DE7328900U - Permanentmagnet - Google Patents

Description

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Aktiengesellschart Brown, Boveri & Cio., Baden (Schweiz)

Verfahren zum Verbinden von SECo^-Magneten, Mittel zu dessen Ausführung und nach diesem Verfahren hergestellte Permanentmagnete.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei mit Lot flächen versehenen SECOp-Permanentmagneten, wobei SE ein Seltenes Erdmetall oder mehrere Seltene Erdmetalle bedeutet, auf Mittel zu dessen Ausführung und auf Permanentmagnete, die nach diesem Verfahren hergestellt werden.

Pulverförmige Verbindungen aus Kobalt und Seltenen Erdmetallen und deren Mischungen haben eine grosse Bedeutung für die Herstellung von 'Vrmnnentmapneten or langt, wi;il s\o eine un-

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gewöhnlich hohe Koerzitivfeldstärke aufweisen (vgl. z.B. Sei.Am. Dez. 1970, S. 92 ff). Aus diesen pulverförmiger! Verbindungen werden nach verschiedenen Verfahren (vgl. z.B. DT-OS 2 059 301 und DT-C)S 2 121 51¹O gesinterte Permanentmagnete überragender magnetischer Eigenschaften hergestellt. Vor den Sinten werden diese pulverförmiger! Verbindungen in eine Pressform eingegeben, in einem starken Magnetfeld ausgerichtet und nachfolgend verdichtet.

Das gleichmässige Ausrichten des Magnetpulvers in komplizierten, beispielsweise hufeisenförmigen, Pressformen lässt sich ohne grossen technischen Aufwand nicht durchführen, da entsprechend der erwünschten Magnetisierungsrichtung verlaufende, äussere homogene Magnetfelder erst durch geeignete Vorrichtungen erzeugt werden müssen. Ausserdem ist die Beschaffung einer speziellen Pressform kostspielig und daher für kleine StücK-zahlen unrentabel. Auch die mechanische Bearbeitung des gesinterten Magnetmaterials mit dem Ziel, aus einer einfachen

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Form die gewünschte komplizierte zu bekommen, ist nicht empfehlenswert, da das gesinterte Magnetmaterial sehr hart und spröde und daher schwierig zu bearbeiten 1st.

Aus diesen Gründen ist es notwendig, den kompliziert geformten Permanentmagneten aus kleineren Permanentmagneten

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aufzubauen. Ein befriedigendes Zusammenfügen solcher Permanentmagnete ist jedoch äusserst schwierig, da die Verbindungsstellen (z.B. bei Wanderfeldröhren zur Erzeugung von Mikrowellen) bei Temperaturen über 200⁰C mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und zudem die magnetischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials nicht herabsetzen dürfen.

Versuche der Anmelderin, diese Probleme durch die beim Verbinden von Metallen üblichen Lötverfahren (vgl. z.B. Werkstattbücher, Herausgeber H.Haake, Heft 28, R.v. Linde: Löten, vier'ce Auflage, Springer-Verlag 195¹O zu lösen, waren nicht sehr erfolgreich. So werden z.B. beim Weichlöten aktive Flussmittel verwendet, die mit dem Magnetmaterial reagieren und die Festigkeit der Verbindungsstellen und die Koerzltivfeldstärke des Permanentmagnetes nach dem Löten erheblich herabsetzen. Das vollständige Entfernen der Flussmittelreste 1st bei den porösen, gesinterten Magnetmaterialien äusserst schwierig, so dass weichgelötete SECo^-Permanentmagnete korrosionsanfällig sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbindung zwischen SECo -Permanentmagneten zu schaffen, welche unter Beibehaltung der magnetischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien einen korrosionsfesten und auch bei hohen Temperaturen mechanisch belastbaren SECo^-Permanentmagneten liefert.

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Die vorgenannte Aufgabe wird erfIndungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lötflächen zunächst mit Lötschichten belegt werden, und dass anschliessend die Permanentmagnete in einem Schutzgasofen verlötet werden.

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren verlöteten SECo,.-Permanentmagnete behalten nicht nur ihre magnetischen Eigenschaften bei, sondern sind an der Lötstelle auch so fest miteinander verbunden, dass bei mechanischen Belastungen, z.B. durch Scherung, der zusammengelötete Permanentmagnet selbst bei Temperaturen um 200 C nicht an der Lötstelle, sondern am Ort der gesinterten Ausgangs-SECo_-Permanentmagneten.aufbricht. Korrosive Rückstände treten nicht auf. Dünne Oberflächenoxidschichten, die die Lötflächen belegen, müssen zwecks Bildung einer festen Verbindung nicht reduziert werden, sondern können ohne nachteilige Auswirkung auf die Eigenschaften des Permanentmagneten bis zu Schichtdicke von mehreren/U in die Lötverbindung eingebaut werden.

Es empfiehlt sich, bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens als Lötschichten Lötfolie von 10 bis 50 μ Dicke aus Silber, Kupfer oder einem anderen Hartlötmaterial einzusezten. Insbesondere ist es zweckmässig, die Lötfolie an den Rändern der durch die Lötflächen gebildeten Lötspalte einige Millimeter überstehen zu lassen, da hierdurch die Lötspalte

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besonders gut mit Lot durchtränkt werden.

Eine besondere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemflssen Verfahrens besteht darin, dass das aus den Permanentmagneten und den Lo'tschichten zu erstellende Werkstück in einer Halterung fixiert wird, Werkstück und Halterung in einem gasdurchlässigen Tiegel verschlossen werden und der Tiegel mit dem Werkstück in eine Kühlzone des Schutzgasofens eingegeben, sodann in eine höchstens auf Schmelztemperatur der Lötfolie erhitzte GlUhzone des Schutzgasofens befördert und nach Beendigung des Lötvorganges in der Kühlzone des Schutzgcisofens abgekühlt werden. Insbesondere sollte der Lötvorpang im Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre, etwa unter Helium oder Argon, erfolgen. Im Gegensatz zu den üblichen Schutzgasöfen muss hierbei die Gasatmosphäre nicht Metalloxide reduzieren, damit blanke Lötflächen vorliegen, sondern dient vorallem dazu, weitere Oxydation durch Fernhalten von Sauerstoff zu verhindern. Unterstützt wird dies noch dadurch, dass die Halterung einen Stahlrahmen mit einer Tantalschicht umfasst, und dass der Tiegel aus Tantal besteht .

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

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Dabei geben

FIp. 1 das Schnittbild eines in einem Tantaltiegel eingeschlossenen und fixierten Werkstückes vor dem Verlöten und

Fig. 2 das Schnittbild eines Sinterofens, in dem das Verlöten stattfindet, wieder.

In Fig. 1 bedeuten die Bezugszahlen 1,1' und 2 drei Permanentmagnete, welche die Lötflächen 3,3' und ^,V aufweisen. Die Lötflächen 3,^ und 3 ·,4 · bilden die Lötspalte 5 und 5', in denen sich die Lötfolien 6 und 6' befinden. Das magnetische Werkstück ]_ wird in der Halterung 8_, welche aus einem Stahlrahmen 9 und einer Tantalschicht 10 besteht, fixiert, Werkstück 7, und Halterung 8_ befinden sich in einem Tantaltiegal 11.

Gleiche Teile sind in Fig. 2 mit denselben Bezugszahlen wie in Fig. 1 versehen. Zusätzlich bedeutet 12_ einen Sinterofen mit einer Kühlzone I¹I und Kühlschlangen 15 sowie einer Glühzone 16 mit einer Heizung 17· Mit 18 ist ein Schutzgas, mit 19 eine Vakuumpumpe und mit 20 und 13 sind Ventile bezeichnet.

Um die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zu er-

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leichtern, werden die zu verlötenden SinCo^-Permanentmagnete 1,1' und 2 zunächst an den Lötflächen 3,3', Ί,Ί ', plangeschliffen z.B. mit einer Polierscheibe, und anschllessend mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Aethanol, gewaschen. Die Permanentmagnete 1,1' und 2 werden sodann unter Zwischenlegen von Hartlötfolien 6,6·, die beispielsweise aus Silber oder Kupfer sein können, an den Lötflächen 3,3', Ί,Ί¹ zusammengefügt und so in einer Halterung 8_ fixiert, dass die Lötfolien 6 und 6' unter dem Eigengewicht der darüberliegenden Magnete an die Lötflächen 3,Ί und 3',^' gedrückt werden. Die Lötfolien 6,6' sind so gross bemessen, dass sie an den Rändern der durch die Lötflächen 3,4 und 3 ',¹J¹ gebildeten Lötspalte 5,5' einige Millimeter überstehen. Zur Vermeidung von chemischen Reaktionen der SmCo,--Permanentmagnete 1,1',2 mit dem Stahlrahmen 9 ist letzterer mit einer chemisch inerten Tantalschicht 10 ausgekleidet.

Die Halterung £5 und das magnetische Werkstück 7_ werden in den durchlässigen Tantaltiegel 11 eingeschlossen und in die Kühlzone I^ des Sinterofens 1£ eingegeben. Der Sinterofen 12_ wird vakuumdicht verschlossen und mit einer Pumpe 19 evakuiert. Zur weiteren Durchführung des Verfahrens kann er weiter unter Vakuum belassen, beispielsweise aber auch durch das Ventil mit einem Schutzgas 18, etwa Argon oder Helium, beschickt werden. Die Glühzone 16 wird entsprechend der stofflichen Zu-

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sammensetzung der verwendeten Lötfolien 6,6^C aufgeheizt und weist eine Temperatur auf, die etwa der Schmelztemperatur der verwendeten Lötfolien 6,6' entspricht, bei Kupfer ca. 1O75°C, bei Silber ca. 96O⁰C.

Nach Einbringen des mit dem Werkstück 7, gefüllten Tantaltiegels 11 in die Glühzone 16 wird der Lötvorgang eingeleitet. Ueblicherweise ist der Lötvorgang nach ca. 10 Minuten beendet Je nach Glühzonentemperatureinstellung, Werkstückabmessungen und Lötfolienmaterial kann die Lötzeit Jedoch erheblich verlängert oder verkürzt werden.

Durch raschen Transport des Tantaltiegels 11 mit dem Werkstück 1 aus der Glühzone l6 in die Kühlzone I¹I wird der Lötvorgang beendet. Das damit verbundene schnelle Abkühlen des Magnetmaterials 1,1', 2 ist von grosser Wichtigkeit, da langsames Abkühlen die für die guten magnetischen Eigenschaften verantwortliche SmCo^-Phase In der Nähe der bei 71O⁰C liegenden Curietemperatur durch eine Festkörperreaktior allmählich in die nichthartmagnetischen SmpCo„- und SnuCo,.,-Phasen umwandelt und somit zu einer erheblichen Verschlechtei der magnetischen Eigenschaften des Werkstückes £ führt. Bei schnellem Abkühlen des Werkstückes 7_ wird die unerwünschte Pestkörperreaktion jedoch fast völlig unterdrückt und die SmCo,--Phase bleibt erhalten.

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Das gelötete Werkstück 2 weist nacli dem Lötvorgang dieselben magnetischen Eigenschaften wie die zu verlötenden Permanentmagneten 1,1', 2 auf. Die Lötstelle hat eine so hohe Festigkeit, dass bei mechanischen Beanspruchungen, insbesondere auch bei erhöhten Temperaturen, nicht die Lötstelle, sondern die Permanentmagnete 1,1', 2 aufbrechen. Dieses überraschende Ergebnis beruht nach metallurgischen Untersuchungen der Schliffbilder von hartgelöteten SinCo^-Permanentmagneten sehr wahrscheinlich darauf, dass sich im Grenzbereich einer Lötfolie und der umgebenden SmCOt.-PermanentmaKnete eine bei Löttemperatur flüssige Legierung, etwa eine CuCoSm- oder AgCoSm-Legierung bildet, die längs der Poren der nach einem Sinterverfahren gewonnenen SmCo^-Permanentmagnete verhältnismässig schnell und tief in das Werkstück 7_ eindringen und weitere Legierungsbildung bewirken kann. Nach Abkühlen des Werkstücks 7. bildet sich dann eine feste Verbindungsschicht aus. Lötfolien, deren Schichtdicken oberhalb 50 ^i liegen bzw. kleiner 10 μ sind, erweisen sich für das erfindungsgemässe Verfahren als ungeeignet.

Das Verfahren ist selbstverständlich nicht nur auf SmCo-Permanentmagnete beschränkt. Es kann auch auf andere SECo₁--Permanentiragnete, Insbesondere auch auf solche, in denen SE fir Mischungen von Seltenen Erdrretal len, wie z.B. Cer-Mischmetall, steht, angewendet werden. LMe i'urchffUirung des Ver-

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fahrens ist auch bei Glühzonentemperaturen, die 100 C unter der Schmelztemperatur der Hartlötfolie liegen, möglich. Anstelle von Kupfer- oder Silberlötfolien können auch andere Hartlote, insbesondere Vakuum-Hartlote, anstelle von Sinteröfen können Schutzgasöfen eingesetzt werden. Auch ist es möglich, durch eine geeignete Vorrichtung die im erfindungsgemässen Verfahren durch das Eigengewicht der Permanentmagnete bestimmte Kraft auf die Lötfolien zu variieren und dadurch den Lötvorgang zu beeinflussen.

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Claims (3)

Schutzansprüche

1. SECOj--haltiger Permanentmagnet, wobei SE eines oder mehrere der Seltenen Erdmetalle bedeutet, gekennzeichnet durch mindestens zwei miteinander verlötete SECo -Permanentmagnete (1,1· , 2), welche an Lötflächen (3.3¹, 4,4·) durch Lötschichten (6,6') verbunden sind.

2. Permanentmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötschichten (6,6') aus Lötfolie von 10 bis 50 μ Dicke bestehen.

3. Permanentmagnet nach Anspruch 2„ dadurch gekennzeichnet, dass die Lötfolie aus Silber, Kupfer oder einem anderen Hartlotmaterial besteht.

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