DE3804317A1 - Stoff mit vorgebbaren, dielektrischen und/oder magnetischen eigenschaften, herstellungsverfahren fuer den stoff und verwendung des stoffs - Google Patents

Stoff mit vorgebbaren, dielektrischen und/oder magnetischen eigenschaften, herstellungsverfahren fuer den stoff und verwendung des stoffs

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    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
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    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoff mit vorgebbaren, dielektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften auf ein Herstellungsverfahren für den Stoff und auf die Verwendung des Stoffs.
Es ist bekannt, daß mit abnehmender Teilchengröße bei elektronischen Leitern, wie Metallen und Halbleitern, eine kritische Größe erreicht wird, ab der der elektrische Widerstand eines Metallpulvers ansteigt bis schließlich die elektrische Leitfähigkeit verschwindet und die Metalle zu Isolatoren werden. Dieser Effekt ist eine Folge der Wellennatur der Elektronen, die dann in Erscheinung tritt, wenn die Elektronenwellenlänge in drei Dimensionen durch die räumliche Begrenzung der Teilchen in "Resonanz" kommt, d. h. die Teilchen­ abmessungen ein ganzzahliges Vielfaches von /2 werden (Q D's = Quantum Dots). Dieses Phänomen wird heute mit SIMIT (Size Induced Metal Insulator Transition) bezeichnet (P. Marquardt, L. Börngen, G. Nimitz, H. Gleiter, R. Sonnenberger, J. Zhn in Physics Letters, 39, 1986, Seiten 1 bis 4).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoff zu schaffen, bei dem die oben beschriebenen Erscheinungen zur Erzeugung bestimmter, vorgebbarer, dielektrischer und/oder magnetischer Eigenschaften ausgenutzt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mesoskopische Teilchen von gegebenen Abmessungen aus ferromagnetischen elektrischen Leitern und/oder Halbleitern gegeneinander nichtleitend mit hoher Dichte miteinander verbunden sind. Ein derartiger Stoff verstärkt in magnetischen Wechselfeldern das Magnetfeld, ohne daß nennenswerte Wickelströme auftreten. Eine Feldschwächung oder Feldverzerrung durch Wirbelströme wird daher vermieden. Darüber hinaus entfallen fast völlig durch Wirbelströme hervorgerufene Stromwärmeverluste. Vorzugsweise haben die ferromagnetischen Teilchen eine Größe von 10-5 bis 10-8 Meter. Die elektrische Leitfähigkeit ist in diesem Bereich besonders gering. Es hat sich gezeigt, daß die elektrische Leitfähigkeit von leitenden Metall- oder Halbleiterteilchen in mesoskopischen Bereich, darunter ist der vorstehend erwähnte Bereich zu verstehen, mit der dritten Potenz der Teilchengröße abnimmt. Es ist zweckmäßig, wenn die mesoskopischen Teilchen mit einer dünnen, nichtleitenden Schicht aus einem nichtleitenden Stoff bedeckt sind. Ins­ besondere kann die nichtleitende Schicht eine Oxid- oder Keramikhaut oder eine glasartige oder aus einem Kunststoffkleber bestehende Haut sein. Eine derartige Schicht unterbindet den Stromübergang zwischen den mesoskopischen Teilchen, die selbst einen hohen Widerstand haben, so daß unerwünschte Ströme vermieden werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Stoff besteht erfindungs­ gemäß darin, daß mesoskopische, ferromagnetische Teilchen aus einem Leiter oder Halbleiter mit einer nichtleitenden Schicht überzogen werden und danach zu einem Verbundkörper verdichtet werden. Die dichte Verbindung kann ins­ besondere Sinterung, Spritzgießen oder Heißpressen hergestellt werden.
Durch die Wahl der Größe der Partikel kann eine gewünschte Leitfähigkeit vorgegeben werden, die zwischen derjenigen von Isolatoren und Metall liegt. Die Partikelgröße wird unter Abstimmung auf die Anbringung der nichtleitenden Schicht so gewählt, daß der elektrische Widerstand möglichst groß ist.
Der oben beschriebene neue Stoff wird vorteilhafterweise in Form von Magnet­ kernen für Elektromotore, insbesondere Kleinmotore zur Reduzierung der Wirbelstromverluste verwendet.
Günstig ist auch eine Verwendung des Stoffs in Form von elektrischen Kern­ spulen und Transformatoren, insbesondere bei Hochfrequenz-Übertragern, um die Wirbelstromverluste zu reduzieren und die Übertragungsgüte zu verbessern.
Weiterhin kann der Stoff zweckmäßigerweise in Form von Magnetkernen für Stabkerndrosseln zur Funkentstörung, insbesondere bei Fahrzeugen, und für Leuchtstofflampen, eingesetzt werden, um den Wirkungsgrad von Beleuchtungsein­ richtungen zu erhöhen.
Vorteilhaft ist ferner die Verwendung des Stoffs in Form von Magnetkernen für supraleitende Generatoren oder Motoren zur Reduzierung der Aufheizung durch Wirbelstromverluste.
Es ist auch günstig, bei bistabilen magnetischen Sensoren den Stoff zu verwenden, um die Wirbelstromdämpfung zu reduzieren und die magnetischen Eigenschaften von Kern und Hülle zu homogenisieren. Bistabile magnetische Sensoren sind aus DE-Offenlegungsschrift 32 03 133 bekannt.
In allen genannten Anwendungsfällen führt die Unterdrückung von Wirbelströmen zur Reduktion der Verlustenergie in magnetischen Kreisen und damit zur Energieeinsparung. In der Regel tritt die Verlustleistung als Wärme auf, die sich in einer Erhöhung der Betriebstemperatur des Magnetkreises und damit letztlich der Maschine bzw. des Geräts äußert; durch Einsatz des erfindungsge­ mäßen Werkstoffs läßt sich daher eine niedrigere Betriebstemperatur erzielen bzw. lassen sich Maßnahmen zur Zwangskühlung einschränken. Wirtschaftlich gesehen führt der Einsatz des erfindungsgemäßen Werkstoffs zur Einsparung von Energie- und Betriebskosten.
Die Teilchengrößen können durch bekannte Verfahren, z. B. Elektronenmikroskopie, und mit Röntgenstrahlen gemessen werden.
Unter mesoskopisch ist der Bereich zwischen makroskopisch und mikroskopisch zu verstehen.
Die Verdichtung sollte so stark sein, daß sich ein relativ hoher Füllfaktor für die ferromagnetischen Teilchen ergibt. Es muß allerdings gewährleistet sein, daß die Teilchen in hohem Maße gegeneinander isoliert sind, da nur dann die mesoskopische Struktur erhalten bleibt.

Claims (12)

1. Stoff mit vorgebbaren, dielektrischen und/oder magnetischen Eigen­ schaften, dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische, mesoskopische Teilchen vorgegebener Abmessungen aus elektrischen Leitern oder Halbleitern gegeneinander nichtleitend mit hoher Dichte miteinander verbunden sind.
2. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Teilchen je eine Größe im Bereich von 10-5 bis 10-8 Meter haben.
3. Stoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen, mesoskopischen Teilchen je mit einer dünnen, nichtleitenden Schicht aus einem nichtleitenden Stoff bedeckt sind.
4. Verfahren zur Herstellung eines bezüglichen seiner dielektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften vorgebbaren Stoffs, dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische, mesoskopische Teilchen aus einem Leiter oder Halbleiter mit einer nichtleitenden Schicht überzogen werden und danach zu einem Verbundkörper verdichtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung durch Sinterung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung durch Spritzgießen erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung durch Heißpressen erfolgt.
8. Stoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als Magnetkern für Elektromotore.
9. Stoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als Magnetkern bei Drosseln oder Transformatoren, die für Hochfrequenz ausgelegt sind.
10. Stoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als Magnetkern von Stabkerndrosseln.
11. Stoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als Magnetkern bei supraleitenden Generatoren und/oder Motoren.
12. Stoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung bei bistabilen magnetischen Sensoren.
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