DE4330197A1 - Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von DauermagnetenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von aus Hexaferriten bestehenden Dauermagneten.
Es ist bekannt, Dauermagnete aus Hexaferriten herzu
stellen. Solche Dauermagnete werden beispielsweise für
magnetische Kupplungen, Lautsprecher, Magnetscheider,
Startermotoren für die Automobiltechnik sowie in der
Antriebstechnik verwandt. Hexaferrit, insbesondere
Strontiumhexaferrit und Bariumhexaferrit, haben den
Vorteil, daß sie kostengünstig herstellbar sind und
sich ebenfalls mit relativ geringen Kosten verarbeiten
lassen. Extrem hochwertige Magnetwerkstoffe können al
lerdings auf der Basis von Hexaferriten nicht her
gestellt werden. Hierzu werden Seltenerdmetalle be
nutzt, die jedoch teuer sind. Ein Nachteil der Hexafer
rit-Dauermagneten besteht darin, daß eine rechteckige
Magnetisierungskurve mit diesen Materialien bisher
nicht erreicht werden kann. Vielmehr sind die Ecken der
Magnetisierungskurve abgerundet, so daß sich die dem
Material zugrunde liegenden theoretischen Werte für die
Remanenzinduktion und die Induktions-Koerzitivfeldstär
ke in der Praxis nicht erreichen lassen. Dies liegt an
mehreren Effekten. Zunächst müssen die Hexaferritkörner
in dem Sintermaterial eine hohe Packungsdichte haben,
d. h. es müssen Hohlräume vermieden werden. Ferner wer
den bei zu großen Körnern Bloch-Wände innerhalb der
Kristallitstruktur gebildet. Zwischen den Kristallbe
reichen beiderseits einer Bloch-Wand entsteht ein ma
gnetischer Kurzschluß über die Bloch-Wand hinweg, so
daß nur ein Teil des Magnetfeldes extern zur Verfügung
steht. Schließlich haben zu kleine Magnetteilchen un
terhalb einer superparamagnetischen Korngröße nicht
mehr die Fähigkeit, einen externen Magneteffekt zu er
zeugen und können somit im Prozeß der Formgebung durch
das anliegende Magnetfeld nicht ausgerichtet werden, so
daß die gewünschte Textur (Ausrichtung der Kristallite
mit der hexagonalen C-Achse parallel zum Magnetfeld)
nicht erreicht wird. Eine weitere Grenze existiert da
durch, daß die gemahlenen Ferrite einer Naßpreßtrock
nung unterzogen werden müssen, bei der die Preßform und
der Preßstempel porös sind, um die Feuchtigkeit entwei
chen zu lassen. Bei zu kleinen Teilchengrößen besteht
die Gefahr, daß das Pressenmaterial verstopft wird.
All diese Randbedingungen führen dazu, daß Dauermagne
te, die aus Hexaferriten durch Feinmahlen, Naßpressen
und anschließende Sinterung hergestellt werden, hin
sichtlich ihrer magnetischen Energiedichte beschränkt
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von aus Hexaferriten bestehenden Dauer
magneten anzugeben, das die Herstellung von Magneten
mit hohen Kennwerten Remanenzinduktion, Koerzitivfeld
stärke und Energiedichte bei engen Fertigungstoleranzen
des Fertigungsprozesses und geringem spezifischen Ener
giebedarf ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Fein
mahlen des Ferrits in einer Ringspaltkugelmühle, bis
das Kornspektrum auf Korngrößen zwischen 0,5 und 6 µm
reduziert ist. Es hat sich herausgestellt, daß eine
Ringspaltkugelmühle ein sehr enges Kornspektrum
liefert. Im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten
Kugelmühlen (Attritoren) liefert eine Ringspalt-Kugel
mühle ein viel engeres Korngrößen-Verteilungsspektrum.
Eine Ringspalt-Kugelmühle zeichnet sich dadurch aus,
daß sie einen Stator und einen Rotor oder zwei Rotore
enthält, zwischen denen ein ringförmiger Mahlspalt exi
stiert, in welchem sich Mahlkugeln oder Mahlperlen be
finden. Das Mahlgut durchströmt den Ringspalt in einer
Trägerflüssigkeit und wird dabei zwischen den Mahlku
geln mit hoher Energiedichte zermahlen. Vorzugsweise
wird eine Ringspalt-Kugelmühle benutzt, wie sie in
DE 34 31 636 C1 beschrieben ist. Bei einer derartigen
Ringspalt-Kugelmühle hat der Mahlspalt die Form eines
Doppelkegels, an dessen Äquator sich eine Ringkammer
befindet. Die hydrodynamischen Kräfte bewirken, daß das
Mahlgut die ringförmige Kammer erst verläßt, wenn es
eine bestimmte Korngröße unterschritten hat. Durch Ver
wendung einer derartigen Ringspalt-Kugelmühle kann un
ter geeigneten Prozeßbedingungen ein Korngrößenspektrum
zwischen 0,5 und 6 µm erreicht werden, wobei Korngrö
ßen, die außerhalb dieses Spektrums liegen, nicht vor
handen sind. Der genannte Korngrößenbereich hat die
Wirkung, daß einerseits Korngrößen, in denen Bloch-Wän
de vorhanden sein könnten, nicht mehr auftreten und daß
andererseits die superparamagnetische Korngröße nicht
unterschritten wird. Mit einer Ringspalt-Kugelmühle
gelingt es, den Korngrößenbereich einzuhalten, ohne daß
Unterschreitungen oder Überschreitungen vorkommen. Fer
ner haben Versuche ergeben, daß eine Verstopfung des
porösen Pressenmaterials, in dem das feingemahlene Mahl
gut anschließend unter Wasserentzug verpreßt wird,
nicht eintritt.
Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß mit einer
Ringspalt-Kugelmühle das gewünschte Kornspektrum unmit
telbar erhalten werden kann, ohne daß kleinere oder
größere Partikel eliminiert werden müßten. Eine Behand
lung des Ferritmaterials durch Sichten ist wegen der
Magneteigenschaften (Agglomeration) dieser Teile nicht
durchführbar.
Durch die Verwendung einer Ringspalt-Kugelmühle, bei
der sehr hohe Energiedichten erzielt werden, ist der
Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Feinstmahl
techniken um 40 bis 60% reduziert. Ferner kann wegen
der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglichen
Feinstzerkleinerung die Sintertemperatur gegenüber den
bisher erforderlichen Temperaturen um 20 bis 30°C ge
senkt werden. Dies alles führt zu einer Verringerung
der für die Verfahrensdurchführung benötigten Gesamt
energie.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert.
Bei den verwendeten Hexaferriten handelt es sich um
synthetische Werkstoffe, die der molaren Zusammenset
zung
1 Mol BaO und 5,4-5,8 Mol Fe₂O₃ bzw.
1 Mol SrO und 5,4-5,8 Mol Fe₂O₃
1 Mol SrO und 5,4-5,8 Mol Fe₂O₃
bzw. der Magnetoplumbitstruktur mit den Stukturformeln
BaFe₁₂O₁₉ oder SrFe₁₂O₁₉ entsprechen. Diese Ferrite werden
aus Rohmaterialen durch Vorsintern zunächst über Fest
körperreaktion erzeugt. Nachstehend ist ein Schema des
Verfahrens zur Herstellung von Dauermagneten angegeben:
Beim Mischen und Mahlen der Rohmaterialen können Addi
tive wie ZrO₂, Al₂O₃, Karbide, Nitride oder Boride zu
gegeben werden, um in dem Ferrit durch den Einbau von
Störungen in das Gefüge Pinning-Zentren für die Fixie
rung und Bindung vorhandener Bloch-Wandstrukturen zu
schaffen und damit die Voraussetzung für eine hohe Ko
erzitivfeldstärke zu bilden.
Zunächst erfolgt ein Vormahlen und Mischen der Rohmate
rialien in einer Trockenaufbereitung über einen
Trockenintensivmischer. Anschließend erfolgt bei Temperatu
ren zwischen 1000°C und 1320°C in einer Luftatmosphäre
die Ferritbildung durch Vorsintern.
Das vorgesinterte Material wird - ggf. nach Vormahlung
in einer Rohr- oder Schwingmühle - einem Feinmahlprozeß
unterzogen. Dieses Feinmahlen erfolgt in einer Rings
palt-Kugelmühle, wie sie z. B. in DE 34 31 636 C1 be
schrieben ist. Der Einsatz der Ringspalt-Kugelmühle in
der Hexaferritaufbereitung bildet die Grundlage für die
Gefügefeinung und die Verbesserung der Feinstmahlung.
Dabei wird eine enge Kornverteilung im Korndurchmesser
bereich von 0,6 bis 6 µm erzielt. Hierbei können ggf.
mehrere Durchläufe des Materials durch die Ringspalt-
Kugelmühle erfolgen, bis der gewünschte Korngrößenbe
reich erreicht ist. Das Mahlprodukt hat dann eine Blai
ne-Oberfläche von 7000 bis 8000 cm²/g.
Im Naßprozeß erfolgt die Formgebung durch Verpressen
des nassen Mahlguts in einer porösen Preßform bei Ma
gnetfeldern der Größe 5 bis 8T. Hierbei lassen sich bei
SrFe₁₂O₁₉-Hexaferriten die folgenden Kennwerte erzielen:
Br: 400 mT (Remanenzinduktion)
BHC: 3600 bis 4300 Oe (Indutkions-Koerzitivfeld stärke).
BHC: 3600 bis 4300 Oe (Indutkions-Koerzitivfeld stärke).
Beim Herstellungsprozeß wurden dabei die folgenden Da
ten zugrundegelegt:
Als Mahlkugeln in der Ringspalt-Kugelmühle werden vor
zugsweise Stahlkugeln oder Kugeln aus ZrO₂ verwendet,
deren Durchmesser 0,7 bis 2 mm beträgt.
Beim Sintern können zur Erhöhung der Verdichtung des
Sintergefüges Sinteradditive zugegeben werden, wie z. B.
Disperser, Wolastonit oder Oxide wie CaO, SiO₂, Bi₂O₃,
V₂O₅, P₂O₅, oder Erdalkali-Silikatglaspulver.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von aus Hexaferriten
bestehenden Dauermagneten mit den folgenden
Schritten:
- a) Mischen und Mahlen von Rohmaterialien,
- b) Ferritbildung durch Vorsintern der Rohmate rialien,
- c) Feinmahlen des Ferrits, nach erfolgter Vor mahlung,
- d) Naßpressen des gemahlenen Ferrits in einem Magnetfeld,
- e) Sinterung,
- f) Magnetisieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Feinmahlen des Ferrits in einem oder meh
reren Durchläufen in einer Ringspalt-Kugelmühle
erfolgt, wobei das Kornspektrum auf Korngrößen
zwischen 0,5 und 6 µm reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei dem Schritt b) Strontiumferrit SrFe₁₂O₁₉
oder Bariumferrit BaFe₁₂O₁₉ erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch die Zugabe von Additiven, wie ZrO₂, Al₂O₃,
Karbiden, Nitriden oder Boriden in Schritt a) wo
durch Pinning-Zentren erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt e) als
Sinteradditive disperser Wollastonit, Oxide wie
CaO, SiO₂, Bi₂O₃, V₂O₅, P₂O₅, oder Erdalkali-Silikat
glaspulver zur Erhöhung der Verdichtung zugegeben
werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß beim Feinmahlen Mahlku
geln mit einem Durchmesser von 0,7 bis 2 mm be
nutzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß beim Feinmahlen Mahlku
geln aus ZrO₂ verwendet werden.
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DE19934330197 DE4330197A1 (de) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE4330197A1 (de) |
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