Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines harzgebundenen
Magnetgegenstandes, der ein magnetisches Element vom Typ Fe-B-R aufweist.
Stand der Technik
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Harzgebundene Magneten werden gewöhnlich zu einem ringförmigen Gegenstand
geformt, beispielsweise einem Ring, einem zylinder- oder C-förmigen Gegenstand,
und das Tragelement für den Formgegenstand hat ebenfalls die Form eines
Ringes oder eines hohlen oder massiven Zylinders, obwohl das Tragelement
wahlweise ein Befestigungselement aufweist.
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Es ist jedoch sehr schwierig, aus einem gesinterten Magneten, der ein Element
der Seltenen Erden und Cobalt enthält und beispielsweise folgende
Zusammensetzung hat
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RCo&sub5; oder R(Co, Cu, Fe, M)n,
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wobei R ein Element der Seltenen Erden, beispielsweise Sm oder Ce, ist, M
mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus den Elementen der Gruppen
IV, V, VI und VII des Periodensystems ist und n eine ganze Zahl von 5 bis 9
ist, einen ringförmigen Gegenstand zu formen und diesem in radialer Richtung
magnetische Anisotropie zu verleihen. Einer der Hauptgründe für diese
Schwierigkeit ist der Umstand, daß durch die Anisotropie die
Ausdehnungskoeffizienten beim Sintern unterschiedlich sind. Insbesondere, wenn ein dünnwandiger
Ringmagnet hergestellt werden soll, sollte dieser Nachteil durch Isotropie
der Magneteigenschaften vermieden werden. So nimmt die Magnetisierung des
gesinterten Magneten aus Selten-Erd-Element/Cobalt vom inhärenten Wert
zwischen 20 und 30 MGOe auf nur etwa 5 MGOe ab. Beim Rotor des
Dauermagnetotors, der hohe Maßgenauigkeit aufweisen muß, ist eine Endbearbeitung des
geformten Rotorelements erforderlich, was zu einer schlechten Ausbeute führt.
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In Anbetracht der schlechten Ausbeute und der Verwendung von teurem Sm und Co
als Hauptkomponenten stehen Leistung und Produktionskosten für das
Rotorelement in einem unausgewogenen Verhältnis zueinander. Außerdem schält sich
ein Teil des Sintermagneten ab, oder es platzt ab oder wird auf ein anderes
Element übertragen, weil der Sintermagnet leicht zerbrechlich ist. Das wirkt
sich auf die Funktionsfähigkeit oder die Zuverlässigkeit des
Dauermagnetmotors aus.
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Im Falle des ringförmigen Magnetgegenstands aus dem Materialverbund Selten-
Erd-Metall/Cobalt und Harz ist die magnetische Anisotropie in radialer
Richtung möglich, weil die Harzmatrix die unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten des in radialer Richtung anisotrop gemachten Magneten
ausgleicht. Wenn magnetische Anisotropie beispielsweise einem im
Spritzgußverfahren hergestellten harzgebundenen Magneten, der den
Selten-Erd-Element/Cobalt-Magneten aufweist, in axialer Richtung verliehen wird, wird eine
Magnetisierung von 8 bis 10 MGOe erreicht. Außerdem hat der Verbundmagnet
eine um 30 % geringere Dichte und höhere Maßgenauigkeit, und er ist weniger
brüchig als der Sintermagnet. Daher ist der harzgebundene Magnet als
Werkstoff zur Herstellung eines ringförmigen Magneten, insbesondere eines
dünnwandigen ringförmigen Magneten, dem Sintermagneten überlegen.
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Als Verbundmagnet hoher magnetischer Leistung ist ein harzgebundener Magnet
bekannt, der einen Magneten mit folgender Zusammensetzung enthält
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Sm(Co, Cu, Fe, M)n,
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wobei M und n dieselbe Bedeutung haben wie oben angegeben, und mit 2 bis 6
Gewichts-% Epoxidharzzusammensetzung gebunden ist.
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In dieser Beschreibung wird mit Epoxidharzzusammensetzung eine
Zusammensetzung bezeichnet, die ein Epoxidharz und einen Härter enthält, der das
Epoxidharz dreidimensional vernetzt.
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In einigen Fällen kann die Epoxidharzzusammensetzung großen Einfluß auf die
Produktivität oder die Leistung des harzgebunden Magneten haben.
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Im Rahmen dieser Beschreibung ist das Epoxidharz eine Verbindung, die
mindestens zwei Oxiranringe mit folgender Formel hat:
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wobei Y ein polyfunktionelles Halohydrin bedeutet, das ein Rest sein kann,
der bei einer Reaktion zwischen Epichlorhydrin und einem polyfunktionellen
Phenol entstanden ist. Bevorzugte Beispiele für das polyfunktionelle Phenol
sind Resorcin und Bisphenole, die durch Kondensation von Phenyl mit einem
Aldehyd oder einem Keton gebildet werden. Spezielle Beispiele für die
Bisphenole sind 2,2'-Bis(p-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A),
4,4'-Dihydroxybiphenyl, 4,4'-Dihydroxybiphenylmethan, 2,2'-Dihydroxydiphenyloxid und
ähnliche. Eines der allgemeinsten Epoxidharze ist die Verbindung mit folgender
Formel:
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wobei R eine zweiwertige Gruppe bedeutet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus einer gesättigten Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, einem
Sauerstoffatom und einer Sulfongruppe, y eine ganze Zahl von 0 bis 25 und m
den Wert 0 oder 1 bedeutet.
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Ein typisches Beispiel für ein solches Epoxidharz ist ein
Kondensationsprodukt aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (DGEBA).
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Beispiele für einen Epoxidharzhärter für harzgebundene Magnete, die als
Magnetelement Sm(Co, Cu, Fe, M)n enthalten, sind Azolverbindungen mit einer
Aminogruppe, insbesondere die Imidazole mit der Formel:
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wobei R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub3; und R&sub1;&sub4; gleich oder unterschiedlich sind und jeweils ein
Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe, eine Phenylgruppe oder eine mit
einem niederen Alkyl substituierte Phenylgruppe bedeuten; Beispiele dafür
sind Imidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol, 1-Benzyl-2-methylimidazol,
1-Methylimidazol, 1,2-Dimethylimidazol und ähnliches (vgl. JP-A-37 106/1985 und JP-A-
207 302/1985).
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Die Epoxidharzzusammensetzung, die das vorstehend beschriebene Epoxidharz
(z.B. DGEBA) und die Imidazolverbindung als Härter aufweist, ergibt im
allgemeinen ein gehärtetes Epoxidharz von guter chemischer Beständigkeit und
guter Wärmebeständigkeit. Eine solche Epoxidharzzusammensetzung ist daher zur
Herstellung eines harzgebundenen Magneten geeignet, der aus der
Epoxidharzzusammensetzung und dem Magneten aus Sm(Co, Cu, Fe, M)n besteht, ein
Verbundmaterial, das erhöhte chemische Beständigkeit aufweist und bei hoher Temperatur
einen verringerten irreversible Koeffizienten hat.
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Da jedoch die Imidazolverbindungen Festkörper mit hohem Schmelzpunkt von
normalerweise mehr als 200 ºC sind, ist ihre Vermischung mit der
Epoxidharzzusammensetzung sehr schwierig, und die Verwendbarkeit der
Imidazolverbindungen enthaltenden Epoxidharzzusammensetzung beträgt bei Zimmertemperatur im
allgemeinen weniger als eine Woche. Außerdem polymerisiert die
Epoxidharzzusammensetzung aus dem Epoxidharz und dem Härter allmählich und härtet unter
Bildung von Dimeren oder Trimeren aus, wodurch sich die Viskosität der
Zusammensetzung erhöht. Da sich die Viskosität der Epoxidharzzusammensetzung
auch in dem Gemisch dieser Zusammensetzung mit dem Magneten erhöht, wenn der
harzgebundene Magnet mit dem Magnet aus Sm(Co, Cu, Fe, M)n mit magnetischer
Anisotropie hergestellt werden soll, nimmt die magnetische Ausrichtung durch
Zunahme der Viskosität zu einem gewissen Grad ab, und in Abhängigkeit von der
Viskositätszunahme verringert sich beispielsweise die Remanenzflußdichte.
Schließlich geliert das Gemisch, wodurch die Herstellung eines harzgebundenen
Magneten erschwert wird.
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Wenn einem Magneten wie Sm(Co, Cu, Fe, M)n magnetische Anisotropie verliehen
werden muß, liegt die Epoxidharzzusammensetzung normalerweise bei
Zimmertemperatur in flüssiger Form vor, so daß die magnetische Ausrichtung leicht
erreicht wird. Da jedoch die flüssige Epoxidharzzusammensetzung keine für das
Formpressen geeignete Fließfähigkeit hat, ist es außerordentlich schwierig,
einen Rohpreßling für die Herstellung eines harzgebundenen Magnetgegenstandes
herzustellen. Da der Rohpreßling sehr geringe mechanische Festigkeit hat, ist
es außerdem schwierig, einen harzgebundenen Magnetgegenstand von guter
Qualität und hoher Leistung zu erhalten.
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Um diese Nachteile der Epoxidharzzusammensetzung zu überwinden, sind
zahlreiche Vorschläge hinsichtlich der Eigenschaften des für die Herstellung des
Rohpreßling zu verwendenden Härters gemacht worden. Die JP-A-63808/1980
beispielsweise offenbart die Herstellung eines Rohpreßlings durch trockene
Vermischung eines thermisch polymerisierbaren Harzes in Form eines feinen
Pulvers mit dem Magnetelement. Auch wenn dieses Verfahren sich auf die
Erhaltung der Eigenschaft des Rohpreßlings in gewisser Weise auswirkt, ist
eine große Menge Bindemittel erforderlich, um die Oberfläche eines jeden
Magnetteilchens homogen mit dem feinpudrigen thermisch polymerisierbaren Harz
zu bedecken. Als Folge davon nimmt der Anteil an magnetischen Elementen ab
und damit auch die magnetische Leistung. Die JP-A-194 509/1985 offenbart ein
Verfahren zum Herstellen eines harzgebundenen Magnetgegenstandes, bei dem die
Magnetteilchen mit einer thermisch polymerisierbaren Harzzusammensetzung, die
bei Zimmertemperatur fest ist, beschichtet werden, der Rohpreßling bei einer
Temperatur über dem Erweichungspunkt des thermisch polymerisierbaren Harzes
geformt wird und der geformte Gegenstand bei einer Temperatur unterhalb des
Erweichungspunktes aus der Form entnommen wird. Auch wenn dieses Verfahren
sich in gewisser Weise auf die Erhaltung der Eigenschaften und der Leistung
des Rohpreßlings auswirkt, muß der Rohpreßling beim Formen über den
Erweichungspunkt des Harzes erhitzt und unter den Erweichungspunkt des Harzes
abgekühlt werden. Dadurch ergeben sich große Probleme bei der Wartung der
Produktionseinrichtungen für die Massenfertigung harzgebundener
Magnetgegenstände.
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Da einige Salze der Imidazolverbindungen mit niederen Fettsäuren oder
Phosphorsäure Flüssigkeiten oder Festkörper mit niedrigem Schmelzpunkt sind,
erleichtert die Verwendung eines derartigen Salzes das Vermischen des
Epoxidharzes mit den Imidazolverbindungen. Da die Verwendung eines derartigen
Salzes die Einsatzdauer der Epoxidharzzusammensetzung verlängert,
stabilisiert sich die Produktion des harzgebundenen Magnetgegenstandes, bei der
magnetische Anisotropie erreicht werden muß. Allerdings entsteht durch die
Reaktion des Salzes der Imidazolverbindung mit dem Epoxidharz ein
monofunktionelles Epoxidharz, weil der Säurerest des Salzes mit dem Epoxidharz
reagiert. Dadurch nimmt die Vernetzungsdichte ab, so daß sich auch die
chemische Beständigkeit und die Wärmebeständigkeit der
Epoxidharzzusammensetzung verschlechtern. Die Stabilität des Imidazolsalzes, dessen Basizität
mit der Säure neutralisiert wird, ist umso höher, je größer die Acidität der
Säure wird. Dadurch werden jedoch die chemische Beständigkeit und die
Wärmebeständigkeit der Epoxidharzzusammensetzung weiter verschlechtert. Das
bedeutet, daß die vorteilhaften Eigenschaften des harzgebundenen Magneten,
der Imidazolverbindungen enthält, wie chemische Beständigkeit und
Unterdrückung des Irreversibilitätskoeffizienten, sich verschlechtern.
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Es ist möglich, beispielsweise einen ringförmigen Gegenstand aus dem
magnetischen Element Sm(Co, Cu, Fe, M)n herzustellen und ihm magnetische Anisotropie
in radialer Richtung zu verleihen. Bei dem in der JP-A-170 501/1982
offenbarten Verfahren zur Herstellung magnetischer Anisotropie in radialer Richtung
bei dem ringförmigen Gegenstand wird beispielsweise eine Form verwendet, bei
der magnetische und nichtmagnetische Joche abwechselnd um den Formhohlraum
herum angeordnet sind und eine Magnetisierungsspule außerhalb der Form
angeordnet oder in eine den Hohlraum umgebende Formwand eingebaut ist. Bei
diesem Verfahren wird zur Erzeugung eines Magnetfelds vorgegebener Stärke
eine Stromquelle niedriger Spannung und hoher Stromstärke verwendet, und es
wird hohe magnetische Spannung erzeugt. Um den außerhalb der Form mit der
Magnetisierungsspule erzeugten magnetischen Fluß durch die Joche wirksam zu
fokussieren, sollte der magnetische Pfad verlängert werden. Insbesondere im
Fall eines kleinen ringförmigen Magneten geht ein Großteil der magnetischen
Spannung als Streufluß verloren. Manchen ringförmigen Gegenständen, die eine
bestimmte Form aufweisen, kann nicht in ausreichendem Maß magnetische
Anisotropie in radialer Richtung verliehen werden. Außerdem kann ein dünnwandiger
ringförmiger Magnet durch die Volumenabnahme bei der Verfestigung des
flüssigharzgebunden Magneten, der das magnetische Selten-Erd-Metall/Cobalt
enthält, beim Formen Risse bekommen. In Anbetracht der vorgenannten
Schwierigkeiten, wie Aufrechterhaltung der Magneteigenschaft in radialer Richtung
oder Volumenabnahme infolge der Verfestigung der Schmelze, weist selbst das
Magnetelement aus Selten-Erd-Element/Cobalt eine geringe Formflexibilität bei
der Herstellung des ringförmigen Magneten auf. Dies ist von großer Bedeutung
für die Ausgestaltung des Dauermagnetmotors sowie für dessen Leistung und
Aufbau. Wenn der ringförmige Magnet als Rotorelement für den Dauermagnetmotor
verwendet wird, wird er meist über ein Auflageelement, dessen Material
nichtmagnetisch oder magnetisch sein kann, seltener direkt an einer Welle
befestigt. Im ersteren Fall greifen der ringförmige Magnet und das Auflageelement
mechanisch ineinander, oder sie sind durch ein Klebemittel miteinander
verbunden, das in einem zwischen ihnen liegenden schmalen Spalt vorgesehen
ist. Dies deshalb, weil es bei einem ringförmigen Magneten, der magnetische
Anisotropie in radialer Richtung erhalten soll, wegen Einschränkungen bei der
Gestaltung der Form, mit der der ringförmige Magnet geformt wird, sehr
schwierig ist, das Auflageelement, dessen Material nichtmagnetisch oder
magnetisch sein kann, einstückig mit dem ringförmigen Magneten herzustellen.
Wenn der ringförmige Magnet und das Auflageelement mechanisch
ineinandergreifen, wird der ringförmige Magnet oft beschädigt. Wenn sie über ein
Klebemittel miteinander verbunden sind, ist es oft so, daß wegen des für das
Klebemittel erforderlichen Spalts zwischen dem Ringmagneten und dem
Auflageelement die Haftung und die Maßgenauigkeit zwischen dem ringförmigen Magneten
und dem Auflageelement nicht ausreichend sind oder daß keine gute
Herstellbarkeit gegeben ist. Eine Verbesserung der Montagemöglichkeiten ist daher
wünschenswert.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
eines Gegenstands zur Verfügung zu stellen, der einen harzgebunden Magneten,
beispielsweise einen ringförmigen Magneten, enthält.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines
harzgebundenen Magnetgegenstandes zur Verfügung gestellt, bei dem man eine
körnige Mischung, die einen Fe-B-R-Magneten, wobei R mindestens ein Element
aus der Gruppe Nd und Pr bedeutet, und Mikrokapseln, von denen jede
mindestens eine Komponente einer thermisch polymerisierbaren Harzzusammensetzung
als Bindemittelkomponente enthält, in einer Vertiefung bereitstellt, die von
einem Auflageelement und von einer Form gebildet wird, die körnige Mischung
in der Vertiefung zur Bildung eines mit dem Auflageelement einstückigen
Rohpreßlings preßt und mindestens einen Teil der Mikrokapseln mechanisch
bricht, um die Komponenten der Harzzusammensetzung aus den Kapseln
auszutragen, und zum Herstellen des harzgebundenen Magneten das thermisch
polymerisierbare Harz härtet. Die körnige Mischung kann hergestellt werden, indem man
ein Vorgranulat aus dem Magnetelement und mindestens einem anderen
Bindemittelharz als den Mikrokapseln bildet und dann das Vorgranulat mit den
Mikrokapseln und wahlweisen Zusätzen mischt.
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Das Auflageelement kann ein laminiertes elektromagnetisches Stahlblech sein,
das als Rotormaterial für den Dauermagnetmotor verwendet werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In Fig. 1 ist der Zustand der Mischung aus Granulat, pulverförmigem Härter
und Schmiermittel von Beispiel 2 schematisch dargestellt.
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der
Remanenzflußdichte und der Lagerfähigkeit der Mischung bei 40 ºC.
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Fig. 3A bis 3E zeigen schematisch die Herstellungsschritte einer Formmaschine
beim direkten Formen des erfindungsgemäßen, mit einem Auflageelement
einstückigen Rohpreßlings.
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Fig. 4A und 4B sind Photographien, die das Aussehen des harzgebundenen
Granulatmagneten (I) in unterschiedlicher Vergrößerung zeigen.
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Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Rotorelements bestehend aus
dem harzgebundenen Magnetgegenstand, welcher das Auflageelement und den
harzgebundenen Magneten umfaßt, der direkt mit dem Auflageelement verbunden
ist, und aus einer in die Bohrung des zusammengesetzten Gegenstands
eingesetzten Rotorwelle.
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Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der
Scherfestigkeit zwischen Auflageelement und harzgebundenem Magneten und der
Lufttemperatur.
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Fig. 7 ist eine Photographie der Verbindungsfläche des harzgebundenen
Magneten, der mittels Scherbruch vom Auflageelement abgelöst worden ist, und
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Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen
Rotorelements.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die für die Erfindung verwendete thermisch polymerisierbare
Harzzusammensetzung ist vorzugsweise die Epoxidharzzusammensetzung, die beim
herkömmlichen harzgebundenen Magneten als Bindemittel verwendet wird. Die hier
verwendete Epoxidharzzusammensetzung ist eine Zusammensetzung, die ein
Epoxidharz, einen Härter zur dreidimensionalen Vernetzung des Epoxidharzes
und wahlweise Zusätze enthält, die mit den Hauptbestandteilen reagieren
können oder auch nicht.
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Das Epoxidharz ist eine Verbindung mit mindestens zwei Oxiranringen und mit
folgender Formel:
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wobei Y ein polyfunktionelles Halohydrin bedeutet, das ein Rest sein kann,
der bei einer Reaktion zwischen Epichlorhydrin und einem polyfunktionellen
Phenol entstanden ist. Bevorzugte Beispiele des polyfunktionellen Phenols
sind Resorcin und Bisphenole, die durch Kondensation von Phenyl mit einem
Aldehyd oder einem Keton gebildet werden. Spezielle Beispiele für die
Bisphenole sind 2,2'-Bis(p-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A),
4,4'-Dihydroxybiphenyl, 4,4'-Dihydroxybiphenylmethan, 2,2'-Dihydroxybiphenyloxid und
ähnliche. Diese können einzeln oder als Gemisch verwendet werden. Beispiele für
ein bevorzugtes Epoxidharz sind Epoxidharze des Glycidylether-Typs mit
folgender Formel:
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wobei R&sub1; ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet, R&sub2; bis R&sub9; gleich
oder unterschiedlich sind und jeweils ein Wasserstoffatom, ein Chloratom, ein
Bromatom oder ein Fluoratom bedeutet, A eine Alkylengruppe mit 1 bis 8
Kohlenstoffatomen, -S-, -O- oder CO&sub2;- bedeutet und n eine ganze Zahl von 0
bis 10 bedeutet.
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Der Härter kann ebenfalls einer der üblicherweise verwendeten sein. Beispiele
für den Härter sind aliphatische Säurepolyamine, Polyamide, heterocyclische
Diamine, aromatische Polyamine, Säureanhydrid, aliphatische Polyamine mit
aromatischen Ringen, Imidazole, organische Säuredihydrazide, Polyisocyanate
usw. sowie Gemische davon.
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Beispiele für die wahlweise zu verwendenden Zusätze sind
Monoepoxidverbindungen, aliphatische Säuren und ihre Metallseifen, aliphatische Säureamide usw.
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Die Mikrokapseln, die die Komponenten der thermisch polymerisierbaren
Harzzusammensetzung enthalten, können mit einem bekannten
In-situ-Polymerisationsverfahren hergestellt werden, bei dem ein Monomer in Gegenwart dieser
Komponenten in Lösung polymerisiert wird. Bevorzugte Beispiele für das zur
Bildung der Mikrokapseln zu verwendende Monomer sind Vinylchlorid,
Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Styrol, Vinylacetat, Acrylate und Gemische davon. Die
Suspensionspolymerisation kann in Gegenwart eines Vernetzungsmittels für ein
aus diesen Monomeren gebildetes Polymer ablaufen.
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Die Komponenten der thermisch polymerisierbaren Harzzusammensetzung sind
vorzugsweise bei Zimmertemperatur flüssig und gegenüber dem Material der
Mikrokapseln inert.
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Jede Mikrokapsel hat vorzugsweise eine einkernige Kugelform und eine
Teilchengröße von einigen bis zu einigen Zehner Mikrometern.
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Zwei oder mehr verschiedene Komponenten der thermisch polymerisierbaren
Harzzusammensetzung können in einer Mikrokapsel untergebracht werden.
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Sonstige Materialen, die in die Mikrokapseln aufgenommen werden können,
sollten im fertigen Bindemittel einen nicht-kohäsiven Feststoff bilden.
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Wie dem Vorstehenden zu entnehmen ist, sind erfindungsgemäß verschiedene
Materialkombinationen möglich. Für die erfindungsgemäßen Verfahren können
beispielsweise folgende Materialien verwendet werden: (A) die Komponente der
thermisch polymerisierbaren Harzzusammensetzung, die bei Zimmertemperatur
fest ist, (B) die Komponente der thermisch polymerisierbaren
Harzzusammensetzung, die bei Zimmertemperatur flüssig ist, (C) die Komponente der
thermisch
polymerisierbaren Harzzusammensetzung, die in den Kapseln enthalten und
bei Zimmertemperatur flüssig ist und (D) das Magnetelement. Als
Materialkombinationen ergeben sich also die Kombination von (A), (B), (C) und (D), die
Kombination von (A), (C) und (D), die Kombination von (B), (C) und (D) und
die Kombination von (C) und (D). Bei Verwendung des Materials (B) sollte auf
dessen Einfluß auf die Fließfähigkeit als Ausgangsmaterial für das
Formpressen und auf die mechanische Festigkeit des Rohpreßlings geachtet werden.
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Wenn für die vorliegende Erfindung ein Epoxidharz verwendet wird, das bei
Zimmertemperatur fest ist, sollte es in einem organischen Lösungsmittel
leicht löslich sein. Beispielsweise ist das Kondensationsprodukt von
Epichlorhydrin und Bisphenol-A (DGEBA) mit einem Molekulargewicht von 900 oder
mehr bei Zimmertemperatur fest.
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Der erfindungsgemäß zu verwendende gebundene Härter kann mindestens eine
Hydrazidverbindung sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dicyandiamid
und dessen Derivaten, Carbonsäuredihydrazid und Diaminmaleonitril und dessen
Derivaten. Diese Verbindungen haben einen hohen Schmelzpunkt und sind in
organischen Lösungsmitteln nur schwer löslich. Sie haben vorzugsweise eine
mittlere Teilchengröße von einigen bis zu einigen Zehner Mikrometern. Die
Dicyandiaminderivate werden durch folgende Formel dargestellt:
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wobei R&sub1;&sub5; und R&sub1;&sub6; gleich oder unterschiedlich sind und jeweils Wasserstoff,
eine niedere Alkylgruppe oder eine substituierte oder nicht substituierte
aromatische Gruppe bedeuten. Beispiele für Dicyandiaminderivate sind o-
Tolylbiguanid, α-2,5-Dimethylbiguanid, α,ω-Diphenylbiguanid,
5-Hydroxynaphthyl-1-biguanid, Phenylbiguanid, α,ω-Dimethylbiguanid usw..
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Carbonsäuredihydrazid wird durch folgende Formel dargestellt:
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NH&sub2;-NH-CO-R&sub1;&sub7;-CO-NH-NH&sub2;,
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wobei R&sub1;&sub7; eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, beispielsweise eine
Alkylengruppe, eine zweiwertige aromatische Gruppe, beispielsweise eine
Phenylengruppe, oder ähnliches bedeutet. Beispiele für das
Carbonsäuredihydrazid sind Bernsteinsäurehydrazid, Adipinsäurehydrazid,
Isophthalsäurehydrazid, p-Oxybenzoesäurehydrazid usw..
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Als Schmiermittel werden hier unter anderem höhere Fettsäuren und ihre
Metallseifen, Kohlenwasserstoffe, Fettsäureamide usw. verwendet.
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Das Fe-B-R-Magnetelement kann im Schmelzspinnverfahren, beispielsweise mit
dem Einwalzenverfahren, wie es in der japanischen
Kokai-Patentveröffentlichung 64 739/1984 offenbart ist, hergestellt werden. Die hergestellten dünnen
Partikel können unmittelbar verwendet werden oder thermisch behandelt und für
die vorliegende Erfindung verwendet werden. Ein derartiges Magnetelement hat
vorzugsweise eine Zusammensetzung mit folgender Formel:
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Fe&sub1;&sub0;&sub0;-x-y-zCoxRyBz,
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wobei R die vorstehend angegebene Definition hat und x, y und z Atomprozente
von Co bzw. R bzw. B sind und folgenden Gleichungen genügen:
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0 ≤ x ≤ 30,
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10 ≤ y ≤ 28,
-
2 ≤ z ≤ 12,
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y + z ≤ 34
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und
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6z + y ≤ 34.
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Sofern die inhärenten Eigenschaften des Dauermagnetelementes nicht
beeinträchtigt werden, kann das Magnetelement außerdem zufallsbedingt mindestens
ein weiteres Element, wie Co, C, N, Si, P, Ge, Mo, Pd, Zr, Y, Tb usw.,
enthalten oder ein Teil von Fe, B und/oder R kann regelmäßig durch eines
dieser anderen Elemente ersetzt sein. Außerdem können die Teilchen des im
Schmelzspinnverfahren hergestellten Fe-B-R-Magnetelementes mit einem Überzug
aus einer mono- oder multimolekularen Schicht eines kohlenstoffunktionellen
Silans beschichtet sein.
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Die Koerzitivkraft des im Schmelzspinnverfahren gewonnenen
Fe-B-R-Magnetelementes basiert auf dem tetragonalen System von R&sub2;Fe&sub1;&sub4;B. Der Kristallaufbau
des tetragonalen System ist in den Teilchen zufallsverteilt. Das bedeutet im
allgemeinen, daß die Teilchen magnetisch isotrop sind. Magnetelemente dieser
Art bedürfen daher nicht der Behandlung zur magnetischen Ausrichtung während
des Formens des harzgebunden Magneten, die beim Sm(Co, Cu, Fe, M)n
unverzichtbar ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert,
wobei "%" und "Teile" Gewichtsprozente bzw. Gewichtsteile sind, soweit nichts
anderes angegeben ist.
Beispiel 1
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Die Legierung Sm(Co0,668, Cu0,101, Fe0,214, Zr0,017)7,33 wurde 24 Stunden lang bei
1.150 ºC geschmolzen und dann erst 24 Stunden lang bei 800 ºC und
anschließend 1 Stunde bei 600 ºC gealtert. Die Legierung wurde mit herkömmlichen
Methoden gemahlen, gesiebt und gemischt, um ein Magnetelement mit
Teilchengrößen zwischen 53 und 200 µm zu erhalten.
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In einem getrennten Schritt wurden Methylmethacrylat und Acrylnitril (im
Molverhältnis 50:50) in Gegenwart des Glycidylphenylethers mit folgender
Formel suspensionspolymerisiert (In-situ-Polymerisation),
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und zwar 4,4'-Bis(2,3-epoxypropyl)phenylether (70 g), um die Mikrokapseln zu
erhalten, die die Kapseln aus Methylmethacrylat/Acrylnitril-Copolymer
aufweisen und das Epoxidharz enthalten, das bei Zimmertemperatur flüssig ist.
Der Epoxidharzgehalt betrug 70 % bezogen auf das Gesamtgewicht der
Mikrokapseln, und die durchschnittliche Teilchengröße der Mikrokapseln betrug
16µm.
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Das Magnetelement und die Mikrokapseln wurden mit 2-Ethyl-4-methylimidazol
als thermisch polymerisierbarer Harzkomponente vermischt, um ein
harzgebundenes Magnet-Ausgangsmaterial folgender Zusammensetzung zu erhalten:
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Sm(Co, Cu, Fe, Zn)n 95,9 %
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Mikrokapseln 4,0 %
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2-Ethyl-4-methylimidazol 0,1 %
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Ein Teil des sich ergebenden harzgebundenen Magnet-Ausgangsmaterials wurde in
den zylindrischen Hohlraum einer Form einer Formpresse gefüllt, mit der dem
geformten Material magnetische Anisotropie verliehen werden kann, und wurde
zur Bildung eines zylindrischen Rohpreßlings mit einem Durchmesser von 10 mm
mit einem Druck von 8 t/cm² gepreßt, während in axialer Richtung des
Hohlraums ein Magnetfeld von 15 kOe angelegt war.
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Vor dem Formen hatte das Ausgangsmaterial eine Pulver-Fließfähigkeit von 50
bis 60 sec/50 g, aber die Oberfläche des Rohpreßlings war leicht mit dem
Diglycidylphenylether benetzt, der aus den mechanisch aufgebrochenen
Mikrokapseln ausgetreten war. Der Rohpreßling zeigte weder Risse, noch partielle
Ablösung des Magnetelementes.
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Der Rohpreßling wurde 30 Minuten lang auf 120 ºC gehalten, um einen
harzgebundenen Magneten zu erhalten, der eine Dichte von 6,85 g/cm³, eine
Remanenzflußdichte von 7,6 kG und ein maximales Energieprodukt von 12,5 MGOe aufwies.
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Ein anderer Teil des harzgebundenen Magnet-Ausgangsmaterials wurde 30 Tage
lang bei 40 ºC gelagert und dann in der vorbeschriebenen Weise verarbeitet,
um einen Rohpreßling und dann einen harzgebundenen Magneten zu erhalten. Es
zeigte sich kein erkennbarer Unterschied in der Formbarkeit des
Ausgangsmaterials, im Aussehen des Rohpreßlings und in den magnetischen Eigenschaften
des harzgebundenen Magneten.
Vergleichsbeispiel 1
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96,0 Teile Sm(Co, Cu, Fe, Zn)&sub7;, das auf dieselbe Weise hergestellt worden war
wie bei Beispiel 1, 3,8 Teile 4,4'-Bis(2,3-epoxypropyl)phenylether und 0,2
Teile 2-Ethyl-4-methylimidazol wurden miteinander vermischt, und mit dem
Gemisch wurde ein harzgebundener Magnet direkt hergestellt.
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Da die Gegenwart des 4,4'-Bis(2,3-epoxypropyl)phenylethers die Fließfähigkeit
des Gemisches verschlechterte, konnte das Gemisch nicht gleichmäßig in den
Formhohlraum eingefüllt werden. Vom Rohpreßling konnte ein Teil des
Magnetelementes leicht abgeschält werden, so daß der Rohpreßling schlecht zu
handhaben war. Der harzgebundene Magnet mit der Dichte 6,5 g/cm³ hatte eine
Remanenzflußdichte von 6,8 kG und ein maximales Energieprodukt von 10,6 MGOe.
Wenn das Ausgangsmaterial 30 Tage bei 40 ºC gelagert worden war, war es
schwierig, einen Rohpreßling herzustellen.
Beispiel 2
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Eine im Schmelzspinnverfahren hergestellte dünne Folie aus Nd&sub1;&sub5;Fe&sub7;&sub5;B&sub1;&sub0;-Material
wurde bei Zimmertemperatur gepreßt, um einen Rohpreßling herzustellen, der
bei 700 ºC heißgepreßt wurde und formgestaucht wurde, um eine Legierung mit
einer relativen Dichte von 98 bis 99 % und Achsen leichter Magnetisierbarkeit
in Kompressionsrichtung zu erhalten. Die Legierung wurde mit herkömmlichen
Methoden gemahlen, gesiebt und gemischt, um ein Magnetelement mit
Teilchengrößen zwischen 53 und 200 µm zu erhalten.
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In einem getrennten Schritt wurden Vinylidenchlorid und Acrylnitril (im
Molverhältnis 50:50) in Gegenwart von 11 % Butylglycidylether-substituiertem
DGEBA suspensionspolymerisiert (In-situ-Polymerisation), um die Mikrokapseln
(Mikrokapseln 1) zu erhalten, die aus einer Hülle aus
Vinylidenchlorid/Acrylnitril-Copolymer bestehen und das Epoxidharz enthalten, das bei
Zimmertemperatur
flüssig ist. In der oben beschriebenen Weise die Mikrokapseln
(Mikrokapseln 11), die eine Hülle aus Vinylidenchlorid/Acrylnitril-Copolymer
aufweisen und 4-Methylhexahydrophthalsäureanhydrid enthalten.
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Der Gehalt an Epoxidharz bzw. 4-Methylhexahydrophthalsäureanhydrid betrug
70 % bezogen auf das Gesamtgewicht der Mikrokapseln, und die mittlere
Teilchengröße der Mikrokapseln I wie der Mikrokapseln II betrug 10 µm.
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Das Magnetelement und die Mikrokapseln wurden mit Imidazol, einer der
thermisch polymerisierbaren Harzkomponenten, als Härter vermischt, um ein
harzgebundenes Magnet-Ausgangsmaterial folgender Zusammensetzung zu erhalten:
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Nd&sub1;&sub5;Fe&sub7;&sub5;B&sub1;&sub0; 97 %
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Mikrokapseln I 2,0 %
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Mikrokapseln II 0,9 %
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Härter 0,1 %
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Ein Teil des sich ergebenden harzgebundenen Magnet-Ausgangsmaterials wurde in
den zylindrischen Hohlraum einer Form einer Formpresse gefüllt, mit der
geformtem Material magnetische Anisotropie verliehen werden kann, und zur
Bildung eines zylindrischen Rohpreßlings mit einem Durchmesser von 10 mm mit
einem Druck von 8 t/cm² gepreßt, während in axialer Richtung des
Formhohlraums ein Magnetfeld von 15 kOe angelegt war.
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Vor dem Formen hatte das Ausgangsmaterial eine Pulver-Fließfähigkeit von 50
bis 60 sec/50 g, aber die Oberfläche des Rohpreßlings war leicht mit dem
Diglycidylphenylether benetzt, der aus den mechanisch aufgebrochenen
Mikrokapseln ausgetreten war.
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Der Rohpreßling wurde 1 Stunde lang auf 120 ºC gehalten, um einen
harzgebundenen Magneten mit einer Remanenzflußdichte von 8,9 kG und einem maximalen
Energieprodukt von 16 MGOe zu erhalten.
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Ein anderer Teil des harzgebundenen Magnet-Ausgangsmaterials wurde 30 Tage
lang bei 40 ºC gelagert und dann in der vorbeschriebenen Weise verarbeitet,
um einen Rohpreßling und dann einen harzgebundenen Magneten zu erhalten. Es
zeigte sich kein erkennbarer Unterschied in der Formbarkeit des
Ausgangsmaterials, im Aussehen des Rohpreßlings und in den magnetischen Eigenschaften
des harzgebundenen Magneten.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird ein magnetisch anisotropes Fe-B-R-
Magnetelement zusammen mit dem Epoxidharz, das bei Zimmertemperatur fest ist,
granuliert durch Mischen des in einem organischen Lösungsmittel vollständig
aufgelösten Epoxidharzes mit einer vorgegebenen Menge, beispielsweise 96 bis
98 %, des Fe-B-R-Magnetelements, Verdampfen des Lösungsmittels und Mahlen des
zurückbleibenden Festkörpers. Da auf dieser Stufe das Epoxidharz nur in
fester Form vorliegt, polymerisiert es durch die Wärmezufuhr während des
Verdampfens des Lösungsmittels nicht.
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Dann werden das vorgenannte Granulat, ein pulverförmiger, gebundener Härter
und ein Schmiermittel trocken miteinander vermischt. Der Zustannd dieses
Gemisches ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, wo Bezugszeichen 1 das Fe-B-
R-Magnetelement, Bezugszeichen 2 das bei Zimmertemperatur feste Epoxidharz,
Bezugszeichen 3 den pulverförmigen, gebundenen Härter und Bezugszeichen 4 das
Schmiermittel bezeichnen. Ein derartiges Gemisch ist gut lagerfähig und gut
formbar, weil das Epoxidharz sehr polymerisationsträge ist, und das Gemisch
als solches ist wenig klebrig. Die Menge des pulverförmigen, gebundenen
Härters ist vorzugsweise nicht geringer als die Menge des Epoxidharzes.
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Das vorbezeichnete Gemisch wird auf herkömmliche Weise formgepreßt, um einen
Rohpreßling zu bilden. Da der Hauptbestandteil des Gemisches das Fe-B-R-
Magnetelement ist, ist keine magnetische Ausrichtung erforderlich. Da das
Gemisch durch Formpressen gut formbar ist, läßt es sich außerdem gut zu einem
Rohpreßling in der gewünschten Form formen. Durch Aushärten des Epoxidharzes
im Rohpreßling erhält man den harzgebundenen Magneten.
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Die vorstehende Ausführungsform wird mit nachstehenden Beispielen erläutert.
Beispiel 3
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Aus 68,80 % Fe, 25,2 % Nd, 0,93 % B, 4,20 % Co und 1,01 % Pr wurde im
Schmelzspinnverfahren ein Fe-B-R-Magnetelement hergestellt. Das fertige
Magnetelement wies die in Tabelle 1 angegebene Teilchengrößenverteilung auf.
Tabelle 1
Teilchengröße
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Mit 98 Teilen des hergestellten Fe-B-R-Magnetelements wurden 2 Teile
Epoxidharz (DGEBA mit einem Molekulargewicht von 900) in Form einer
50-prozentigen Lösung in Aceton in einer Knetmaschine vermischt. Nach dem Verdampfen
des Lösungsmittels wurde der zurückbleibende Feststoff gemahlen, um ein
Pulver mit der in Tabelle 2 aufgelisteten Teilchengrößenverteilung zu
erhalten (Schritt A).
Tabelle 2
Teilchengröße
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Die Fließfähigkeit des Granulats mit dem Fe-B-R-Magnetelement und dem bei
Zimmertemperatur festen Epoxidharz betrug 62 s/50 g.
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Zur Herstellung eines pulverförmigen gebundenen Härters wurde
1,3-Bis(hydrazincarboethyl)-5-isopropylhidantoin der Formel
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mit Teilchengrößen zwischen 5 und 20 µm abgewogen, so daß die Menge des
gebundenen Härters 20 Teilen auf 100 Teile Epoxidharz entsprach, und
Calciumstearat wurde abgewogen, so daß seine Menge 0,2 % bezogen auf das
Gesamtgewicht des Granulats entsprach, und beides wurde in einem
Doppelzylindermischer trocken mit dem Granulat vermischt (Schritt B). Alternativ dazu wurde
ein pulverförmiger gebundener Härter hergestellt unter Verwendung von 12
Teilen Adipinsäurehydrazid und 13 Teilen Isophthalsäuredihydrazid, jeweils
bezogen auf 100 Teile Epoxidharz, und mit dem Granulat vermischt.
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Das Gemisch wurde zu einem zylindrischen Rohpreßling mit einem Durchmesser
von 10 mm, einer Höhe von 10 mm und einer relativen Dichte von 80 %
formgepreßt (Schritt C). Dann wurde das Epoxidharz 15 Minuten lang bei 120 ºC
ausgehärtet (Schritt D).
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Der entstandene harzgebundene Magnet wies eine Remanenzflußdichte von 7,3 kG,
eine Eigenkoerzitivkraft von 8,8 kOe und ein maximales Energieprodukt von
11 MGOe auf.
Vergleichsbeispiel 2
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Dieselben Fe-B-R-Magnetelemente und derselbe pulverförmige gebundene Härter
wie bei Beispiel 3 wurden im Gewichtsverhältnis von 98:0,4 in einem
Doppelzylindermischer trocken miteinander vermischt und anschließend mit einer 50-
prozentigen Lösung von Epoxidharz (DGEBA mit einem Molekulargewicht von 900)
in Aceton im selben Mischungsverhältnis wie bei Beispiel 3 in der
Knetmaschine vermischt. Anschließend wurde das Lösungsmittel verdampft und der
zurückbleibende Feststoff gemahlen.
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Das gesamte gemahlene Produkt wurde mit 0,2 % Calciumstearat trocken
vermischt und sofort trocken zu einem Rohpreßling geformt, der erwärmt wurde, um
einen harzgebundenen Magneten zu ergeben. Obwohl der harzgebundene Magnet
dieselben magnetischen Eigenschaften hatten wie der Magnet von Beispiel 3,
waren bei dem harzgebundenen Magneten, der aus dem Gemisch von gemahlenem
Produkt und Calciumstearat, das 2 Tage bei Zimmertemperatur gelagert worden
war, hergestellt worden war, die magnetischen Eigenschaften und die
mechanische Festigkeit stark vermindert.
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Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Remanenzflußdichte und der Lagerdauer
des Gemischs bei 40 ºC. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wies der
erfindungsgemäße harzgebundene Magnet deutlich stabilere magnetische Eigenschaften auf
als der nach dem Vergleichsbeispiel 2 hergestellte harzgebundene Magnet,
obwohl beide harzgebundenen Magnete aus denselben Bestandteilen hergestellt
worden waren.
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Mit den nachfolgenden Beispielen soll die Herstellung des erfindungsgemäßen
harzgebundenen Magnetgegenstandes erläutert werden.
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Zunächst werden die Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen
harzgebundenen Magnetgegenstandes anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die
Zeichnung erläutert.
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Die Fig. 3A bis 3E zeigen in schematischer Darstellung Arbeitsphasen einer
Formmaschine zum direkten Formen des mit einem Auflageelement einstückigen
Rohpreßlings aus dem Granulat-Ausgangsmaterial für den erfindungsgemäßen
harzgebundenen Magneten.
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Bei der Maschine nach Fig. 3 wird, wenn der Stempel 6 angehoben wird, ein vom
Stempel 6, dem unteren Lochstempel 7 und dem unteren Schwimmer 8
umschriebener Hohlraum gebildet. Dann wird der Einfüllstutzen 5 auf die Oberseite des
Stempels 6 über den Hohlraum geschwenkt und die körnige Mischung 12 in den
Hohlraum eingefüllt (Fig. A). Der Einfüllstutzen 5 wird vom Hohlraum
weggeschwenkt, um die Beschickung mit der körnigen Mischung zu beenden (Schritt
A). An der Oberseite des unteren Schwimmers 8 wird ein Auflageelement 11
plaziert, das auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des Bindeharzes
in der körnigen Mischung 12 erwärmt worden ist, wie in Fig. 3B gezeigt
(Schritt B). Beim Absenken des oberen Schwimmers 9 wird das Auflageelement 11
zusammen mit dem unteren Schwimmer 8 abgesenkt, wie in Fig. 3C gezeigt
(Schritt C). Die Temperatur des Stempels 6, des unteren Lochstempels 7 sowie
des oberen und des unteren Schwimmers 8, 9 wird auf einem Wert unterhalb des
Erweichungspunktes des Bindeharzes der körnigen Mischung gehalten, während
die Temperatur des Auflageelements auf einem Wert über dem Erweichungspunkt
gehalten wird. Bei diesen Bedingungen wird der obere Lochstempel 10
abgesenkt, und der untere Lochstempel 7 wird angehoben, um die körnige Mischung
12 im Hohlraum auf die hohe Dichte zu komprimieren, wie in Fig. 3D gezeigt
(Schritt D). Bei diesem Schritt bildet sich mit zunehmender Verdichtung der
körnigen Mischung der Rohpreßling 13, der komprimiert und verfestigt wird,
während ein Teil des Bindeharzes in der Mischung durch die Hitze des
Auflageelements 11 erweicht. Dabei sinkt die Temperatur des Auflageelements durch
Wärmeabstrahlung schließlich auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt
des Bindeharzes ab. Infolgedessen verfestigt sich das erweichte Bindeharz
wieder und haftet unmittelbar am Auflageelement an. Somit ist das
Magnetelement fest mit dem Bindemittel verbunden oder teilweise mit diesem
verschmolzen, und der Rohpreßling ist mit dem Auflageelement 11 durch
Schmelzverbindung des Bindemittels mit dem Auflageelement 11 verbunden und bildet so
den harzgebundenen Magnetgegenstand, der den einstückig mit dem
Auflageelement verbundenen Rohpreßling aufweist.
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Dann wird der einstückig mit dem Auflageelement 11 verbundene Rohpreßling 13
durch Absenken des Stempels 6 und Anheben des oberen Lochstempels 10 und des
Schwimmers 8 aus der Maschine herausgenommen (Fig. 3E) (Schritt E). Bei
diesem Schritt ist die Herauslösbarkeit des Gegenstands aus der Form nicht
beeinträchtigt, da mit Ausnahme des Auflageelements 11 kein Teil der Form mit
dem Bindemittel verschmolzen ist. Anschließend wird das Bindemittel
polymerisiert und gehärtet, so daß man den erfindungsgemäßen harzgebundenen
Magnetgegenstand erhält.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen harzgebundenen Magnetgegenstandes wird
mit den nachfolgenden Beispielen erläutert.
Beispiel 4
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Ein Gemisch von Acrylnitril und Methylmethacrylat im Gewichtsverhältnis 50:50
wurde in Gegenwart eines Glycidylether-Epoxidharzes (70 g), das durch
Kondensation von Epichlorhydrin mit Bisphenol A hergestellt worden war und eine
Viskosität (η) von 100 bis 160 Poise bei 25 ºC hatte, in situ polymerisiert,
um Mikrokapseln herzustellen. Die Mikrokapseln waren einkernig kugelförmig
und hatten eine mittlere Teilchengröße von 8 µm. Der Epoxidharzanteil am
Gesamtgewicht der Mikrokapseln betrug 75 %.
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In einem getrennten Schritt wurden 96 Teile dünner Teilchen aus Nd&sub1;&sub4;Fe&sub7;&sub8;B&sub8;,
die im Schmelzspinnverfahren hergestellt worden waren und eine inhärente
Koerzitivkraft von 14 bis 15 kOe sowie eine Teilchengröße zwischen 53 und
350 µm hatten, mit drei Teilen einer 50-prozentigen Lösung des Glycidylether-
Epoxidharzes mit Erweichungspunkt zwischen 65 und 75 ºC (Quecksilbermethode
von Durran) in Aceton vermischt. Nach dem Verdampfen des Acetons wurde der
zurückbleibende Feststoff gemahlen und gesiebt, und die Teilchen wurden zu
einer Mischung von Teilchengrößen zwischen 53 und 500 µm miteinander
gemischt.
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Mit der Teilchengrößenmischung wurden 2 Teile Mikrokapseln, 0,45 Teile 1,3-
Bis(hydrazincarboethyl)-5-isopropylhydantoin und 0,20 Teile Calciumstearat
vermischt, um den harzgebundenen Granulatmagneten (I) zu erhalten, der zu
95,9 % das Fe-B-R-Magnetelement enthielt.
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Die Fig. 4A und 4B sind Photographien, die das Aussehen des harzgebundenen
Granulatmagneten (I) in unterschiedlicher Vergrößerung zeigen. Auf diesen
Photographien ist zu erkennen, daß die das flüssige Epoxidharz, den Härter
für das Epoxidharz und Calciumstearat enthaltenden Mikrokapseln in Form
feiner Teilchen auf der Oberfläche der gemischten Teilchen aus dem Fe-B-R-
Magnetelement und dem festen Epoxidharz mit der Durran-Erweichungstemperatur
zwischen 65 und 75 ºC abgesetzt sind. Dank dieser Struktur ist der
harzgebundene Granulatmagnet (I) bei Zimmertemperatur nicht klebrig und hat eine für
das Formpressen geeignete Fließfähigkeit.
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Unter Verwendung eines ringförmigen Auflageelements, das aus 22 ringförmigen
elektromagnetischen Stahlblechen mit einem Außendurchmesser von jeweils
47,9 mm, einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Stärke von 0,5 mm bestand,
sowie des harzgebundenen Granulatmagneten (I), wurde der Rohpreßling in der
vorbeschriebenen Weise ringförmig mit dem Auflageelement verbunden. Dann
wurde der Gegenstand aus der Form entnommen und 1 Stunde lang auf einer
Temperatur von 120 ºC gehalten. Der Rohpreßling war einstückig fest mit dem
Auflageelement verbunden.
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Wie in Fig. 5 perspektivisch dargestellt, wurde zur Bildung eines
Rotorelements in die Mittelbohrung des das Auflageelement 14b und den einstückig
mit dem Element 14b verbundenen harzgebundenen Magneten 14a umfassenden
harzgebundenen Magnetgegenstandes 14 eine Rotorwelle 15 eingesetzt.
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Die nachfolgende Tabelle 3 enthält die gemessenen Außendurchmesser und die
Abweichungen von den Außendurchmessern der 30 harzgebundenen
Magnetgegenstände, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.
Tabelle 3
Außendurchmesser
Abweichung vom
Außendurchmesser
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Obwohl die Schicht aus harzgebundenem Magneten mit einer Wandstärke von etwa
1 mm direkt mit der Umfangsfläche des Auflageelements, dessen
Außendurchmesser 47,9 mm betrug, verbunden wurde, hatten die Artikel eine sehr hohe
Maßgenauigkeit.
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Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der
Scherfestigkeit zwischen Auflageelement und harzgebundenem Magneten und der
Lufttemperatur. Wie aus der graphischen Darstellung zu ersehen, nimmt die
Scherfestigkeit bei hohen Temperaturen wegen der Eigenschaft des Bindemittelharzes
ab. Jedoch lag die Scherfestigkeit auch bei 100 ºC noch bei 300 kg, d.h. daß
das Auflageelement und der harzgebundene Magnet einstückig fest miteinander
verbunden waren.
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Fig. 7 ist eine Photographie der Verbindungsfläche des harzgebundenen
Magneten,
der durch Scherbruch vom Auflageelement abgelöst worden war. Dieses
Photo zeigt, daß die Mikrokapseln als Bindemittelkomponente bei der Formung
des Rohpreßlings aus dem harzgebundenen Granulatmagneten mechanisch
aufgebrochen wurden. Der Inhalt der Mikrokapseln - in diesem Beispiel Glycidylether-
Epoxidharz mit einer Viskosität von 100 bis 160 Poise bei 25 ºC - wurde
freigesetzt und benetzte das Auflageelement unmittelbar.
Beispiel 5
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97 Teile dünner Teilchen aus Nd&sub1;&sub4;Fe&sub7;&sub8;B&sub8;, das im Schmelzspinnverfahren
hergestellt worden war und eine inhärente Koerzitivkraft von 14 bis 15 kOe sowie
eine Teilchengröße zwischen 53 und 350 µm hatte, wurden mit 1,6 Teilen einer
50-prozentigen Lösung von Poly(p-vinyl)phenol, einem Alkenylphenylpolymer mit
einer Erweichungstemperatur zwischen 160 und 170 ºC, in Aceton gemischt. Nach
Verdunstung des Acetons wurde der zurückbleibende Feststoff gemahlen, und die
Teilchen wurden gesiebt und so vermischt, daß sich eine Mischung mit
Teilchengrößen zwischen 53 und 350 µm ergab.
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Mit der Teilchenmischung wurden 2,2 Teile der nach Beispiel 5 hergestellten
Mikrokapseln, 0,05 Teile des BF&sub3;/2-Methylimidazolkomplexes und 0,05 Teile
Calciumstearat vermischt, um den harzgebundenen Granulatmagneten (II), der
das Fe-B-R-Magnetelement enthielt, zu erhalten.
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Unter Verwendung eines ringförmigen Auflageelements bestehend aus 11
ringförmigen elektromagnetischen Stahlblechen, jeweils mit einem Außendurchmesser
von 47,9 mm, einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Stärke von 0,5 mm, und
des harzgebundenen Granulatmagneten (II) wurde der Rohpreßling, der einen
Außendurchmesser von 50,2 mm hatte, mit dem Auflageelement in der
vorbeschriebenen Weise ringförmig verbunden. Dann wurde der Gegenstand aus der
Form entnommen und 1 Stunde lang auf einer Temperatur von 160 ºC gehalten.
Der Rohpreßling war einstückig fest mit dem Auflageelement verbunden. Durch
Einsetzen der Rotorwelle in die Bohrung des Auflageelements war das
Rotorelement fertiggestellt. Das Rotorelement wurde 6 Stunden lang bei 8000 UpM in
einer Atmosphäre von 100 ºC gedreht. Der harzgebundene Magnet wurde durch die
Fliehkraft nicht mechanisch beschädigt oder vom Auflageelement abgelöst.
Vergleichsbeispiel 3
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92 Teile teilchenförmiges Sm(Co0,668, Cu0,101, Fe0,214, Zr0,017)&sub7;, das im
Schmelzspinnverfahren hergestellt worden war und eine Eigenkoerzitivkraft von
9,5 kOe aufwies, wurden mit 8 Teilen 12-Polyamid vermischt, das die Formel
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H-[NH-(CH&sub2;)&sub1;&sub1;-CO]n-OH
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und eine relative Viskosität von 1,6 (c = 0,5 %, m-Cresol, 25 ºC) hatte, um
einen harzgebundenen Magneten des Typs R(Ci, Cu, Fe, M)n als für den
Spritzguß geeignetes Ausgangsmaterial zu erhalten.
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Auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 5 wurde das vorbereitete Ausgangsmaterial
in dem Hohlraum mit dem Außendurchmesser 50,2 mm um das ringförmige
Auflageelement bestehend aus 11 ringförmigen elektromagnetischen Stahlblechen mit
jeweils einem Außendurchmesser von 47,9 mm, einem Innendurchmesser von 8 mm
und einer Stärke von 0,5 mm herum geformt. Es war nicht nur schwierig, das
Ausgangsmaterial in die Form einzubringen, sondern der harzgebundene Magnet
wies infolge der Schrumpfung durch die Verfestigung des geschmolzenen Harzes
auch Risse auf.
Vergleichsbeispiel 4
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Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen
Rotorelements, das ein Auflageelement 15 bestehend aus 0,5 mm starken laminierten
elektromagnetischen Stahlblechen und gesinterten Ferritmagneten 16 mit 4,2
MGOe, die in Richtung ihrer Wandstärke magnetisch anisotrop gemacht worden
sind, und eine Welle 17 umfaßt, die mit dem Auflageelement verbunden ist. Die
Ferritmagnete sind mittels eines Klebemittels mit der Umfangsoberfläche des
Auflageelements verbunden. Der Außendurchmesser des Rotorelements beträgt
50,2 mm und entspricht damit in etwa dem Rotorelement von Fig. 5
(Beispiel 5). Stärke und Volumen des Magneten nach Fig. 8 sind jedoch um das 1,5-
fache bzw. das 4-fache größer als bei Fig. 5.
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Tabelle 4 gibt die Leistungen der Rotorelemente nach Fig. 5 und 8 bei Einsatz
in einem bürstenlosen Ventilatormotor, einem typischen Dauermagnetmotor, an.
Tabelle 4
Beispiel
Drehmoment
Leistung
Vergleichsbeispiel
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Bei Tabelle 4 wurden Drehmoment und Leistung bei einer Ventilatordrehzahl von
1.420 UpM gemessen. Bei beiden Motoren betrug die maximale Arbeitsstromstärke
bei einem Nennstrom zwischen 7 und 35 V weniger als 1 A.
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Wie aus den Ergebnissen von Tabelle 4 zu ersehen ist, kann der
erfindungsgemäße harzgebundene Magnetgegenstand in Bereichen verwendet werden, in denen
die herkömmlichen Ringmagneten kaum Einsatz finden.