittel führten zu qualitativ hochwertigen Magnetkörpern, wenn auch die fertig pressten Magnetkörper zum Kleben an der Patrize oder Matrize neigen, was jedoch durch geeignete Auswahl der Stempelmaterialien leicht vermieden werden kann.

Bei einer Magnethöhe bis ca. 2 mm bei metallischen Bindemitteln und ca. 3 bis 4 mm bei Kunststoffen lassen sich relativ homogene Magnetkörper herstellen. Bei grösseren Höhen treten insofern Schwierigkeiten auf, als es schwieriger wird, eine homogene Energieverteilung im Pressling zu realisieren.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung von Magnetkörpern eignet sich aufgrund der kurzen Behandlungzeiten besonders für die Serienfertigung und liefert hochwertige, leicht zu bearbeitende und verarbeitende Magnetkörper. Besonders einfach gestaltet sich das Herstellungsverfahren, wenn Bindemittel und Magnetpulver nicht vor dem Einfüllen in die Matrize aus getrennten Fraktionen gemischt werden, sondern bereits Magnetpulver mit einem Bindemittel-Ueberzug verwendet wird. Derartige Magnetpulver sind beispielsweise aus der genannten CH-PS 516 217» insbesondere Beispiel 10 (Bindemittel Acryl), bekannt. Es können jedoch auch mit einem Zinn- oder aus einem anderen niedrigschmelzenden Metallüberzug versehene Magnetpulver verwendet werden.

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Claims

7 - 108/75 D Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten durch Zerkleinern einer Substanz hoher magnetischer Kristallanisotropie zu einem Pulver, Mischung des Pulvers mit einem Bindemittel, Einwirkung eines Magnetfeldes auf das Gemisch und Behandlung des Gemisches unter Anwendung von Druck und Vibrationen zu einem Formteil, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel mit einer Erstarrungstemperatur bzw. Aushärtetemperatur oberhalb der Pormtemperatur verwendet wird und Druck und Vibrationen während des Pressvorganges gleichzeitig angewandt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein Kunstharz, vorzugsweise ein Thermo- oder ein Duroplast, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein Metall mit einem Schmelzpunkt niedriger als 300 C verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in Form eines Ueberzuges auf das Magnetpulver aufgebracht wird.

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5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass zum Pressen und Einleiten der Vibrationen in das Gemisch ein als Ultraschallschwinger ausgebildeter Pressstempel (1) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

2 das Gemisch mit einem Pressdruck grosser 200 kp/cm und Schwingungsamplituden grosser 30 -um behandelt wird.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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