DE3626360C2 - Herstellungsvefahren für zwei- und mehrpolige Dauermagnete mit hoher magnetischer Energiedichte - Google Patents

Herstellungsvefahren für zwei- und mehrpolige Dauermagnete mit hoher magnetischer Energiedichte

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von anisotropen Dauermagneten mit hoher magnetischer Energiedichte.
Zur Herstellung anisotroper Dauermagnete sind verschiedene Verfahren bekannt.
Bei dem am meisten verwendeten bekannten Verfahren wird das Pulver in einem die gewünschte Vorzugsrichtung einprä­ genden Magnetfeld zu einem Formkörper verpreßt und der Formkörper anschließend gesintert. Auf diese Weise können eine hohe Energiedichte aufweisende Dauermagnete verschie­ dener Art mit Vorzugsrichtung in der Preßrichtung oder quer dazu hergestellt werden. Zum Herstellen von Dauerma­ gneten mit radialer Vorzugsrichtung ist das bekannte Ver­ fahren aber eingeschränkt auf solche mit niedrigem Höhe/ Durchmesser-Verhältnis; ansonsten weisen nach dem bekannten Verfahren hergestellte Dauermagnete mit radialer Vorzugs­ richtung nur schwache magnetische Eigenschaften auf. Nach dem bekannten Verfahren können auch polorientierte Ringma­ gnete hergestellt werden, doch ergeben sich in diesem Falle Füllungsprobleme, eine schwache Orientierung und Risse bei den gesinterten Teilen, so daß die Anwendung des bekannten Verfahrens zu diesem Zweck nachteilig ist.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung von aniso­ tropen Dauermagneten ist das Strangziehen in Verbindung mit einem nachträglichen Sinterprozeß. Bei diesem Verfah­ ren wird mechanisch eine gewisse radiale Anisotropie er­ zeugt, aber die resultierende Energiedichte ist nur etwas größer als bei den isotropen Magneten.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von aniso­ tropen Dauermagneten aus Magnetpulvern ist die Bindung der Pulver mit Kunststoff und die Bearbeitung der Masse durch Pressen, Spritzen, Kalandrieren oder Extrudieren und Einprägung der Vorzugsrichtung mit mechanischen oder magnetischen Methoden, wobei der Kunststoff im fertigen Magneten verbleibt. Die so erhaltenen anisotropen kunst­ stoffgebundenen Dauermagnete zeigen in der Regel bessere Eigenschaften als die isotropen Dauermagnete aus dem glei­ chen magnetischen Werkstoff und können auch verschiedene Vorzugsrichtungen wie axial, diametral, radial sowie mehr­ polig lateral am Umfang aufweisen. Durch die Einbettung des Magnetpulvers in dem im fertigen Magneten verbleibenden Kunststoff ist aber die Energiedichte dieser Magnete be­ grenzt, und die hohen Werte, die bei den entsprechenden, nach dem eingangs besprochenen bekannten Verfahren herge­ stellten gesinterten Dauermagneten erzielbar sind, können nie erreicht werden.
Zur Herstellung von Dauermagneten aus Hartferrit-Pulver mit radialer Anisotropie ist schließlich noch ein weiteres Verfahren bekannt geworden, bei dem das Ferrit-Pulver mit einem Kunststoff gemischt, dann in Folien unter Magnet­ feld kalandriert, dann auf einem Dorn unter Druck und Magnetfeld gewickelt, dann der Kunststoff beseitig und zuletzt gesintert wird. Die für die so hergestellten Dauer­ magnete angegebenen magnetischen Werte sind gut, aber das bekannte Verfahren ist kompliziert und sehr aufwendig und nur für radiale Vorzugsrichtung der Magnete geeignet.
Im Zusammenhang mit der Herstellung von Formteilen aus Legierungen (DE-A1-31 20 501) ist es bekannt, ein Pulver der Legierung oder ein Gemisch aus Pulvern der Legierungs­ komponenten mit Hilfe von Thermoplasten, Duroplasten und Gleitmitteln zu einer spritzfähigen Granulat-Masse aufzube­ reiten, die spritzfähige Granulatmasse durch Spritzguß zu einem Formteil zu bearbeiten, anschließend den Kunst­ stoff durch eine Wärmebehandlung bis 600°C unter Schutzgas zu entfernen und schließlich das so erhaltenen Formteil zu sintern. Bei diesem bekannten Verfahren kommt es nicht darauf an, als Endprodukt einen Dauermagneten zu erhalten, der z. B. eine bestimmte Vorzugsrichtung hinsichtlich be­ stimmter physikalischer Eigenschaften aufweist, d. h. aniso­ trop ist. Es wird lediglich angestrebt, ein Endprodukt mit insgesamt guten mechanischen Eigenschaften, insbesonde­ re hinsichtlich der Schwingungsfestigkeit, zu erhalten.
Im Zusammenhang mit der Herstellung gesinterter Dauermagne­ te ist es aus der DE-OS 24 01 934 ferner bereits bekannt, dem Ferritpulver vor dem Sintern ein viskoses Bindemittel zuzusetzen, welches durch den anschließenden Sinterprozeß wieder aus dem Magnetkörper entfernt wird. Auch die vorver­ öffentlichte DE 30 21 607 A1 lehrt, daß ein Bindemittel verwendet wird, das bis zum anschließenden Sinterprozeß im Magnetkörper verbleibt. Ferner geht aus der JP 59 140 335 A als bekannt hervor, einem Magnetpulver ein organi­ sches Bindemittel zuzuführen, dieses nach dem Verpressen des Gemisches mit Wasserstoff zur Reaktion zu bringen und anschließend ebenfalls zu sintern.
Bei dem vorgenannten Stand der Technik nach DE-OS 24 01 934, DE 30 21 607 A1 und JP 59 140 335 A erfüllt das Bindemittel jeweils nur den Zweck zu verhindern, daß der gepreßte Formkörper nach Verlassen der Presse auseinander fällt, weil das Magnetpulver zu trocken ist. Demgemäß wird es in einem nur sehr geringen Prozentsatz zugesetzt, wobei es sich um ein Material handelt, das leicht flüchtig ist und sich deswegen und wegen der gerin­ gen prozentualen Menge nicht als Trägermaterial für die Durchführung eines Spritzgußprozesses eignet.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches, d. h. einfach und mit einem geringen Aufwand durchführbares, Verfahren zu schaffen, das einerseits insbesondere die mehrpolige laterale Anisotropieprägung aber auch die ver­ schiedensten Arten von Anisotropien wie axial, radial, diametral zuläßt und mit dem andererseits für die danach hergestellten Dauermagnete die hohen Energiedichten er­ reichbar sind, die bei insbesondere nach dem an erster Stelle genannten bekannten Verfahren hergestellten aniso­ tropen Magneten, z. B. mit axialer Vorzugsrichtung, übli­ cherweise erhalten werden.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt neben den im Bedarfs­ falle üblichen, bei allen bekannten Herstellungsverfahren von Dauermagneten aus Magnetpulverwerkstoff zur Anwendung gelangenden Maßnahmen der mechanischen Nachbearbeitung und Aufmagnetisierung mit Rücksicht auf die eingeprägten Pole im Anschluß an die Herstellung des eigentlichen Ma­ gnetkörpers nur drei sehr einfach durchführbare Verfahrens­ stufen, nämlich
  • - die Herstellung des Granulats, durch Mischen des dauermagnetischen Pulvers mit Kunststoff (Polyamide, Polyurethane, Polypropylen, Polyethylen, Polystirol etc.) in dem angegebenen Gewichtsverhältnis Pulver/Kunststoff und Granulieren des Gemisches,
  • - das thermoplastische Spritzen des Granulats im Magnetfeld in die gewünschte Form, wobei die im Endzustand gewünschten Vorzugsrichtungen eingeprägt werden, und
  • - das Sintern der gespritzten Teile in der üblichen Weise, ohne vorheriges Entfernen des Kunststoffs aus dem Formkörper.
Es ist überraschend, daß die während des Spritzvorgangs eingeprägten gewünschten Vorzugsrichtungen in Anbetracht der nach Patentanspruch 1 vorgesehenen, für das Spritzgießen benötigten relativ großen Menge an Kunststoff ohne besondere zusätzliche Maßnahmen vor dem Sintern durch das Sintern des vorher in einem einfachen Spritzvorgang erhaltenen, den Kunststoff noch enthaltenden Formkörpers nicht beeinträchtigt wird, so daß die magneti­ schen Eigenschaften entlang den beim Spritzen vorhandenen magnetischen Wegen eine vollständige Anisotropie aufweisen. Die magnetischen Werte liegen ähnlich den anisotropen gepreßten und gesinterten Magneten mit axialer Anisotropie, die nach dem oben an erster Stelle genannten bekannten Verfahren hergestellt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Dauermagneten aus Barium- oder Strontium-Ferritpulver, aus Metallegierungspulver sowie auch aus Seltenerd-Magnet­ pulvern o.a. angewendet werden.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1.
Beispiel
Aus Sr-Ferritpulver durch Pressen hergestellte Dauermagnete mit axialer Anisotropie zeigen folgende magnetische Eigen­ schaften:
Remanenz Be = 390 mT
Koerzitivfeldstärke BHc = 265 kA/m
Koerzitivfeldstärke JHc = 272 kA/m
Max. Energiedichte (BH)max = 28 kJ/m³.
Aus gleichem Ferritpulver mit Kunststoff gemischt (Verhält­ nis 88 Gew.-% Ferritpulver/12 Gew.-% Kunststoff) und granu­ liert, werden Ringmagnete mit den Abmessungen (im Endzu­ stand) Da = 13 mm, Di = 8 mm, und H = 20 mm unter Magnet­ feld mit Einprägung von 12 Polen am Ringumfang gespritzt und dann gesintert und geschliffen. Die magnetischen Eigen­ schaften sind die gleichen wie vorstehend angegeben.
Außerdem wird nach 12poliger Magnetisierung am Umfang der Ringmagnete eine Induktion von ca. 200 mT gemessen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung anisotroper Dauermagnete mit hoher Energiedichte aus Pulver eines magnetischen Werkstoffes, wobei der Reihe nach
  • a) das Pulver unter Wärmeanwendung mit einem thermo­ plastischen Kunststoff im Gewichtsverhältnis Pul­ ver/Kunststoff 1 : 1-20:1 gemischt wird,
  • b) das im Verfahrensschritt (a) erhaltene Gemisch granuliert wird,
  • c) das im Verfahrensschritt (b) erhaltene Granulat unter Beaufschlagung mit einem oder mehreren Mag­ netfeldern zur Einprägung der gewünschten Vorzugs­ richtung(en) thermoplastisch in die gewünschte Form verspritzt wird,
  • d) der im Verfahrensschritt (c) erhaltene Formkörper mit dem darin enthaltenen Kunststoff einem Sinter­ prozeß unterzogen wird, und
  • e) der gesinterte Formkörper entsprechend der Polprägung aufmagnetisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Formkörper mechanisch nachbearbeitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetpulver Bariumfer­ ritpulver, Strontiumferritpulver, metallisches Legie­ rungspulver oder ein Seltenerd-Magnetpulver verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Legierungspulver Al, Ni und Co o.a. aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Seltenerd-Magnetpulver Sa, Ne o. ä. aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff Polyamid, Polyurethan, Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzugsrichtung axial, diametral, radial, lateral ein- oder mehrpolig einge­ prägt wird.
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