DE60023632T2

DE60023632T2 - Seltenerd-verbundmagnet, zusammenstellung und verfahren

Info

Publication number: DE60023632T2
Application number: DE60023632T
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Suwa-shi NAKAMURA; Koji Suwa-shi AKIOKA
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: EP1102284A1; KR100368674B1; JP2000348918A; ID27773A; CN1319236A; EP1102284B1; WO2000075934A1; EP1102284A4; DE60023632D1; TW498356B; US6527971B1; CN1199203C; KR20010079599A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seltenerd-Verbundmagnet, eine Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung des Seltenerd-Verbundmagneten.
Stand der Technik
Ein Seltenerd-Verbundmagnet wird hergestellt, indem man ein Gemisch (Masse) aus einem Seltenerd-Magnetpulver und einem Bindemittelharz (organisches Bindemittel) unter Druck zu einer angestrebten Magnetgestalt formt. Zur Formgebung von Seltenerd-Verbundmagneten werden ein Verdichtungsformverfahren, ein Spritzgießformverfahren und ein Extrusionsformverfahren herangezogen.
Beim Verdichtungsformverfahren wird ein Magnet hergestellt, indem man die Masse in eine Pressform füllt, sie zu einem Pressling verpresst und anschließend den Pressling zur Härtung erwärmt, wenn es sich beim Bindemittelharz um ein wärmehärtbares Harz handelt. Dieses Verfahren erweist sich als vorteilhaft in Bezug auf die Erhöhung der Menge des Magnetpulvers im gefertigten Magneten und in bezug auf eine Verbesserung von dessen magnetischen Eigenschaften, da der Magnet mit einer geringeren Menge des Bindemittelharzes, als sie bei den übrigen Verfahren erforderlich ist, geformt werden kann.
Beim Extrusionsformverfahren wird ein Magnet hergestellt, indem man die Masse, die in einen geschmolzenen Zustand erwärmt worden ist, durch ein Werkzeug eines Extruders extrudiert, das Extrusionsprodukt unter Abkühlen härtet und es anschließend auf die gewünschte Länge zuschneidet. Dieses Verfahren ist insofern vorteilhaft, als es in flexibler Weise für verschiedene Gestalten von Magneten eingesetzt werden kann und sich damit sogar dünne oder lange Magneten leicht herstellen lassen. Um die Fließfähigkeit der geschmolzenen Masse bei der Formgebungsstufe zu gewährleisten, muss jedoch die Menge des zugesetzten Bindemittelharzes im Vergleich zu der Menge, die beim Verdichtungsformverfahren erforderlich ist, erhöht werden. Daher ergibt sich im gefertigten Magnet eine verringerte Menge an Magnetpulver und es besteht eine Tendenz zur Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Magneten.
Beim Spritzgießformverfahren wird die Masse in einen geschmolzenen Zustand mit ausreichender Fließfähigkeit erwärmt und die geschmolzene Masse in eine Form zur Formgebung zu einer vorgegebenen Magnetgestalt gegossen. Dieses Verfahren ist insofern vorteilhaft, als es sich in flexiblerer Weise für verschiedene Magnetgestalten eignet, als dies beim Extrusionsformverfahren der Fall ist, und sich damit insbesondere sogar Magneten unterschiedlicher Gestalten leicht herstellen lassen. Da jedoch die geschmolzene Masse einen höheren Grad an Fließfähigkeit bei der Formgebungsstufe als beim Extrusionsformverfahren aufweisen muss, muss die Menge an zugesetztem Bindemittelharz im Vergleich zu der Menge, die beim Extrusionsformverfahren erforderlich ist, weiter erhöht werden. Daher verringert sich die Menge des Magnetpulvers im gefertigten Magneten zusätzlich und dessen magnetische Eigenschaften neigen zu einer weiteren Verschlechterung.
Das Bindemittelharz zur Verwendung in Seltenerd-Verbundmagneten wird hauptsächlich eingeteilt in ein thermoplastisches Harz und ein wärmehärtbares Harz. Unter diesen Harzen erweist sich das thermoplastische Harz als überlegen, da es sich in bezug auf eine Unterdrückung der Zunahme der Porosität als vorteilhafter erweist und eine hohe mechanische Festigkeit gewährleistet. Typische Beispiele für thermoplastische Harze, die bisher als Bindemittelharze verwendet worden sind, sind Polyphenylensulfide (PPS) und Polyamide.
Jedoch lässt sich bei Polyphenylensulfiden nicht behaupten, dass sie das Seltenerd-Magnetpulver gut benetzen, und außerdem weisen sie eine schlechtere Formbarkeit auf. Demzufolge muss bei Verwendung von Polyphenylensulfiden als Bindemittelharz der Anteil des Bindemittelharzes in der Masse erhöht werden. Dies führt zu einer Schwierigkeit in bezug auf eine Erhöhung des Gehalts an Seltenerd-Magnetpulver, d. h. in bezug auf die Erzielung von hochwertigeren magnetischen Eigenschaften.
Ferner weisen Polyphenylensulfide im Vergleich zu Polyamiden höhere Schmelzpunkte auf und besitzen außerdem geringere Kristallisationsgeschwindigkeiten. Dies führt dazu, dass es erforderlich ist, die Formgebungstemperatur zu erhöhen und die Abkühlzeit nach der Formgebung zu verlängern. Mit anderen Worten, die Masse muss für eine längere Zeitspanne einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt werden. Während der Herstellung von Seltenerd-Verbundmagneten besteht daher die Wahrscheinlichkeit, dass das Seltenerd-Magnetpulver in der Masse einer Beeinträchtigung aufgrund von Oxidation und dergl. unterliegt.
Aus diesen Gründen besteht eine Beschränkung bei der Herstellung von Seltenerd-Verbundmagneten mit überlegenen magnetischen Eigenschaften, wenn Polyphenylensulfide als Bindemittelharz verwendet werden.
Da außerdem Polyphenylensulfide geringere Kristallisationsgeschwindigkeiten als Polyamide aufweisen, ist eine längere Zeitspanne erforderlich, bis die Seltenerd-Verbundmagneten nach der Formgebung gehärtet sind. Infolgedessen ergibt sich eine lange Zykluszeit und der Produktionswirkungsgrad der Seltenerd-Verbundmagneten ist gering.
Andererseits werden aus Gründen der leichteren Verfügbarkeit als Polyamide Polyamid 6 und Polyamid 66 verwendet.
Jedoch weisen Polyamid 6 und Polyamid 66 eine geringere Stabilität der Abmessungen und der Gestalt auf. Mit anderen Worten, Seltenerd-Verbundmagneten unter Verwendung von Polyamid 6 und Polyamid 66 als Bindemittelharz unterliegen bei der Langzeitanwendung Veränderungen in bezug auf Abmessungen, Gestalt und dergl. Demzufolge ergeben sich Einschränkungen bei der Verwendung von Polyamiden für Magneten mit Anwendungsmöglichkeiten in Präzisionsvorrichtungen.
Aufgrund ihrer niedrigeren Schmelzpunkte und Erweichungstemperaturen erweisen sich jedoch derartige Seltenerd-Verbundmagneten in bezug auf ihre Wärmebeständigkeit als unterlegen und lassen sich somit nur unter Schwierigkeiten in einer Hochtemperaturumgebung einsetzen. Ferner besteht bei Verwendung eines derartigen Seltenerd-Verbundmagneten in einer wärmeerzeugenden Vorrichtung, z. B. einem Motor, die Gefahr, dass der Seltenerd-Verbundmagnet sich während einer langen Anwendungsdauer aufgrund der von der Vorrichtung erzeugten Wärme deformiert.
Ein Seltenerd-Verbundmagnet gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus EP-A-0 849 746 bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik handelt es sich beim Magnetpulver um eine Nd-Fe-Co-B-Legierung. Das Bindemittelharz umfasst mehr als 80% Polyamid T, das aus Hexamethylenterephthalamid- und Hexamethylenadipamid-Einheiten zusammengesetzt ist, wobei die Hexamethylenkette 6 Kohlenstoffatome umfasst.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Seltenerd-Verbundmagneten mit verbesserten Eigenschaften in bezug auf magnetische Eigenschaften, Stabilität der Gestalt und Wärmebeständigkeit, sowie einer Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung, aus der der Seltenerd-Verbundmagnet erhalten werden kann, und eines Verfahrens zur Herstellung eines Seltenerd-Verbundmagneten.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehende Aufgabe wird durch einen Seltenerd-Verbundmagneten nach Anspruch 1 und eine Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
Zunächst wird ein erfindungsgemäßer Seltenerd-Verbundmagnet beschrieben.
Im erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagnet ist ein Magnetpulver, das ein Seltenerd-Element enthält (Seltenerd-Magnetpulver) durch ein Bindemittelharz gebunden. Der erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet kann ferner ein Antioxidationsmittel, ein Gleitmittel und dergl. enthalten.
1. Seltenerd-Magnetpulver
Das Seltenerd-Magnetpulver wird vorzugsweise aus einer Legierung hergestellt, die ein Seltenerdelement und ein Übergangsmetall enthält. Insbesondere werden die nachstehenden Legierungen [1] bis [4] bevorzugt.

[1] Eine Legierung, die als Grundkomponenten ein Seltenerdelement, vorwiegend aus Sm, und ein Übergangsmetall, vorwiegend Co, enthält (nachstehend als Legierung auf Sm-Co-Basis bezeichnet).
[2] Eine Legierung, die als Grundkomponenten R (R bedeutet mindestens eines der Seltenerdelemente mit einem Gehalt an Y), ein Übergangsmetall, vorwiegend Fe, und B enthält (nachstehend als Legierung auf R-Fe-B-Basis bezeichnet).
[3] Eine Legierung, die als Grundkomponenten ein Seltenerdelement, vorwiegend Sm, ein Übergangsmetall, vorwiegend Fe, und ein interstitielles Element, vorwiegend N, enthält (nachstehend als Legierung auf Sm-Fe-N-Basis bezeichnet).
[4] Eine Legierung, die durch Vermischen von mindestens zwei der vorstehenden Zusammensetzungen [1]–[3] hergestellt worden ist. In diesem Fall können die Vorteile mehrerer Arten von gemischten Magnetpulvern in kombinierter Weise erreicht werden und es lassen sich bessere magnetische Eigenschaften in einfacher Weise erzielen.

Zu typischen Beispielen für die Legierung auf Sm-Co-Basis gehören SmCo₅, (Sm_0,42Pro_0,58)Co₅, Sm(Co_0,76Fe_0,10Cu_0,14)₇ und Sm₂(Co, Cu, Fe, M)₁₇ (M = Ti, Zr, Hf).
Zu typischen Beispielen für Legierungen auf R-Fe-B-Basis gehören eine Legierung auf Nd-Fe-B-Basis, eine Legierung auf Pr-Fe-B-Basis und eine Legierung auf Nd-Pr-Fe-B-Basis, Legierungen, die durch Ersetzen eines Teils der Seltenerdelemente in den vorstehenden Legierungen durch ein schweres Seltenerdelement, wie Dy oder Tb, hergestellt worden sind, und Legierungen, die durch Ersetzen eines Teils von Fe in den vorstehenden Legierungen durch ein anderes Übergangselement, wie Co oder Ni, hergestellt worden sind. Diese Legierungen sind auch unter Pulverisieren mit Wasserstoff und anschließendes Dehydrogenieren des erhaltenen Pulvers verwendbar. Ferner können diese Legierungen in Form von sogenannten Nano-Verbundmagnetpulvern mit einer Nano-Verbundstruktur verwendet werden, bei denen eine weiche magnetische Phase und eine harte magnetische Phase in Nachbarschaftsbeziehung vorliegen.
Ein typisches Beispiel für eine Legierung auf Sm-Fe-N-Basis ist Sm₂Fe₁₇N₃, das durch Nitridieren einer Sm₂Fe₁₇-Legierung hergestellt worden ist.
Zu Beispielen für das im Magnetpulver enthaltene Seltenerdelement gehören Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Zu Beispielen für die im Magnetpulver enthaltenen Seltenerdgemische gehören Mischmetall und Didym-Metalle. Das Magnetpulver kann ein oder mehr dieser Seltenerdelemente und Seltenerdgemische enthalten. Zu Beispielen für das Übergangsmetall gehören Fe, Co, Ni, Cu, V, Ti, Zr, Mo und Hf. Das Magnetpulver kann ein oder mehr dieser Übergangsmetalle enthalten. Ferner kann das Magnetpulver zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften Al, C, Ga, Si, Ag, Au, Pt, Zn, Sn oder dergl. je nach Bedarf enthalten.
Die durchschnittliche Teilchengröße des Magnetpulvers unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, beträgt aber vorzugsweise etwa 0,5–500 μm und insbesondere etwa 1–100 μm. Ferner ist es zur Erzielung einer guten Formbarkeit, einer hohen Dichte und hochwertiger magnetischer Eigenschaften bei einer geringen Menge an Bindemittelharz, wie nachstehend ausgeführt, bevorzugt, dass die Teilchengrößenverteilung des Magnetpulvers eine gewisse Breite aufweist. Eine derartige Teilchengrößenverteilung trägt auch zu einer Verringerung der Porosität der erhaltenen Verbundmagneten bei. Ferner können im vorstehenden Fall [4] die durchschnittlichen Teilchengrößen der verschiedenen Arten von Mischmagnetpulver sich für jede Komponente des Mischmagnetpulvers unterscheiden.
Das Verfahren zur Herstellung des Magnetpulvers unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Beispielsweise kann das Magnetpulver nach einem Verfahren zur Herstellung eines Legierungsblocks durch Schmelz- und Gießstufen und anschließendes Pulverisieren (und gegebenenfalls Glasieren) des Legierungsblocks zu einer geeigneten Größe oder durch ein Verfahren zur Herstellung von rasch abgekühlten, bandförmigen, dünnen Streifen (Cluster von feinen Polykristallen) mit einer Herstellungsvorrichtung zum raschen Abkühlen von dünnen Streifen, die bei der Herstellung einer amorphen Legierung verwendet wird, und durch anschließendes Pulverisieren und Glasieren der dünnen Streifen zu einer geeigneten Teilchengröße erhalten werden.
Der Anteil des Magnetpulvers der Magneten weist je nach dem für die Formgebung des Magneten herangezogenen Verfahren einen bevorzugten Bereich auf.
Speziell beträgt beispielsweise bei dem durch Verdichtungsformgebung hergestellten Seltenerd-Verbundmagneten der Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers vorzugsweise etwa 95–99,5 Gew.-% und insbesondere etwa 96–99 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Magnetpulvers lassen sich die magnetischen Eigenschaften (insbesondere das magnetische Energieprodukt) nicht verbessern. Umgekehrt verringert sich bei einem zu großen Anteil des Magnetpulvers der Anteil des Bindemittelharzes in entsprechender Weise, was zu einer Verschlechterung der Verformbarkeit und der mechanischen Festigkeit führt.
Für den durch Extrusionsformgebung hergestellten Seltenerd-Verbundmagneten beträgt der Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers vorzugsweise etwa 94–98,5 Gew.-% und insbesondere etwa 95–98 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Magnetpulvers lassen sich die magnetischen Eigenschaften (insbesondere das magnetische Energieprodukt) nicht verbessern. Umgekehrt ergibt sich bei einem zu großen Anteil des Magnetpulvers eine relative Verringerung des Anteils des Bindemittelharzes und eine Verringerung der Fließfähigkeit bei der Extrudierstufe, woraus sich Schwierigkeiten bei der Formgebung bzw. deren Unmöglichkeit ergeben.
Bei dem durch Spritzgießformgebung hergestellten Seltenerd-Verbundmagneten beträgt beispiels weise der Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers vorzugsweise etwa 77–97,5 Gew.-% und insbesondere etwa 93–97 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Magnetpulvers lassen sich die magnetischen Eigenschaften (insbesondere das magnetische Energieprodukt) nicht verbessern. Umgekehrt ergibt sich bei einem zu großen Anteil des Magnetpulvers eine relative Verringerung des Anteils des Bindemittelharzes und die Fließfähigkeit bei der Spritzgießstufe nimmt ab, so dass sich Schwierigkeiten bei der Formgebung ergeben bzw. diese unmöglich gemacht wird.
2. Bindemittelharz (Bindemittel)
Das Bindemittelharz (Bindemittel) enthält eine hochmolekulare Verbindung, die die folgende Struktureinheit umfasst: (X-R-X-Y-Ar-Y), (wobei X eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einem Stickstoffatom bedeutet, Y eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einer Carbonylgruppe bedeutet, R eine normalkettige oder verzweigte Alkylengruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 6–16 bedeutet und Ar den Rest eines aromatischen Rings bedeutet).
Aufgrund der Durchführung von eingehenden Untersuchungen über ein optimales Bindemittelharz für den Seltenerd-Verbundmagneten hat der Erfinder eine hochmolekulare Verbindung entwickelt, die die vorerwähnte Struktureinheit enthält (nachstehend als "vorliegende hochmolekulare Verbindung" bezeichnet). Mit anderen Worten, es wurde aufgrund der Untersuchungen des Erfinders festgestellt, dass die vorliegende hochmolekulare Verbindung die nachstehend angegebenen überlegenen Eigenschaften bei Verwendung als Bindemittelharz für den Seltenerd-Verbundmagneten aufweist.
(1) Bessere Benetzbarkeit mit Seltenerd-Magnetpulver
Die vorliegende hochmolekulare Verbindung weist eine bessere Benetzbarkeit mit dem Seltenerd-Magnetpulver und eine bessere Haftung am Seltenerd-Magnetpulver auf. Im Fall der Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung als Bindemittelharz kann daher das Verkneten der Seltenerd-Magnetzusammensetzung und die Formgebung des Seltenerd-Verbundmagneten mit einer geringen Menge des Bindemittelharzes vorgenommen werden.
Demzufolge kann bei Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung als Bindemittelharz der Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers im Seltenerd-Verbundmagnet erhöht werden und es lässt sich somit ein Seltenerd-Verbundmagnet mit hochwertigeren magnetischen Eigenschaften erhalten.
(2) Bessere Formbeständigkeit
Der Seltenerd-Verbundmagnet unter Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung weist eine bessere Formbeständigkeit auf. Der Seltenerd-Verbundmagnet unter Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung ist daher weniger gegenüber Veränderungen der Abmessungen, der Gestalt und dergl. anfällig, selbst wenn er über eine lange Zeitspanne hinweg verwendet wird.
Demgemäß kann der Seltenerd-Verbundmagnet unter Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung in zufriedenstellender Weise nicht nur für übliche Anwendungszwecke eingesetzt werden, sondern auch in Vorrichtungen und Teilen (z. B. bei Präzisionsteilen), bei denen eine hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf Abmessungen, Gestalt und dergl. erforderlich ist.
(3) Bessere Wärmebeständigkeit
Der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, weist eine bessere Wärmebeständigkeit auf. Der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, ist daher gegenüber Deformationen weniger anfällig, selbst wenn er für eine längere Zeitspanne in einer Hochtemperaturumgebung eingesetzt wird.
Demgemäß kann der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, in zufriedenstellender Weise nicht nur für übliche Anwendungszwecke eingesetzt werden, sondern auch in Vorrichtungen und Teilen, die in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden, sowie in Vorrichtungen und Teilen (z. B. in einem Hochleistungsmotor mit hohem Drehmoment), die Wärme erzeugen und unter Bedingungen von hoher Temperatur gelangen.
(4) Hohe mechanische Festigkeit
Der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, weist eine hohe mechanische Festigkeit auf. Der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, ist daher gegenüber Rissen, Beschädigungen und dergl. weniger anfällig.
Demzufolge kann der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, in zufriedenstellender Weise nicht nur in einer üblichen Umgebung, sondern auch in einer Umgebung, die Vibrationen, Stößen und dergl. unterliegt, eingesetzt werden.
(5) Rasche Kristallisationsgeschwindigkeit
Die vorliegende hochmolekulare Verbindung weist eine relativ rasche Kristallisationsgeschwindigkeit auf. Der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, kann daher nach der Formgebung mit einer raschen Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt werden.
Es ist bekannt, dass sich die magnetischen Eigenschaften von Seltenerd-Magnetpulvern aufgrund von Oxidation und dergl., die bei hohen Temperaturen in der Formgebungsstufe auftreten, beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund wird der Seltenerd-Verbundmagnet nach der Formgebung vorzugsweise rasch abgekühlt. Bei Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung als Bindemittelharz kann daher der geformte Seltenerd-Verbundmagnet rasch abgekühlt werden und es lässt sich ein Seltenerd-Verbundmagnet mit besseren magnetischen Eigenschaften erhalten.
Aufgrund der raschen Kristallisationsgeschwindigkeit der vorliegenden hochmolekularen Verbindung kann ferner der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, nach der Formgebung innerhalb einer kürzeren Zeitspanne gehärtet werden. Mit anderen Worten, der Seltenerd-Verbundmagnet, der sich der vorliegenden hochmolekularen Verbindung bedient, kann aus der Form nach der Formgebung innerhalb einer kürzeren Zeitspanne entnommen werden, so dass sich die Zykluszeit für das Formgebungsverfahren verkürzt. Demgemäß ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad bei der Herstellung des Seltenerd-Verbundmagneten.
Besonders vorteilhaft bei der vorliegenden hochmolekularen Verbindung ist die Tatsache, dass sie die vorstehenden verschiedenen überlegenen Eigenschaften gleichzeitig aufweist.
Somit lässt sich durch Verwendung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung als Bindemittelharz ein besonders ausgezeichneter Seltenerd-Verbundmagnet mit den vorerwähnten Eigenschaften erhalten.
Die vorliegende hochmolekulare Verbindung der nachstehend angegebenen Formel wird nunmehr ausführlich beschrieben: (X-R-X-Y-Ar-Y), (wobei X eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einem Stickstoffatom bedeutet, Y eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einer Carbonylgruppe bedeutet, R eine normalkettige oder verzweigte Alkylengruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 6–16 bedeutet und Ar den Rest eines aromatischen Rings bedeutet).
Zu Beispielen für die funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einem Stickstoffatom gehören eine NH-Gruppe, eine NR'-Gruppe (worin R' eine Alkylgruppe, z. B. eine Methylgruppe, bedeutet), eine NHPh-Gruppe (worin Ph eine Phenylengruppe, z. B. eine o-Phenylengruppe oder eine m-Phenylengruppe, bedeutet) und dergl.
Zu Beispielen für die funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einer Carbonylgruppe gehören eine CO-Gruppe, eine R''CO-Gruppe (worin R'' eine Alkylengruppe, z. B. eine Methylengruppe, bedeutet), eine NHCO-Gruppe und dergl.
Der Erfinder hat festgestellt, dass eine hochmolekulare Verbindung mit diesen funktionellen Gruppen besonders gute Eigenschaften gemäß den vorstehenden Ausführungen aufweist.
Zu Beispielen für die geradkettige oder verzweigte Alkylengruppe mit 6–16 Kohlenstoffatomen gehören: (CH₂)₆, (CH₂)₇, (CH₂)₈, (CH₂)₉, (CH₂)₁₀, (CH₂)₁₁, (CH₂)₁₂, (CH₂)₂CHCH₃(CH₂)₂, CH₂C(CH₃)₂CH₂CHCH₃(CH₂)₂, CH₂CHCH₃(CH₂)₂CHCH₃CH₂, CH₂CHCH₃(CH₂)₆, CH₂CHCH₃(CH₂)₃CHCH₃CH₂ und dergl.
Eine hochmolekulare Verbindung mit einer derartigen Alkylengruppe erweist sich in Bezug auf die Benetzbarkeit des Seltenerd-Magnetpulvers, die Formbeständigkeit, die Wärmebeständigkeit und die mechanische Festigkeit als besonders hochwertig.
Insbesondere liegt die Anzahl der Kohlenstoffatome der geradkettigen oder verzweigten Alkylengruppe im Bereich von 9 bis 16. Eine hochmolekulare Verbindung mit einer derartigen Alkylengruppe weist eine besonders gute Formbarkeit auf und erweist sich in Bezug auf Benetzbarkeit des Seltenerd-Magnetpulvers, die Formbeständigkeit und die mechanische Festigkeit als besonders günstig.
Zu Beispielen für geradkettige oder verzweigte Alkylengruppen mit einer Kohlenstoffanzahl von 9 bis 16 gehören: (CH₂)₉, (CH₂)₁₀, (CH₂)₁₁, (CH₂)₁₂, CH₂C(CH₃)₂CH₂CHCH₃(CH₂)₂, CH₂CHCH₃(CH₂)₆, CH₂CHCH₃(CH₂)₃CHCH₃CH₂ und dergl.
Zu Beispielen für den Rest eines aromatischen Rings gehören eine Phenylengruppe, z. B. eine o-Phenylengruppe, eine m-Phenylengruppe oder eine p-Phenylengruppe, eine Naphthylengruppe, wie eine 1,4-Naphthylengruppe, eine 4,4'-Methylendiphenylgruppe, Derivate davon und dergl.
Mit einer hochmolekularen Verbindung, die einen derartigen Rest eines aromatischen Rings aufweist, lassen sich die Formbeständigkeit, die Wärmebeständigkeit und die mechanische Festigkeit des Seltenerd-Verbundmagneten verbessern.
Die vorliegende hochmolekulare Verbindung kann eine Art der vorerwähnten Struktureinheit umfassen, sie kann aber auch zwei oder mehr Arten der vorerwähnten Struktureinheiten enthalten.
Durch Herstellung der vorliegenden hochmolekularen Verbindung, die zwei oder mehr Arten der vorerwähnten Struktureinheit enthält, lässt sich ein Seltenerd-Verbundmagnet erhalten, der sich in Bezug auf bestimmte Eigenschaften als besonders hochwertig erweist.
Zu Beispielen für die vorliegende hochmolekulare Verbindung, die zwei oder mehr Arten der vorerwähnten Struktureinheit enthält, gehören ein Copolymeres, das zwei oder mehr Arten der vorerwähnten Struktureinheiten umfasst, ein Polymergemisch oder eine Polymerlegierung aus zwei oder mehr Arten von hochmolekularen Verbindungen, die jeweils die vorerwähnten Struktureinheiten umfassen, und dergl.
Der Schmelzpunkt des Bindemittelharzes unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, beträgt vorzugsweise aber etwa 260–370°C. Wenn der Schmelzpunkt nicht unter dieser Untergrenze liegt, lässt sich ein Seltenerd-Verbundmagnet mit günstiger Wärmebeständigkeit erhalten. Wenn jedoch der Schmelzpunkt die Obergrenze übersteigt, so lässt sich die Formgebung des Seltenerd-Verbundmagneten nur unter Schwierigkeiten vornehmen.
Innerhalb des vorerwähnten Temperaturbereiches beträgt der Schmelzpunkt des Bindemittelharzes insbesondere etwa 270–330°C. Wenn der Schmelzpunkt nicht unter dieser Untergrenze liegt, so lässt sich die Wärmebeständigkeit des erhaltenen Seltenerd-Verbundmagneten weiter verbessern. Wenn ferner der Schmelzpunkt nicht über der Obergrenze liegt, so lässt sich der Seltenerd-Verbundmagnet noch leichter verformen.
Zusätzlich zur vorerwähnten vorliegenden hochmolekularen Verbindung kann das Bindemittelharz ferner eine weitere hochmolekulare Verbindung, eine niedermolekulare Verbindung und dergl. enthalten.
Um die vorerwähnten Vorteile in noch ausgeprägterer Weise zu erzielen, enthält das Bindemittelharz vorzugsweise nicht weniger als 50 Gew.-% der vorliegenden hochmolekularen Verbindung, insbesondere nicht weniger als 65 Gew.-% und ganz besonders nicht weniger als 80 Gew.-%.
3. Antioxidationsmittel
Beim Antioxidationsmittel handelt es sich um ein Additiv, das der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung beim Verfahren zu dessen Herstellung, das nachstehend beschrieben wird, zugesetzt wird, um eine Oxidation, eine Beeinträchtigung und eine Denaturierung des Seltenerd-Magnetpulvers selbst sowie eine Oxidation, Beeinträchtigung und Denaturierung des Bindemittelharzes, die unter Beteiligung des Seltenerd-Magnetpulvers als Katalysator hervorgerufen werden, zu vermeiden. Die Zugabe des Antioxidationsmittels trägt dazu bei, die Oxidation des Seltenerd-Magnetpulvers zu verhindern, die magnetischen Eigenschaften des Magneten zu verbessern und die Wärmestabilität der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung bei den Knet- und Formgebungsstufen zu verbessern.
Da das Antioxidationsmittel während der Zwischenstufen, z. B. beim Kneten und Formgeben, bei der Herstellung der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung verdampft oder denaturiert wird, verbleibt nur ein Teil des Antioxidationsmittels im fertigen Seltenerd-Verbundmagnet. Demzufolge beträgt der Anteil des Antioxidationsmittels im Seltenerd-Verbundmagnet beispielsweise etwa 10–95% und insbesondere 20–90%, bezogen auf die Menge des Antioxidationsmittels, das der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung zugesetzt worden ist.
Beim Antioxidationsmittel kann es sich um einen beliebigen Typ handeln, sofern es die Oxidation des Seltenerd-Magnetpulvers und dergl. verhindern oder unterdrücken kann. Beispielsweise werden Tocopherol, Verbindungen auf Aminbasis, Verbindungen auf Aminosäurebasis, Nitrocarboxylate, Hydrazinverbindungen, Cyanverbindungen und chelatbildende Mittel, die mit einem Metallion, insbesondere einer Fe-Komponente, eines Sulfids zur Erzeugung einer Chelatverbindung koordiniert sind, vorzugsweise als Antioxidationsmittel verwendet. Besonders bevorzugt sind Hydrazinverbin dungen.
Selbstverständlich sind der Typ, die Zusammensetzung und dergl. des Antioxidationsmittels nicht auf die vorstehend aufgeführten Beispiele beschränkt.
4. Gleitmittel
Das Gleitmittel bewirkt eine Verbesserung der Fließfähigkeit von Materialien bei den Knet- und Formgebungsstufen des Seltenerd-Verbundmagneten. Durch Zugabe des Gleitmittels kann daher die Belastung, die auf einen Motor bei der Knetstufe ausgeübt wird, verringert werden und es lässt sich eine höhere Dichte unter einem geringeren Formgebungsdruck bei der Formgebungsstufe erzielen. Somit trägt die Zugabe des Gleitmittels dazu bei, die Kosten zu senken und die Lebensdauer einer Knetvorrichtung und einer Formgebungsmaschine zu verlängern.
Da das Gleitmittel während der Zwischenstufen, z. B. beim Kneten und Formgeben, bei der Herstellung der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung verdampft oder denaturiert wird, verbleibt nur ein Teil des Gleitmittels im fertigen Seltenerd-Verbundmagnet. Demzufolge beträgt der Anteil des Gleitmittels im Seltenerd-Verbundmagnet beispielsweise etwa 10–90% und insbesondere 20–80%, bezogen auf die Menge des Gleitmittels, die der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung zugesetzt worden ist.
Zu Beispielen für das Gleitmittel gehören Stearinsäure und Metallsalze davon, Fettsäuren, Siliconöl, verschiedene Wachse, Graphit, Molybdändisulfid und dergl. Unter diesen Beispielen werden Stearinsäure und Metallsalze bevorzugt, da sie eine besonders günstige Gleitwirkung erzielen. Zu Beispielen für Stearate gehören Zinkstearat, Calciumstearat und dergl.
Im erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagnet beträgt die Porosität (Volumenanteil der im Verbundmagnet enthaltenen Poren) vorzugsweise nicht mehr als 5 Vol.-%, insbesondere nicht mehr als 3,5 Vol.-% und ganz besonders nicht mehr als 2,0 Vol.-%. Wenn die Porosität zu hoch ist, besteht die Gefahr, dass die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit und die Lösungsmittelbeständigkeit des Magneten in Abhängigkeit von Bedingungen, wie der Zusammensetzung des Magnetpulvers und der Zusammensetzung und dem Anteil des Bindemittelharzes, beeinträchtigt werden können und sich die magnetischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Anwendungsbedingungen möglicherweise verschlechtern.
Der erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet weist verbesserte magnetische Eigenschaften auf, und zwar selbst bei Herstellung eines isotropen Magneten, und zwar aufgrund der vorstehend beschriebenen Eigenschaften, wie der Zusammensetzung des Magnetpulvers und dem höheren Anteil des Magnetpulvers.
Insbesondere beträgt beim erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagneten, der durch Verdichtungsformgebung hergestellt worden ist, beispielsweise das magnetische Energieprodukt (BH)_max vorzugsweise nicht weniger als 318,4 TA/cm (4 MGOe), insbesondere nicht weniger als 557,2 TA/cm (7 MGOe), bei Formgebung ohne Magnetfeld. Wenn die Formgebung unter einem Magnetfeld erfolgt, liegt das magnetische Energieprodukt (BH)_max vorzugsweise nicht unter 796 TA/cm (10 MGOe) und insbesondere nicht unter 955,2 TA/cm (12 MGOe).
Beim erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagnet, der durch Extrusionsformgebung hergestellt worden ist, liegt beispielsweise das magnetische Energieprodukt (BH)_max vorzugsweise nicht unter 318,4 TA/cm (4 MGOe) und insbesondere nicht unter als 557,2 TA/cm (7 MGOe) bei Formgebung ohne Magnetfeld. Wenn die Formgebung unter einem Magnetfeld erfolgt, liegt das magnetische Energieprodukt (BH)_max vorzugsweise nicht unter 796 TA/cm (10 MGOe) und insbesondere nicht unter 955,2 TA/cm (12 MGOe).
Beim erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagnet, der durch Spritzgießformgebung hergestellt worden ist, beträgt beispielsweise das magnetische Energieprodukt (BH)_max vorzugsweise nicht weniger als 159,2 TA/cm (2 MGOe) und insbesondere nicht weniger als 477,6 TA/cm (6 MGOe), bei Formgebung ohne Magnetfeld. Bei Formgebung unter einem Magnetfeld liegt das magnetische Energieprodukt (BH)_max vorzugsweise nicht unter 796 TA/cm (10 MGOe) und insbesondere nicht unter 955,2 TA/cm (12 MGOe).
Im übrigen unterliegen die Gestalt, die Abmessungen und dergl. des erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagneten keinen speziellen Beschränkungen. Bezüglich der Gestalt kann der Seltenerd-Verbundmagnet eine beliebige geeignete Gestalt aufweisen, z. B. die Gestalt einer Säule, eines Prismas, eines Zylinders (Rings), eines Bogens, einer flachen Platte und einer gekrümmten Platte. Ferner kann der Seltenerd-Verbundmagnet beliebige geeignete Abmessungen, die von großen Abmessungen bis ultrakleinen Abmessungen reichen, aufweisen.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung beschrieben.
Die erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung enthält vorwiegend das vorstehend beschriebene Seltenerd-Magnetpulver und das vorstehend beschriebene Bindemittelharz. Die erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung kann ferner je nach Bedarf ein Antioxidationsmittel, Gleitmittel und dergl. gemäß den vorstehenden Ausführungen enthalten.
Die Menge des Seltenerd-Magnetpulvers, die der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung zugesetzt wird, wird unter Berücksichtigung der magnetischen Eigenschaften des erhaltenen Seltenerd-Verbundmagneten und der Fließfähigkeit der geschmolzenen Zusammensetzung bei der Formgebungsstufe festgelegt.
Speziell beträgt bei der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung, die der Verdichtungsformgebung unterzogen wird, beispielsweise der Gehalt des Seltenerd-Magnetpulvers in der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung vorzugsweise etwa 94–99 Gew.-% und insbesondere etwa 95–99 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers lassen sich die magnetischen Eigenschaften (insbesondere das magnetische Energieprodukt) nicht verbessern. Umgekehrt wird bei einem zu großen Anteil des Magnetpulvers das Verhalten sowohl beim Verkneten als auch bei der Formgebung beeinträchtigt, was zu Fehlern bei der Formgebung und in extremen Fällen zu Schwierigkeiten bei der Formgebung und zur Undurchführbarkeit der Formgebung führt.
Bei der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung, die der Extrusionsformgebung unterworfen wird, beträgt beispielsweise der Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers in der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung vorzugsweise etwa 93–98,5 Gew.-% und insbesondere etwa 94–98 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Magnetpulvers lassen sich die magnetischen Eigenschaften (insbesondere das magnetische Energieprodukt) nicht verbessern. Wenn andererseits der Anteil des Magnetpulvers zu groß ist, kommt es zu einer relativen Verringerung des Anteils des Bindemittelharzes und einer Verringerung der Fließfähigkeit bei der Extrudierstufe, was die Formgebung erschwert bzw. unmöglich macht.
Bei der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung, die der Spritzgießformgebung unterzogen wird, beträgt beispielsweise der Anteil des Seltenerd-Magnetpulvers in der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung vorzugsweise etwa 77–97,5 Gew.-% und insbesondere etwa 93–97 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Magnetpulvers lassen sich die magnetischen Eigenschaften (insbesondere das magnetische Energieprodukt) nicht verbessern. Wenn andererseits der Anteil des Magnetpulvers zu groß ist, so kommt es zu einer relativen Verringerung des Anteils des Bindemittelharzes und die Fließfähigkeit bei der Spritzgießstufe nimmt ab, was die Formgebung erschwert bzw. unmöglich macht.
Bei Zugabe eines Antioxidationsmittels zur Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung beträgt der Anteil des Antioxidationsmittels (Menge des der Zusammensetzung zugesetzten Antioxidationsmittels) vorzugsweise etwa 0,1–2,0 Gew.-% und insbesondere etwa 0,3–1,8 Gew.-%. In diesem Fall beträgt der Anteil des Antioxidationsmittels vorzugsweise etwa 5–120 Gew.-% und vorzugsweise etwa 15–90 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Bindemittelharzes.
Bei einem zu geringen Anteil des Antioxidationsmittels ist die Wirkung zur Verhinderung der Oxidation unzureichend und eine Oxidation des Magnetpulvers und dergl. lässt sich nicht in ausreichendem Maße unterdrücken, wenn beispielsweise der Anteil des Magnetpulvers hoch ist. Wenn andererseits der Anteil des Antioxidationsmittels zu groß ist, so kommt es zu einer relativen Verringerung des Anteils des Bindemittelharzes und die mechanische Festigkeit des erhaltenen Formkörpers nimmt tendenziell ab.
Bei Zusatz eines Gleitmittels zur Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung beträgt der Anteil des Gleitmittels (Menge des der Zusammensetzung zugesetzten Gleitmittels) vorzugsweise etwa 0,01–0,7 Gew.-% und insbesondere etwa 0,02–0,5 Gew.-%. Bei einem zu geringen Anteil des Gleitmittels entwickelt sich die Gleitwirkung nicht in ausreichendem Maße. Bei einem zu großen Anteil des Gleitmittels kommt es zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit des erhaltenen Formkörpers.
Selbstverständlich können erfindungsgemäß die Mengen des zugesetzten Antioxidationsmittels und Gleitmittels unter der Untergrenze oder über der Obergrenze der vorerwähnten Bereiche liegen oder die Zugabe des Antioxidationsmittels und des Gleitmittels kann ganz unterbleiben.
Ferner kann die Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung mit verschiedenen anderen Additiven, z. B. einem Formgebungshilfsmittel und einem Stabilisator, versetzt werden.
Die erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung liegt in Form eines Gemisches des vorstehend beschriebenen Seltenerd-Magnetpulvers und des Bindemittelharzes vor, wobei je nach Bedarf das vorerwähnte Antioxidationsmittel und Gleitmittel zugesetzt werden, oder die Zusammensetzung liegt in der Form vor, die sich nach Verkneten des Gemisches ergibt (d. h. ein verknetetes Gemisch gemäß den nachstehenden Ausführungen).
Der erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet wird beispielsweise folgendermaßen hergestellt.
Das Herstellungsverfahren umfasst vorwiegend die nachstehend angegebenen Stufen.
(1) Herstellung der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung
Die Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung wird unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Seltenerd-Magnetpulvers und des vorstehend beschriebenen Bindemittelharzes oder unter zusätzlicher Verwendung des vorstehend beschriebenen Antioxidationsmittels, Gleitmittels und dergl., die hinzugefügt werden, hergestellt.
Diese Bestandteile der Zusammensetzung werden je nach Bedarf mit einem Mischer, z. B. einem Henschel-Mischer, oder einer Bewegungsvorrichtung vermischt.
(2) Verkneten
Die Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung wird einer Verknetung unterworfen. Bei der Verknetungsstufe verringert sich die Teilchengröße des Magnetpulvers, das Magnetpulver, das Bindemittelharz und die übrigen Bestandteile werden weiter vermischt und eine Harzschicht wird schichtförmig über die Pulveroberfläche aufgebracht. Der Knetvorgang wird in ausreichendem Maße durchgeführt, beispielsweise mit einem Kneter oder dergl., der getrennt von der Formgebungsmaschine oder in Verbindung damit angeordnet ist. Der Kneter unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, es kann sich aber um einen absatzweise arbeitenden oder kontinuierlichen Typ handeln, sofern er die erwünschte Temperatur und einen zufriedenstellenden Knetvorgang gewährleisten kann.
Das Gemisch wird bei einer Temperatur verknetet, bei der das verwendete Bindemittelharz zumindest erweicht oder geschmolzen wird, vorzugsweise bei einer Temperatur, bei der ein Schmelzvorgang erfolgt. Speziell beträgt die Knettemperatur vorzugsweise etwa 250–370°C und insbesondere etwa 270–330°C. Durch Verkneten des Gemisches bei einer derartigen Temperatur wird die Knetwirkung verstärkt und der Knetvorgang kann gleichmäßiger innerhalb einer kürzeren Zeitspanne zu Ende gebracht werden, als dies beim Verkneten des Gemisches bei Raumtemperatur der Fall ist. Da ferner der Knetvorgang bei einer verringerten Viskosität des Bindemittelharzes durchgeführt wird, wird das Gemisch in einen Zustand gebracht, bei dem das Bindemittelharz die Teilchen des Seltenerd-Magnetpulvers bedeckt. Dieser Zustand trägt dazu bei, die Porosität der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung und des aus der Zusammensetzung hergestellten Verbundmagneten zu verringern.
Die durchschnittliche Verweilzeit des verkneteten Gemisches beträgt vorzugsweise etwa 1–30 Minuten und insbesondere etwa 2–20 Minuten. Dabei bedeutet die durchschnittliche Verweilzeit des verkneteten Gemisches einen Wert, der sich ergibt, indem man die Menge des im Kneter befindlichen gekneteten Gemisches durch die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des gekneteten Gemisches dividiert. Wenn die durchschnittliche Verweilzeit zu kurz ist, ergibt sich ein unzureichender Knetvorgang. Bei einer zu langen durchschnittlichen Verweilzeit kommt es zu fortschreitender Oxidation, Beeinträchtigung und Denaturierung des verkneteten Gemisches zusammen mit einer mechanischen Schädigung, so dass im Formkörper keine hohe Dichte erreicht werden kann, so dass sich die magnetischen Eigenschaften nicht verbessern.
Der Knetvorgang kann an der Luft durchgeführt werden, wird aber vorzugsweise unter einem Vakuum oder unter vermindertem Druck (z. B. 1 Pa–0,1 MPa) oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, z. B. in einem Inertgas, wie Stickstoffgas oder Argongas, durchgeführt.
(3) Abkühlen des verkneteten Gemisches
Nach dem Verkneten wird das verknetete Gemisch vorzugsweise etwa auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Abkühlen wird vorzugsweise unter fortgesetztem Verkneten vorgenommen. Beim Abkühlen wird die Bindemittelharzschicht, die auf der Oberfläche der Magnetpulverteilchen bei der Knetstufe gebildet worden ist, unter Erstarren fixiert, was die Knetwirkung sicherer macht.
Die Abkühlgeschwindigkeit bei der Stufe der Abkühlung des verkneteten Gemisches hängt von der Atmosphäre ab. In einer nicht-oxidierenden Atmosphäre kann sie relativ gering sein. Jedoch wird das verknetete Gemisch vorzugsweise so rasch wie möglich abgekühlt, so dass das schichtförmig auf die Oberfläche der Magnetpulverteilchen aufgebrachte Bindemittelharz sich rasch verfestigt. Die Abkühlgeschwindigkeit unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, liegt jedoch vorzugsweise nicht unter 10°C/sec und insbesondere nicht unter 50°C/sec. Bei einer zu niedrigen Abkühlgeschwindigkeit kommt es zu einer Oxidation und Beeinträchtigung des verkneteten Gemisches oder zu einem Ausfließen der Harzschicht an der Oberfläche der Magnetpulverteilchen, wodurch sich die Knetwirkung verringert.
(4) Granulation
Das erhaltene verknetete Gemisch wird granuliert oder gleichmäßig granuliert, wodurch man Granalien mit einer vorgegebenen Korngröße erhält. Bei dieser Stufe lassen sich insbesondere bei der Verdichtungsformgebung die Formkörpermaterialien leicht und sicher in eine Form füllen und die Präzision bezüglich der Menge der eingefüllten Materialien lässt sich verbessern. Infolgedessen wird die Maßgenauigkeit des erhaltenen Verbundmagneten erhöht.
Das Verfahren zur Durchführung der Granulation oder gleichmäßigen Granulation unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Beispielsweise wird das verknetete Gemisch zu Granalien pulverisiert oder das verknetete Gemisch wird direkt in eine Granulationsmaschine, z. B. eine Axialdruckgranulationsmaschine, eingeführt und sodann abgekühlt. Die Pulverisierung wird beispielsweise mit einer Kugelmühle, einer Vibrationsmühle, einer Pulverisiervorrichtung, einer Strahlmühle oder einer Stiftmühle durchgeführt. Als Alternative können sowohl eine Granulationsmaschine als auch eine Pulverisiervorrichtung in kombinierter Weise verwendet werden.
Ferner kann die Korngröße der Granalien durch Klassieren unter Verwendung eines Siebes oder dergl. eingestellt werden.
Die durchschnittliche Korngröße der Granalien beträgt vorzugsweise etwa 10 μm–3 mm, insbesondere etwa 20 μm–1 mm und ganz besonders etwa 50 μm–200 μm. Wenn die Korngröße der Granalien unter 3 mm liegt, so ist es schwierig, die Menge der in die Form eingefüllten Granalien fein einzustellen und es ergibt sich eine Beeinträchtigung der Präzision der Menge der eingefüllten Granalien, insbesondere wenn die Größe des geformten Magneten gering ist, d. h. wenn der Spalt der Form klein ist. Demgemäß lässt sich dann die Maßgenauigkeit des erhaltenen Verbundmagneten nicht erhöhen. Wenn andererseits die durchschnittliche Korngröße der Granalien unter 10 μm liegt, so sind derartige Granalien nur schwer oder in aufwändiger Art und Weise herzustellen (zu granulieren). Ferner ergibt sich bei einer zu geringen durchschnittlichen Korngröße eine Tendenz dahingehend, dass Schwierigkeiten beim Einfüllen der Granalien in die Form entstehen und die Porosität des erhaltenen Verbundmagneten ansteigt.
Die Granalien können eine gleichmäßige Korngröße aufweisen oder die Korngröße kann in gewissem Umfang variieren.
(5) Formgebung des Verbundmagneten
Beim Formgebungsverfahren kann es sich um eine beliebige Verdichtungsformgebung, Extrusionsformgebung, Spritzformgebung und dergl. handeln. Die Verfahren unter Anwendung von Verdichtungsformgebung, Extrusionsformgebung und Spritzgießformgebung werden nachstehend anhand von typischen Beispielen erläutert.
(5.1) Verdichtungsformgebung
Die erwünschte Menge der Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung wird in eine Form einer Verdichtungsformgebungsmaschine eingefüllt und anschließend einer Verdichtungsformgebung unter einem Magnetfeld (Orientierungsmagnetfeld beispielsweise 5–20 kOe, wobei die Orientierungsrichtung vertikal, horizontal oder radial sein kann) oder ohne Magnetfeld unterworfen.
Die Verdichtungsformgebung wird beispielsweise als Warmformgebung durchgeführt. Mit anderen Worten, die Formgebung wird unter Erwärmen der Form so durchgeführt, dass die Materialtemperatur bei der Formgebungsstufe nicht unter der Erweichungstemperatur des verwendeten Bindemittelharzes liegt. Speziell wird die Materialtemperatur bei der Formgebungsstufe vorzugsweise auf etwa 250–370°C und insbesondere auf etwa 270–330°C eingestellt.
Das Erwärmungsverfahren unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und kann durch Erwärmen mit einem Brenner, durch elektrische Widerstandsheizung, durch Hochfrequenzheizung, durch Infrarotbestrahlung, durch Plasmabestrahlung oder dergl. durchgeführt werden. Je nach der Formgebungsmaschine wird unter diesen Verfahren ein geeignetes Verfahren ausgewählt.
Bei der vorstehend beschriebenen Warmformgebung wird die Fließfähigkeit des Formgebungsmaterials in der Form verbessert und der Verbundmagnet lässt sich mit guter Maßgenauigkeit unter einem geringeren Formgebungsdruck formen. Speziell kann der Verbundmagnet unter einem Formgebungsdruck von vorzugsweise nicht mehr als 500 MPa und insbesondere von nicht mehr als 350 MPa geformt werden. Somit wird die Formgebung erleichtert und es lassen sich Verbundmagneten in Formen mit dünnen Bereichen, wie einem Ring, einer flachen Platte oder einer gekrümmten Platte (einschließlich einer langen Platte), in Massenproduktion mit hochwertigen und stabilen Gestalten und Abmessungen herstellen.
Ferner kann bei der Warmformgebung die Porosität des erhaltenen Magneten auch unter dem vorstehend beschriebenen niederen Formgebungsdruck verringert werden.
Ferner erweist sich bei der Formgebung unter einem Magnetfeld die Warmformgebung als wirksam in Bezug auf die Erhöhung der Fließfähigkeit der Formgebungsmaterialien in der Form, in Bezug auf eine Erleichterung der Rotation des Magnetpulvers unter dem externen Magnetfeld und in Bezug auf eine Verbesserung der magnetischen Orientierung. Außerdem wird die Koerzitivkraft des Seltenerd-Magnetpulvers aufgrund eines Temperaturanstiegs verringert, was gleichwertig mit der Tatsache ist, dass ein offensichtlich hohes Magnetfeld angelegt wird. Infolgedessen lässt sich das Seltenerd-Magnetpulver leicht in der gewünschten Richtung orientieren und die magnetischen Eigenschaften lassen sich verbessern.
Der auf diese Weise hergestellte Formkörper wird nach dem Abkühlen aus der Form entnommen, wodurch man den erfindungsgemäßen Seltenerd-Verbundmagnet erhält.
(5.2) Extrusionsformgebung
Die Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung wird in einem Zylinder einer Extrusionsformgebungsmaschine geschmolzen, indem man sie auf eine Temperatur, die nicht unter dem Schmelzpunkt des Bindemittelharzes liegt, erwärmt. Die geschmolzene Zusammensetzung wird aus einem Werkzeug der Extrusionsformgebungsmaschine unter einem Magnetfeld (Orientierungsmagnetfeld mit beispielsweise 10–20 kOe) oder ohne Einwirkung eines Magnetfelds ausgestoßen. Die Extru sionsformgebung wird als Warmformgebung durchgeführt. Die Materialtemperatur im Zylinder der Formgebungsstufe wird vorzugsweise auf etwa 250–370°C und insbesondere auf etwa 270–330°C eingestellt. Ferner betragen die Extrusionsgeschwindigkeit vorzugsweise etwa 0,1–10 mm/sec und die Formtemperatur vorzugsweise etwa 200–350°C.
Der Formkörper wird beispielsweise beim Ausstoßen der geschmolzenen Zusammensetzung aus dem Werkzeug abgekühlt und verfestigt. Anschließend wird der ausgestoßene, längliche Formkörper in geeigneter Weise geschnitten, wobei man den Seltenerd-Verbundmagnet mit der gewünschten Gestalt und den gewünschten Abmessungen erhält.
Die Querschnittgestalt des Seltenerd-Verbundmagneten wird je nach der Gestalt des gewählten Werkzeugs (das ein inneres Werkzeug und ein äußeres Werkzeug umfasst) der Extrusionsformgebungsmaschine festgelegt. Es lassen sich sogar Seltenerd-Verbundmagneten mit dünnen Bereichen und unterschiedlichen Querschnittgestalten leicht herstellen. Ferner lässt sich durch Einstellen der Schnittlänge des Formkörpers auch ein langer Magnet herstellen.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, einen Seltenerd-Verbundmagnet herzustellen, der einen größeren Freiheitsgrad in Bezug auf die Magnetgestalt, eine bessere Beschaffenheit in Bezug auf Fließfähigkeit, Formbarkeit und Maßgenauigkeit bei einer geringeren Menge an Bindemittelharz aufweist und der sich für die kontinuierliche Massenproduktion eignet.
(5.3) Spritzgießformgebung
Die Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung wird in einem Spitzgießzylinder einer Spritzgießformgebungsmaschine unter Erwärmen auf eine Temperatur, die nicht unter dem Schmelzpunkt des Bindemittelharzes liegt, geschmolzen. Die geschmolzene Zusammensetzung wird in die Form der Spritzgießformgebungsmaschine unter einem Magnetfeld (Orientierungsmagnetfeld mit beispielsweise 6–18 kOe) oder ohne Anlegen eines Magnetfelds eingespritzt. Die Spritzgießformgebung wird als Warmformgebung durchgeführt. Die Materialtemperatur wird bei der Formgebungsstufe im Zylinder auf vorzugsweise etwa 250–370°C und insbesondere auf etwa 270–330°C eingestellt. Ferner betragen der Spritzdruck etwa 30–100 kp/cm² und die Formtemperatur vorzugsweise etwa 70–120°C.
Anschließend wird der Formkörper abgekühlt und verfestigt, wobei man den Seltenerd-Verbundmagnet mit der angestrebten Beschaffenheit in Bezug auf Gestalt und Abmessungen erhält. Dabei beträgt die Abkühlzeit vorzugsweise etwa 5–30 Sekunden.
Die Gestalt des Seltenerd-Verbundmagneten wird durch die Gestalt der Form der Spritzgießformgebungsmaschine festgelegt. Je nach der Form, die für den Hohlraum der Form ausgewählt wird, können sogar Seltenerd-Verbundmagneten mit dünnen Bereichen und unterschiedlichen Querschnittgestalten leicht hergestellt werden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, einen Seltenerd-Verbundmagnet herzustellen, der einen größeren Freiheitsgrad bezüglich der Magnetgestalt aufweist, als es bei der Extrusionsformgebung möglich ist, eine bessere Beschaffenheit in Bezug auf Fließfähigkeit, Formbarkeit und Maßgenauigkeit bei einer geringeren Menge an Bindemittelharz aufweist und der sich für die Massenproduktion innerhalb einer kürzeren Formgebungszeit eignet.
Selbstverständlich sind beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Seltenerd-Verbundmagneten die Knetbedingungen, die Formgebungsbedingungen und dergl. nicht auf die vorstehend beschriebenen Bereiche beschränkt.
Ausführungsformen
Beispiele 1–10
Fünf Arten von Seltenerd-Magnetpulvern mit den nachstehend angegebenen Zusammensetzungen ➀, ➁, ➂, ➃ und ➄, drei Arten von Bindemittelharzen A, B und C gemäß den nachstehenden Angaben, zwei Arten von Antioxidationsmitteln a und b gemäß den nachstehenden Angaben und zwei Arten von Gleitmitteln I und II gemäß den nachstehenden Angaben wurden hergestellt. Diese Bestandteile wurden in den in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführten vorgegebenen Kombinationen vermischt.
Ferner sind die Mengen des Magnetpulvers, des Bindemittelharzes, des Antioxidationsmittels und dergl. für jedes Gemisch (Zusammensetzung) in Tabelle 1 angegeben.
Seltenerd-Magnetpulver

➀

rasch abgekühltes Nd₁₁Pr₁Fe_RestCo₅B₆-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße = 18 μm)

➁

rasch abgekühltes Nd₁₂Fe_RestCo₃Nb₂B₆-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße = 20 μm)

➂

Sm(Co_0,604Cu_0,06Fe_0,82Zr_0,018)_8,3-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße = 10 μm)

➃

Sm₂Fe₁₇N₃-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße = 3 μm)

➄

anisotropes Nd₁₈Fe_RestCo₁₁Ga₁B₈-Pulver gemäß dem HDDR-Verfahren (durchschnittliche Teilchengröße = 10 μm)

Bindemittelharz

(X-R-X-Y-Ar-Y),

A. 100 Gew.-% einer hochmolekularen Verbindung, die eine Struktureinheit der vorstehenden Formel umfasst (wobei X: NH-Gruppe, Y: CO-Gruppe, R: (CH₂)₉ und Ar: p-Phenylengruppe); (Schmelzpunkt: etwa 308°C).
B. 100 Gew.-% einer hochmolekularen Verbindung, die ein Copolymeres aus 90 Mol-% einer ersten Struktureinheit der vorstehenden Formel (wobei X: NH-Gruppe, Y: CO-Gruppe, R: (CH₂)₉ und Ar: p- Phenylengruppe) und 10 Mol-% einer zweiten Struktureinheit der vorstehenden Formel (wobei X: NH-Gruppe, Y: CO-Gruppe, R: (CH₂)CHCH₃(CH₂)₆ und Ar: p-Phenylengruppe) (Schmelzpunkt: etwa 307°C) umfasst.
C. Ein Polymergemisch aus 95 Gew.-% {einer hochmolekularen Verbindung, die eine erste Struktureinheit der vorstehenden Formel umfasst (wobei X: NH-Gruppe, Y: CO-Gruppe, R: (CH₂)₉ und Ar: p-Phenylengruppe)} und 5 Gew.-% {einer hochmolekularen Verbindung, die ein Copolymeres aus 70 Mol-% einer dritten Struktureinheit der vorstehenden Formel (X: NH-Gruppe, Y: CO-Gruppe, R: (CH₂)₆ und Ar: p-Phenylengruppe) und 30 Mol-% Polyamid 66 (Schmelzpunkt: etwa 310°C) umfasst.

Antioxidationsmittel

a. Hydrazinverbindung (Ciba-Geigy Japan Limited, Handelsbezeichnung: Irganox MD1024)
b. Tocopherol

Gleitmittel

I. Stearinsäure
II. Zinkstearat

Anschließend wurden die einzelnen Gemische ausreichend unter Verwendung eines zweiachsigen Axialdruckkneters vom Schneckentyp (Rotation in einer Richtung, ϕ 15) verknetet und sodann etwa auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch die Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung (verknetetes Gemisch oder Masse) erhalten wurde. Die Knetbedingungen und die Abkühlbedingungen (Abkühlgeschwindigkeit) bei diesen Stufen wurden gemäß den Angaben in Tabelle 2 eingestellt.
Anschließend wurde das verknetete Gemisch mit einer Pulverisiervorrichtung (oder Zerkleinerungsvorrichtung) zu Granalien mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 200 μm pulverisiert. Die Granalien wurden nach Abwiegen in eine Form gefüllt und einer Warmverdichtungsformgebung mit einer Pressmaschine unterworfen, wodurch ein Seltenerd-Verbundmagnet erhalten wurde. Die Formgebungsbedingungen bei dieser Stufe sind in Tabelle 2 aufgeführt. Bei der Formgebung unter einem Magnetfeld wurde ein vertikales Magnetfeld in der gleichen Richtung, in der der Verbundmagnet gepresst wurde, angelegt. Dabei wurde die durchschnittliche Verweilzeit bestimmt, indem man die Menge des verkneteten Gemisches in der Knetvorrichtung durch die Fließgeschwindigkeit pro Zeiteinheit dividierte.
Der erhaltene Verbundmagnet wies eine säulenförmige Gestalt mit den folgenden Abmessungen (Konstruktionsabmessungen) auf: 10 mm Außendurchmesser und 7 mm Höhe.
Vergleichsbeispiele 1 und 2
Als Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Gemisch unter Verwendung eines Bindemittelharzes hergestellt, das 100 Gew.-% Polyamid 66 (Schmelzpunkt etwa 255°C) und die übrigen in Tabelle 1 aufgeführten Bestandteile enthielt. Anschließend wurde auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen ein verknetetes Gemisch erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 2 verwiesen) und einer Warmverdichtungsformgebung unter den in Tabelle 2 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch ein Seltenerd-Verbundmagnet erhalten wurde.
Als Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Gemisch unter Verwendung eines Bindemittelharzes hergestellt, das 100 Gew.-% Polyamid 12 (Schmelzpunkt etwa 180°C und die übrigen in Tabelle 1 aufgeführten Bestandteile enthielt. Anschließend wurde auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen ein verknetetes Gemisch erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 2 verwiesen) und einer Warmverdichtungsformgebung unter den in Tabelle 2 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch ein Seltenerd-Verbundmagnet erhalten wurde.
Beispiele 11–20
Seltenerd-Magnetpulver, Bindemittelharze, Antioxidationsmittel und Gleitmittel wurden hergestellt und in den in der nachstehenden Tabelle 3 aufgeführten vorgegebenen Kombinationen vermischt (bezüglich Einzelheiten der Bestandteile wird auf die vorstehenden Beispiele verwiesen).
Anschließend wurden verknetete Gemische auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 4 verwiesen) und einer Extrusionsformgebung (Extrusionsgeschwindigkeit 3 mm/sec) unter den in Tabelle 4 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch man Seltenerd-Verbundmagneten erhielt.
Die erhaltenen Verbundmagneten wiesen eine zylindrische Gestalt mit den folgenden Abmessungen (Konstruktionsabmessungen) auf: Außendurchmesser 18 mm, Wandstärke 0,7 mm und Höhe 8 mm.
Vergleichsbeispiele 3 und 4
Als Vergleichsbeispiel 3 wurde ein Gemisch unter Verwendung eines Bindemittelharzes hergestellt, das 100 Gew.-% Polyamid 66 und die übrigen in Tabelle 3 aufgeführten Bestandteile enthielt. Anschließend wurde auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen ein verknetetes Gemisch erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 4 verwiesen) und einer Extrusionsformgebung unter den in Tabelle 4 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch man einen Seltenerd-Verbundmagnet erhielt.
Als Vergleichsbeispiel 4 wurde ein Gemisch unter Verwendung eines Bindemittelharzes hergestellt, das 100 Gew.-% Polyamid 12 und die übrigen in Tabelle 3 aufgeführten Bestandteile enthielt. Anschließend wurde auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen ein verknetetes Gemisch erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 4 verwiesen) und einer Extrusionsformgebung unter den in Tabelle 4 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch man einen Seltenerd-Verbundmagnet erhielt.
Beispiele 21–30
Seltenerd-Magnetpulver, Bindemittelharze, Antioxidationsmittel und Gleitmittel wurden hergestellt und in den in der nachstehenden Tabelle 5 aufgeführten vorgegebenen Kombinationen vermischt (bezüglich Einzelheiten der Bestandteile wird auf die vorstehenden Beispiele verwiesen).
Sodann wurden verknetete Gemische auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 6 verwiesen) und einer Spritzgießformgebung unter den in Tabelle 6 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch man Seltenerd-Verbundmagneten erhielt.
Die erhaltenen Verbundmagneten wiesen eine zylindrische Gestalt mit den folgenden Abmessungen (Konstruktionsabmessungen) auf: Außendurchmesser 20 mm, Wandstärke 1,0 mm und Höhe 10 mm.
Vergleichsbeispiele 5 und 6
Als Vergleichsbeispiel 5 wurde ein Gemisch unter Verwendung eines Bindemittelharzes hergestellt, das 100 Gew.-% Polyamid 66 und die übrigen in Tabelle 5 aufgeführten Bestandteile enthielt. Anschließend wurde auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen ein verknetetes Gemisch erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 6 verwiesen) und unter den in Tabelle 6 aufgeführten Bedingungen einer Spritzgießformgebung unterzogen, wodurch man einen Seltenerd-Verbundmagnet erhielt.
Als Vergleichsbeispiel 6 wurde ein Gemisch unter Verwendung eines Bindemittelharzes hergestellt, das 100 Gew.-% Polyamid 12 und die übrigen in Tabelle 5 aufgeführten Bestandteile enthielt. Anschließend wurde auf ähnliche Weise wie in den vorstehenden Beispielen ein verknetetes Gemisch erhalten (bezüglich der Knetbedingungen und dergl. wird auf Tabelle 6 verwiesen) und einer Spritzgießformgebung unter den in Tabelle 6 aufgeführten Bedingungen unterworfen, wodurch man einen Seltenerd-Verbundmagnet erhielt.
Bewertung
Die Zusammensetzungen und die verschiedenen Eigenschaften der Verbundmagneten der Beispiele 1–30 und der Vergleichsbeispiele 1–6 sind in den nachstehenden Tabellen 7–9 aufgeführt. Die verschiedenen Eigenschaften in den Tabellen wurden auf folgende Weise bewertet.
Maximales magnetisches Energieprodukt
Das maximale magnetische Energieprodukt (BH)_max wurde bestimmt, indem man den Verbundmag net in Richtung seiner Höhe magnetisierte und eine BH-Kurve mit einem aufzeichnenden Gleichstrom-Kraftflussmessgerät der Fa. Toei Mfg. Co., Ltd., maß.
Dichte
Die Dichte wurde gemäß dem Unterwasserverfahren von Archimedes gemessen.
Porosität
Die Porosität wurde gemäß der folgenden Berechnungsformel auf der Basis der Differenz zwischen einer Dichte, die aus der Dichte jedes einzelnen Bestandteils und dessen Mischungsverhältnis berechnet wurde, und einer tatsächlichen Dichte, die auf die nachstehend angegebene Weise gemessen wurde, berechnet:
Porosität = 1 – (tatsächliche Dichte/berechnete Dichte)
Mechanische Festigkeit
Die mechanische Festigkeit wurde bewertet, indem man einen Prüfkörper von 3 mm Höhe aus dem erhaltenen Verbundmagnet ausschnitt und den Prüfkörper einem Scherpressvorgang (gemäß Standard EMAS7006 der Japan Electronic Material Association) unterwarf.
Wärmebeständigkeit
Die Wärmebeständigkeit wurde bewertet, indem man den erhaltenen Seltenerd-Verbundmagnet magnetisierte, ihn unter Hochtemperaturbedingungen (100 Stunden bei 180°C) brachte und anschließend die Veränderungen des Gesamtflusses (irreversibler Demagnetisierungsfaktor) vor und nach dem Test maß sowie die Veränderungen der Abmessungen, d. h. Außendurchmesser und Höhe, bestimmte. Die gemessenen Veränderungen wurden gemäß den vier Bewertungskriterien ⊙, O, Δ und x bewertet, wobei ⊙ die kleinste Veränderung und x die größte Veränderung darstellte.
Formbeständigkeit
Die Formbeständigkeit wurde bewertet, indem man den erhaltenen Seltenerd-Verbundmagnet 100 Stunden in eine Umgebung von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (80°C, 90% relative Feuchtigkeit) brachte und anschließend die Veränderungsraten der Abmessungen, d. h. Außendurchmesser und Höhe (10-Punkt-Messung) maß. Die gemessenen Veränderungen wurden mit den vier Bewertungskriterien ⊙, O, Δ und x bewertet, wobei ⊙ die kleinste Veränderung und x die größte Veränderung darstellte.
Korrosionsbeständigkeit
Die Korrosionsbeständigkeit wurde bewertet, indem man mit dem erhaltenen Seltenerd-Verbundmagnet unter Bedingungen von 60°C und 95% relativer Feuchtigkeit unter Verwendung einer thermo-hygrostatischen Kammer einen Beschleunigungstest durchführte und anschließend die Zeitspanne bis zum Auftreten von Rost bestimmte. Die gemessene Zeitspanne wurde gemäß den vier Bewertungskriterien ⊙, O, Δ und x bewertet, wobei ⊙ die längste Zeit und x die kürzeste Zeit darstellte.
Wie aus den Tabellen 7–9 ersichtlich ist, wiesen die einzelnen Seltenerd-Verbundmagneten der Beispiele 1–30 eine geringe Porosität und eine hohe mechanische Festigkeit auf und erwiesen sich in Bezug auf magnetische Eigenschaften (maximales magnetisches Energieprodukt), Wärmebeständigkeit, Formbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit als hervorragend. Ferner zeigten die einzelnen Verbundmagneten trotz ihres geringen Gehalts an Bindemittelharz eine gute Verformbarkeit.
Ferner wurden Seltenerd-Verbundmagneten mit hervorragenden Eigenschaften in den Beispielen 4 und 7–10 unter einem geringeren Formgebungsdruck erhalten, wobei die Herstellung durch Verdichtungsformgebung erfolgte und ein Gleitmittel enthalten war.
Auf der anderen Seite erwiesen sich die Seltenerd-Verbundmagneten der Beispiele 1–6 in Bezug auf mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Formbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit als unterlegen, was auf die speziellen Eigenschaften der verwendeten Bindemittelharze zurückzuführen war.
Wie vorstehend ausgeführt, lässt sich erfindungsgemäß ein Seltenerd-Verbundmagnet bereitstellen, der selbst bei einem kleineren Anteil an Bindemittelharz eine überlegene Verformbarkeit aufweist, hochwertige magnetische Eigenschaften und eine hohe mechanische Festigkeit zeigt und sich in Bezug auf Wärmebeständigkeit, Formbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit als überlegen erweist.
Gewerbliche Verwertbarkeit
Da der erfindungsgemäße Seltenerd-Verbundmagnet hochwertige magnetische Eigenschaften aufweist und sich in Bezug auf Formbeständigkeit und Wärmebeständigkeit hervorragend verhält, kann er nicht nur bei üblichen Anwendungen eingesetzt werden, sondern auch in Vorrichtungen und Teilen, die unter einer Hochtemperaturumgebung eingesetzt werden, sowie in Vorrichtungen und Teilen (z. B. in einem Hochleistungsmotor mit hohem Drehmoment), die Wärme erzeugen und die unter Hochtemperaturbedingungen gelangen.

Claims

Seltenerd-Verbundmagnet, bei dem ein Magnetpulver mit einem Gehalt an einem Seltenerdelement mit einem Bindemittelharz gebunden ist, wobei das Bindemittelharz eine hochmolekulare Verbindung enthält, die die folgende Struktureinheit aufweist: (X-R-X-Y-Ar-Y), wobei X eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einem Stickstoffatom bedeutet, Y eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einer Carbonylgruppe bedeutet, R eine normalkettige oder verzweigte Alkylengruppe bedeutet und Ar den Rest eines aromatischen Rings bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylengruppe eine Kohlenstoffanzahl von 9–16 aufweist und der Anteil der hochmolekularen Verbindung nicht weniger als 50 Gew.-% des Bindemittelharzes beträgt.
Magnet nach Anspruch 1, wobei der Anteil der hochmolekularen Verbindung nicht weniger als 80 Gew.-% des Bindemittelharzes beträgt.
Magnet nach Anspruch 1 oder 2, wobei die hochmolekulare Verbindung zwei oder mehr Arten der Struktureinheit umfasst.
Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schmelzpunkt des Bindemittelharzes 260–370°C beträgt.
Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Anteil des Magnetpulvers 77–99,5 Gew.-% beträgt.
Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Porosität nicht mehr als 5 Vol.-% beträgt.
Seltenerd-Verbundmagnet-Zusammensetzung, die ein Magnetpulver mit einem Gehalt an einem Seltenerdelement und ein Bindemittelharz umfasst, wobei das Bindemittelharz eine hochmolekulare Verbindung enthält, die die folgende Struktureinheit aufweist: (X-R-X-Y-Ar-Y), wobei X eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einem Stickstoffatom bedeutet, Y eine funktionelle Gruppe mit einem Gehalt an einer Carbonylgruppe bedeutet, R eine normalkettige oder verzweigte Alkylengruppe bedeutet und Ar den Rest eines aromatischen Rings bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylengruppe eine Kohlenstoffanzahl von 9–16 aufweist und der Anteil der hochmolekularen Verbindung nicht weniger als 50 Gew.-% des Bindemittelharzes beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei der Anteil der hochmolekularen Verbindung nicht weniger als 80 Gew.-% des Bindemittelharzes beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die hochmolekulare Verbindung zwei oder mehr Arten der Struktureinheit umfasst.