EP4218034A1 - Verfahren zur herstellung eines permanentmagneten aus einem magnetischen ausgangsmaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines permanentmagneten aus einem magnetischen ausgangsmaterial

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EP4218034A1
EP4218034A1 EP21782912.6A EP21782912A EP4218034A1 EP 4218034 A1 EP4218034 A1 EP 4218034A1 EP 21782912 A EP21782912 A EP 21782912A EP 4218034 A1 EP4218034 A1 EP 4218034A1
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EP
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starting material
particles
magnetic
rare earth
magnetic starting
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Pending
Application number
EP21782912.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes MAURATH
Simone Schuster
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Mimplus Technologies & Co Kg GmbH
Original Assignee
Mimplus Technologies & Co Kg GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a permanent magnet from a magnetic starting material.
  • Permanent magnets from the rare earth group are used in a variety of technical applications and are characterized by a particularly high energy product. Neodymium-iron-boron magnets in particular have an energy product of up to 400 kJ/m 3 .
  • electromagnetic induction takes place in the electrically conductive components involved. In a permanent magnet, this magnetic induction leads to eddy currents. The permanent magnet heats up considerably due to the eddy currents, which leads to a short-term reduction in the magnetic power or to permanent thermal damage and demagnetization of the permanent magnet.
  • the invention is therefore based on the object of creating a method for producing a permanent magnet from a magnetic starting material, the disadvantages mentioned being at least partially eliminated, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a method for producing a permanent magnet from a powdered magnetic starting material, the magnetic starting material being shaped, with a raw mold being created.
  • the raw form is sintered, producing the permanent magnet.
  • an electrical resistance layer is formed between particles of the magnetic starting material, which layer has a lower electrical conductivity than the magnetic starting material.
  • the method is used to produce permanent magnets which have a reduced electrical conductivity. These permanent magnets are therefore less susceptible to eddy currents, and heating of the permanent magnets during operation, in particular during operation in an electric motor, is reduced, in particular avoided.
  • the electrical resistance layer is designed as at least one closed layer.
  • the electrical resistance layer is formed as a non-closed layer, in particular as layer fragments that are present in certain areas.
  • the electrical resistance layer is formed in the form of finely distributed areas on the particles of the magnetic starting material and/or on the grain boundaries between the particles of the magnetic starting material.
  • the method is advantageously suitable for a powdered magnetic starting material which is formed on the basis of a newly melted alloy, in particular in the form of a cast block or in the form of melt-spun material.
  • the method is suitable for recycled magnetic material and/or for contaminated recycled magnetic material.
  • material obtained by recycling is preferably alloyed with a rare earth, preferably in powder form, to improve its properties.
  • the magnetic starting material is preferably in a pure form or in a hydrogenated form.
  • US patent application US 2013/0263699 A1 and German patent DE 198 43 883 CI describe a process called hydrogen decrepitation (HD) for producing a hydrogenated form of the magnetic starting material by means of hydrogen-induced decay.
  • the raw form preferably has the magnetic starting material with a volume fraction of 30% to 70%.
  • the raw form is preferably sintered at a temperature of 1000°C to 1200°C. Sintering is particularly preferably carried out for a period of 30 minutes to 300 minutes.
  • a material made from particles of an R x T y B alloy is used as the magnetic starting material.
  • a material which has particles of an R x T y B alloy or consists of particles of an R x T y B alloy is preferably used as the magnetic starting material.
  • a material which has particles of an Nd x Fe y B alloy or consists of particles of an Nd x Fe y B alloy is preferably used as the magnetic starting material.
  • a material made of particles of an R x T y B alloy and particles of a phase rich in rare earths is preferably used as the magnetic starting material.
  • the magnetic starting material preferably has a mixture of particles of an R x T y B alloy and particles of a rare earth-rich phase or consists of such a mixture.
  • a material which has particles of an Nd x Fe y B alloy and particles of a neodymium-rich phase or consists of such particles is preferably used as the magnetic starting material.
  • the magnetic starting material preferably has a mixture of particles of an Nd x Fe y B alloy and particles of a neodymium-rich phase or consists of such a mixture.
  • R is a rare earth element
  • T is at least one element selected from a group consisting of iron and cobalt
  • B is the element boron.
  • the elements iron and cobalt partially or partially substitute each other completely such that either only iron or only cobalt or any iron-cobalt mixture is present.
  • the rare earth element is neodymium.
  • the R x T y B alloy additionally comprises a further element, preferably a metal, in particular a transition metal selected from a group consisting of aluminum, copper, zirconium, gallium, hafnium and niobium, preferably in traces.
  • the magnetic starting material preferably has particles of an Nd2Fei4B alloy or consists of particles of an Nd2Fei4B alloy.
  • the rare earth-rich phase in particular the neodymium-rich phase, preferably has at least one rare earth element, in particular neodymium, or a chemical compound of this rare earth element, in particular neodymium.
  • the rare earth-rich phase, in particular the neodymium-rich phase preferably contains at least one further element of the R x T y B alloy, in particular the Nd x Fe y B alloy.
  • the at least one rare earth element, in particular neodymium is in a hydrogenated form.
  • the neodymium-rich phase preferably has NdFF and/or NdEhj or consists of NdEE and/or NdFF.?.
  • the rare earth-rich phase in particular the neodymium-rich phase, consists of at least one rare earth element, in particular neodymium, or of a chemical compound of this rare earth element, in particular of neodymium.
  • the phase rich in rare earths preferably forms a phase in the structure of the permanent magnet that is located at grain boundaries of the structure.
  • the magnetic starting material is mixed with an organic binder, with a mixture of the magnetic starting material and the organic binder being obtained.
  • the raw form is created from the mixture, with the organic binder being at least partially removed from the raw form before sintering.
  • the magnetic starting material is incorporated into the organic binder in powder form. Furthermore, the molding of the raw form from the mixture is possible in a simple manner.
  • the organic binder is selected from a group consisting of a solvent, an oxygen-containing polymer, a halogen-containing polymer, a nitrogen-containing polymer, a carbon-containing polymer, a silicon-containing polymer, a sulfur-containing one polymer, a boron-containing polymer, polyoxymethylene, polypropylene, paraffin wax, polyethylene and polyamide.
  • the organic binder is liquid or solid under normal conditions, in particular at 1013 mbar and room temperature, in particular 25°C.
  • the organic binder is removed from the raw mold by means of thermal debinding, in particular thermal decomposition.
  • the organic binder is partially dissolved out of the raw form by means of solvent extraction.
  • the organic binder is then removed from the raw mold by means of thermal debinding, in particular thermal decomposition.
  • the organic binder is chemically split by means of a chemical reaction.
  • the organic binder is then removed from the raw mold by means of thermal debinding, in particular thermal decomposition.
  • the raw form is particularly preferably thermally debound, in particular thermally decomposed, at a temperature of 150° C. to 900° C.
  • the thermal debinding, in particular thermal decomposition is carried out for a period of 3 hours to 16 hours.
  • the electrical resistance layer is formed from the organic binder.
  • the organic binder is preferably partially, in particular not completely, removed from the raw mold before the raw mold is sintered.
  • the parts of the binder remaining in the green form remain in the green form during sintering and are deposited around the particles of the magnetic starting material and/or at the grain boundaries.
  • the organic binder has a lower electrical conductivity than the magnetic starting material. It is also possible that the parts of the binder remaining in the raw form are chemically changed during sintering and in this way form the electrical resistance layer.
  • the raw form preferably has the organic binder with a volume fraction of 0.01% to 50%, preferably 1% to 10%, in particular before binder removal and in particular when the electrical resistance layer is formed from the organic binder.
  • the magnetic starting material is mixed with at least one resistance-forming substance.
  • the electrical resistance layer is formed from the at least one resistance-forming substance, wherein the at least one resistance-forming substance is preferably selected from a group consisting of an organic substance, a rare earth compound, a ceramic and a reaction gas.
  • Chemical products, ie in particular chemical compounds and/or decomposition products which have a lower electrical conductance than the magnetic starting material are advantageously produced—in particular during sintering—from the at least one resistance-forming substance. These chemical products accumulate during sintering at the grain boundaries of the structure and thus reduce the electrical conductivity of the permanent magnet.
  • the raw form preferably has the resistance-forming substance in a volume fraction of 0.01% to 50%, preferably 1% to 10%, in particular before binder removal.
  • the at least one resistive substance reacts with the magnetic base material.
  • the reaction products in particular the reaction products on the surface of the particles of the magnetic starting material, form the electrically resistive layer.
  • the resistance-forming substance in particular the organic substance and/or the rare earth compound, accumulates between the particles of the magnetic starting material.
  • the magnetic starting material is mixed with an organic binder and with at least one resistance-forming substance, in particular an organic substance and/or at least one rare earth compound.
  • at least one resistance-forming substance in particular an organic substance and/or at least one rare earth compound.
  • Particles of the resistive substance which are preferentially embedded in the organic binder, are deposited between the particles of the magnetic starting material during sintering.
  • the resistive substance and preferably the organic binder forms the electrical resistance layer of the permanent magnet.
  • the magnetic starting material is mixed with an organic binder and a resistance-forming substance, in particular at least one organic substance and/or at least one rare earth compound. Particles of the resistive substance embedded in the organic binder react with the magnetic base material.
  • the organic binder serves as a catalyst for the reaction.
  • the magnetic starting material is mixed with an organic binder and a resistance-forming substance, in particular at least one organic substance and/or at least one rare earth compound.
  • the resistive substance reacts with the organic binder. During sintering, the reaction products accumulate between the particles of the magnetic starting material and form the electrical resistance layer of the permanent magnet.
  • the magnetic starting material is mixed with ceramic particles as a resistance-forming substance and preferably an organic binder.
  • the ceramic particles advantageously have a low electrical conductivity. During sintering, the ceramic particles accumulate at the grain boundaries of the structure and/or in the triple points of the structure and thus form the electrical resistance layer of the permanent magnet. This advantageously reduces the electrical conductivity of the permanent magnet and reduces eddy currents within the permanent magnet.
  • a grain boundary of a fabric is a region in the fabric between two immediately adjacent grains of the fabric.
  • two immediately adjacent grains of the structure touch in at least one area.
  • a triple point of the structure is a region in the structure between a plurality of directly adjacent grains, in particular at least three directly adjacent grains, of the structure. Specifically touching yourself a plurality of immediately adjacent grains, in particular at least three immediately adjacent grains, of the structure in at least one area.
  • the organic substance is selected from a group consisting of a solvent, an oxygen-containing polymer, a halogen-containing polymer, a nitrogen-containing polymer, a carbon-containing polymer, a silicon containing polymer, a sulfur containing polymer and a boron containing polymer.
  • the organic substance is liquid or solid at room temperature.
  • the organic substance is selected from a group consisting of at least one wax, at least one thermoplastic, at least one alcohol, at least one silicone, and at least one fluoro-chlorine-carbon water substance.
  • the rare earth compound is selected from a group consisting of a carbon-containing rare earth compound, a sulfur-containing rare earth compound, an oxygen-containing rare earth compound, a nitrogen-containing rare earth compound, a boron-containing rare earth compound, a silicon-containing rare earth compound, a fluorine-containing rare earth compound and a chlorine-containing rare earth compound .
  • the rare earth compound is transported to the surfaces of the particles of the magnetic source material by means of the organic binder.
  • the ceramic is selected from a group consisting of an oxide ceramic, a carbide ceramic and a nitride ceramic.
  • the ceramic is provided in the form of ceramic particles with a preferred particle size of 0.01 ⁇ m to 20 ⁇ m. Ceramic particles are advantageously electrically poorly conductive, so that the electrical conductivity of the permanent magnet can be reduced if the ceramic particles are enriched at the grain boundaries.
  • the oxide ceramic is preferably selected from a group consisting of aluminum oxide, zirconium oxide and titanium oxide.
  • the reaction gas is selected from a group consisting of an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a Sulfur-containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • the magnetic starting material is preferably treated with the reaction gas at a temperature of from 20° C. to 250° C., particularly preferably from 100° C. to 250° C.
  • At least one organic substance and/or at least one rare earth compound and/or at least one reaction gas are mixed with the magnetic starting material.
  • the at least one organic substance and/or the at least one rare earth compound and/or the at least one reaction gas form the electrical resistance layer.
  • the at least one organic substance and/or the at least one rare earth compound and/or the at least one reaction gas react with one another, and at least one reaction product resulting therefrom forms the electrical resistance layer.
  • the at least one organic substance and/or the at least one rare earth compound and/or the at least one reaction gas acts as a catalyst in the formation of the electrical resistance layer.
  • the magnetic starting material acts as a catalyst in a reaction of the at least one organic substance and/or the at least one rare earth compound and/or the at least one reaction gas with one another to form the electrical resistance layer.
  • the mixing of the magnetic starting material with the at least one resistance-forming substance is carried out at a temperature of at least 20° C. and at most 1100° C.
  • the effect of temperature preferably causes activation of the at least one resistance-forming substance.
  • the resistance-forming substance decomposes under the influence of temperature with the formation of the resistance-forming layer.
  • the mixing is carried out at a temperature of at least 60°C, more preferably at least 150°C.
  • the mixing is preferably carried out at a temperature of at most 250°C, particularly preferably at most 200°C.
  • the magnetic starting material is treated with a pre-treatment gas, with the electrical resistance layer being produced by means of the pre-treatment gas.
  • the magnetic base material is treated with the pretreatment gas at a temperature of 20°C to 250°C, more preferably 100°C to 250°C.
  • the pre-treatment gas is selected from a group consisting of an argon-containing gas, an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas , a sulfur-containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • the pre-treatment gas comprises argon and/or nitrogen and/or another inert gas and at least one substance selected from water, oxygen and hydrogen.
  • the pre-treatment gas comprises argon and oxygen, preferably the pre-treatment gas consists of argon and oxygen.
  • the surfaces of the particles of the magnetic source material are oxidized.
  • Finely distributed rare earth oxides, in particular neodymium oxides, which have a lower electrical conductivity than the magnetic starting material, which is preferably present in a hydrogenated form, are preferably formed on the surfaces.
  • the permanent magnet After sintering, the permanent magnet has finely distributed oxides in its structure, which are present at the grain boundaries and thus reduce the electrical conductivity of the permanent magnet overall.
  • the raw form is produced by means of a method selected from a group consisting of injection molding, in particular metal powder injection molding, additive manufacturing, extrusion, cold pressing and hot pressing.
  • the raw form is produced by injection molding a mixture comprising the magnetic starting material and the organic binder.
  • the mixture preferably has at least one organic substance and/or at least one rare earth compound.
  • the raw form is produced by cold pressing a magnetic starting material and preferably at least one organic substance and/or at least one rare earth compound. During cold pressing, the particles are mechanically interlocked, in particular under a pressure of up to 1 GPa. In the case of dry cold pressing, in particular no additional liquid component is added to the magnetic starting material and preferably to the at least one organic substance and/or the at least one rare earth compound.
  • an additional liquid component preferably a volatile non-polar and/or polar organic solvent
  • the volatile non-polar and/or polar organic solvent is selected from a group consisting of an alcohol, an acyclic alkane, a cyclic alkane, a ketone, and a mixture of volatile organic substances that can serve as a solvent.
  • Ethanol or isopropanol is preferably used as the alcohol.
  • Cyclohexane is preferably used as the cyclic alkane.
  • Acetone is preferably used as the ketone.
  • the mixture of volatile organic substances is preferably selected from a group consisting of petroleum, mineral spirits, and mineral spirits.
  • the liquid component serves in particular as a binder. Furthermore, the raw form is preferably dried before sintering.
  • the raw form is produced by hot pressing a magnetic starting material and preferably at least one organic substance and/or at least one rare earth compound.
  • the particles are in particular mechanically interlocked and/or cold-welded.
  • the raw mold is produced in an externally applied magnetic field. Dipoles of the magnetic starting material are advantageously aligned in a parallel orientation by means of the externally applied magnetic field during the production of the raw form.
  • the externally applied magnetic field is preferably generated by a switchable electromagnet and/or a permanent magnet.
  • the raw form is exposed to an atmosphere which is a process gas selected from a group consisting of a argon-containing gas, an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a sulfur-containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • a process gas selected from a group consisting of a argon-containing gas, an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a sulfur-containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • the sintering is carried out in an atmosphere which contains the process gas.
  • the organic binder is at least partially removed from the raw form in an atmosphere which contains the process gas.
  • the process gas serves as a reactant and/or as a catalyst for the at least one resistance-forming substance.
  • the magnetic starting material is mixed with an organic binder and a carbon-containing polymer, a mixture of the magnetic starting material, the organic binder and the carbon-containing polymer being obtained.
  • the raw form is created from the mixture.
  • the binder is then at least partially removed under the influence of temperature and in an atmosphere which contains the process gases argon and hydrogen.
  • the carbon-containing polymer is also incompletely decomposed under the influence of the process gases argon and hydrogen, and finely distributed rare earth carbides are formed on the surfaces of the particles of the magnetic starting material. During sintering, these rare earth carbides accumulate at the grain boundaries of the permanent magnet and reduce its electrical conductivity.
  • the magnetic starting material is mixed with an organic binder and a carbon-containing polymer, a mixture of the magnetic starting material, the organic binder and the carbon-containing polymer being obtained.
  • the raw form is created from the mixture.
  • the binder is then at least partially removed under the action of temperature and in an atmosphere which has at least one reaction gas.
  • the magnetic starting material oxidizes due to the at least one reaction gas and finely divided rare earth oxides are formed on the surfaces of the particles of the magnetic starting material.
  • the permanent magnet has rare earth oxides in its structure after sintering, which are present at the grain boundaries and reduce the electrical conductivity of the permanent magnet.
  • the electrical resistance layer is formed as a shell that completely surrounds at least one of the particles of the magnetic starting material.
  • the electrical resistance layer is formed as a shell that completely encompasses at least one grain of the structure of the permanent magnet.
  • the electrical resistance layer is formed as a non-closed shell of at least one of the particles of the magnetic starting material.
  • the electrical resistance layer is preferably arranged in the form of particles, in particular in the form of finely divided particles, between the particles of the magnetic starting material.
  • the electrical resistance layer is preferably arranged in the form of particles, in particular in the form of finely divided particles, between the grains of the structure of the permanent magnet.
  • the organic binder and the at least one resistance-forming substance are mixed, with a first mixture being obtained.
  • the first mixture particularly preferably has a volume fraction of 1% to 99% of the at least one resistance-forming substance.
  • the first mixture and the raw magnetic material are mixed to obtain a second mixture.
  • the second mixture particularly preferably has a volume fraction of 1% to 50% of the first mixture.
  • the first mixture and the base magnetic material are mixed at a predetermined temperature of 20°C to 250°C.
  • the first mixture and the magnetic starting material are preferably mixed in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere preferably having, preferably consisting of, at least one gas selected from a group consisting of argon and nitrogen.
  • the first mixture and the magnetic starting material are preferably mixed in an atmosphere which contains hydrogen, more preferably consists of hydrogen.
  • the first mixture and the magnetic source material are preferably mixed in a vacuum.
  • the second mixture is then shaped, creating the raw form.
  • at least one process selected from a group consisting of solvent extraction, chemical decomposition, and thermal decomposition is performed during the pre-debinding.
  • a thermal debinding step which is preferably carried out after the pre-debinding, the organic binder and the at least one resistance-forming substance are incompletely decomposed, with at least one element selected from a group consisting of carbon, fluorine, chlorine, bromine, iodine, nitrogen, silicon, boron and sulphur, remains in the raw form and reacts with the magnetic starting material, resulting in an electrically poorly conductive connection.
  • the thermal debinding is preferably carried out in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere preferably having, preferably consisting of, at least one gas selected from a group consisting of argon and helium.
  • the thermal debinding is carried out in an atmosphere which contains hydrogen, particularly preferably consists of it.
  • the thermal debinding is preferably carried out in a vacuum.
  • the poorly electrically conducting chemical compound of the at least one element remaining in the raw form preferably accumulates with the magnetic starting material in the grain boundaries of the structure.
  • the unbound raw form is then particularly preferably sintered at a temperature of 1000° C. to 1200° C. for a period of 30 min to 300 min.
  • the sintering is particularly preferably carried out in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere preferably having, preferably consisting of, at least one gas selected from a group consisting of argon and helium.
  • the sintering is preferably carried out in a vacuum.
  • At least one framework polymer, in particular at least one organic polymer, as the resistance-forming substance is mixed with at least one base polymer, in particular at least one organic polymer, as organic binder, the first mixture being obtained.
  • the second mixture comprises the magnetic source material in a volume fraction of 30% to 70%.
  • the at least one base polymer is dissolved out of the raw form.
  • the at least one base polymer is chemically or thermally decomposed during the preliminary debinding.
  • the preliminary debinding is preferably carried out in such a way that the at least one backbone polymer remains in the raw form.
  • Thermal debinding is preferably carried out in a hydrogen Atmosphere carried out, wherein preferably the hydrogen atmosphere additionally has at least one gas selected from argon and helium. Alternatively or additionally, the thermal debinding is carried out at a temperature of 150 °C to 900 °C.
  • Thermal debinding is preferably carried out for a period of 3 h to 16 h, with at least one predetermined temperature of 300 °C to 800 °C being particularly preferred, in particular at least one predetermined temperature selected from a group consisting of 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C and 800 °C, held constant for a period of 30 min to 180 min will.
  • the at least one backbone polymer does not completely decompose due to the temperature and an interaction with the hydrogen and preferably the at least one gas selected from argon and helium, the debound raw form advantageously containing carbon with a volume fraction of 0.01% to 3.0% having.
  • the at least one incompletely decomposed framework polymer advantageously reacts with the magnetic starting material, with finely divided rare earth carbides being formed in particular. During sintering, these rare earth carbides accumulate at the grain boundaries of the permanent magnet and reduce its electrical conductivity.
  • the magnetic starting material is in particle form with at least one resistance-forming substance which has a low electrical conductivity, in particular an electrical conductivity of less than 10' 6 Siemens per meter - in particular, the particles of the at least one resistance-forming substance a particle size of 0.01 pm to 20 pm - mixed.
  • the at least one resistance-forming substance has at least one compound selected from a group consisting of a carbon-containing rare earth compound, a sulfur-containing rare earth compound, an oxygen-containing rare earth compound, a nitrogen-containing rare earth compound, boron-containing rare earth compound, silicon-containing rare earth compound, fluorine-containing rare earth compound, chlorine-containing rare earth compound, alumina , zirconia and titania.
  • the at least one resistive substance preferably consists of at least one compound selected from a group consisting of a carbon-containing rare earth compound, a sulfur-containing rare earth compound, an oxygen-containing rare earth compound, a nitrogen-containing rare earth compound, a boron-containing rare earth compound, a silicon-containing rare earth compound, a fluorine-containing one rare earth compound, a chlorine-containing rare earth compound, alumina, zirconia and titania.
  • the magnetic starting material and the at least one resistance-forming substance are preferably mixed together with an organic binder, in particular an organic polymer, with a third mixture being obtained.
  • the magnetic starting material and the at least one resistive substance are dry-blended to obtain a dry blend, and thereafter the dry blend is mixed with the organic binder, particularly the organic polymer, to obtain the third blend.
  • the at least one resistance-generating substance particularly preferably has a volume fraction of 0.01% to 10% of the total volume of the magnetic starting material and the at least one resistance-generating substance.
  • at least one operation selected from dry mixing and creating the third mixture is carried out at a temperature of 20°C to 200°C.
  • At least one process, selected from dry mixing and creating the third mixture is carried out in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere preferably containing at least one gas selected from a group consisting of argon, nitrogen and helium, has, preferably consists of.
  • the third mixture is then shaped, creating the raw form.
  • at least part of the organic binder is preferably removed from the green form, with the at least one resistive substance remaining in the green form.
  • at least one process selected from a group consisting of solvent extraction, chemical decomposition, and thermal decomposition is performed during the pre-debinding.
  • the organic binder is preferably largely, particularly preferably completely, removed from the raw form, with the debound raw form being obtained.
  • the thermal debinding is preferably carried out in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere preferably having, preferably consisting of, at least one gas selected from a group consisting of argon and helium.
  • the thermal debinding is carried out in an atmosphere which contains hydrogen, particularly preferably consists of it.
  • the thermal debinding is preferably carried out in a vacuum.
  • the particles of the at least one resistance-forming substance preferably accumulate in the grain boundaries of the structure.
  • the unbound raw form is then particularly preferably sintered at a temperature of 1000° C.
  • Sintering is carried out in an inert gas atmosphere, the inert gas atmosphere preferably having at least one gas selected from a group consisting of argon and helium, preferably consisting of it.
  • the sintering is preferably carried out in a vacuum.
  • the magnetic starting material in particular in powder form, is mixed with the organic binder.
  • the particles of the at least one resistance-forming substance which is preferably at least one compound selected from a rare earth oxide, in particular neodymium oxide, and a ceramic, are mixed with the mixture of the magnetic starting material and the organic binder.
  • the resulting mixture preferably has particles of the at least one resistance-forming substance with a volume fraction of 0.01% to 10%.
  • the mixing operations are preferably carried out at a temperature of 60° C. to 250° C., so that the organic binder is liquid and thus advantageously the magnetic starting material and the particles are evenly distributed during mixing.
  • the object is also achieved by creating a composite material, in particular for a permanent magnet, which has a magnetic material and an electrically insulating material.
  • An electrical resistance layer formed from the electrically insulating material is arranged between particles of the magnetic material and has a lower electrical conductivity than the magnetic material.
  • the electrically insulating material at least partially, preferably completely, encapsulates the particles of the magnetic material.
  • the electrically insulating material is present in particular in the form of finely divided particles between the particles of the magnetic material.
  • the magnetic material is preferably the magnetic starting material described above in connection with the method.
  • the composite material preferably has the electrically insulating material with a volume fraction of 0.01% to 10%.
  • the electrically insulating material of the composite material in particular the electrical resistance layer, is produced using the at least one resistance-forming substance described above in connection with the method.
  • the electrically insulating material of the composite material is the at least one resistance-forming substance.
  • an electrically insulating material has a low electrical conductivity, in particular an electrical conductivity of less than 10' 6 Siemens per meter.
  • the composite material that has the magnetic material and the electrically insulating material has a lower electrical conductivity than a material that has the magnetic material but not the electrically insulating material.
  • the composite material comprising the magnetic material and the electrically insulating material is less susceptible to eddy currents, and heating of the permanent magnets during operation, particularly during operation in an electric motor, is advantageously reduced, in particular avoided.
  • the magnetic material has a neodymium-boron iron alloy.
  • the electrically insulating material has at least one ceramic.
  • the at least one ceramic is preferably selected from a group consisting of zirconium oxide, aluminum oxide, titanium oxide and neodymium oxide.
  • the electrically conductive material is particularly preferably present in the composite material as particles, in particular in the grain boundary phases.
  • the electrically insulating material has at least one halide.
  • the at least one halide is selected from a group consisting of neodymium fluoride, neodymium chloride, dysprosium chloride and praseodymium fluoride.
  • the electrically conductive material is particularly preferably present in the composite material as particles, in particular in the grain boundary phases.
  • the invention also includes a permanent magnet which is produced by means of a method according to the invention or by means of a method according to one or more of the embodiments described above.
  • the invention also includes a permanent magnet which has a composite material according to the invention or a composite material according to one or more of the embodiments described above.
  • the permanent magnet preferably consists of a composite material according to the invention or a composite material according to one or more of the embodiments described above.
  • the invention also includes use of such a permanent magnet in a device selected from a group consisting of an electric motor, a loudspeaker, a microphone, a generator, a hard disk drive and a sensor.
  • the invention also includes a device selected from a group consisting of an electric motor, a loudspeaker, a microphone, a generator, a hard disk drive, and a sensor, which has a permanent magnet, which is activated by a method according to the invention or a method according to one of the above described embodiments is created.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method for producing a permanent magnet with an electrical resistance layer
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a method for producing a first embodiment of a permanent magnet with an electrical resistance layer
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of a method for producing the first embodiment of a permanent magnet with an electrically resistive layer
  • step a the magnetic starting material 7, preferably in powder form, is made available.
  • step b) the magnetic starting material 7 is shaped, with a raw form 12 also shown in FIG. 2 being created.
  • the raw form 12 is preferably by means of a method selected from a group consisting of injection molding, additive manufacturing, extrusion, cold pressing, and hot pressing.
  • the production of the raw form 12 is carried out under an externally applied magnetic field, preferably the magnetic field is generated by a switchable electromagnet and/or a permanent magnet.
  • step c) the raw form 12 is sintered, the permanent magnet 1 being produced.
  • an electrical resistance layer 3 is formed between particles of the magnetic starting material 7, which has a lower electrical conductivity than the magnetic starting material 7.
  • the raw form 12 preferably has the magnetic starting material 7 with a volume fraction of 30% to 70%.
  • the raw form 12 is sintered in step c) at a temperature of 1000°C to 1200°C for a preferred duration of 30 minutes to 300 minutes.
  • step a) and step b) the following process steps d), e) and fl) to f3) can optionally be carried out - individually or in combination with one another:
  • the magnetic starting material 7 is pretreated with a pretreatment gas, with the electrical resistance layer 3 being produced by means of the pretreatment gas.
  • the pre-treatment gas is selected from a group consisting of an argon-containing gas, an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a sulfur- containing gas, and a hydrogen-containing gas.
  • the pre-treatment gas comprises argon and/or nitrogen and/or another inert gas, and at least one substance selected from water, oxygen and hydrogen.
  • the pre-treatment gas comprises argon and oxygen.
  • the pre-treatment gas consists of argon and oxygen.
  • the surfaces of the particles of the magnetic starting material 7 oxidize. Finely distributed rare earth oxides are formed on the surfaces, which have a lower electrical conductivity than the magnetic starting material 7.
  • the magnetic starting material 7 is at a Temperature from 20 °C to 250 °C, more preferably from 100 °C to 250 °C, treated with the pretreatment gas.
  • the magnetic starting material 7 is mixed with an organic binder 11, a mixture 5 of the magnetic starting material 7 and the organic binder 11 being obtained. In this case, the raw mold 12 is created from the mixture 5 in step b).
  • the electrical resistance layer 3 is preferably formed from the organic binder 11 .
  • the magnetic starting material 7 is mixed with the organic binder 11 at a temperature of 20°C to 250°C, more preferably 60°C to 200°C.
  • the raw form 12 obtained in step b), in particular when the electrical resistance layer 3 is formed from the organic binder 11, has the organic binder 11 with a volume fraction of 0.01% to 50%, preferably from 1% to 10%, on.
  • the magnetic starting material 7 is mixed with at least one resistance-forming substance 9, with the electrical resistance layer 3 being formed from the at least one resistance-forming substance 9.
  • the at least one resistance-forming substance 9 is selected from a group consisting of an organic substance, a rare earth compound, a ceramic and a reaction gas.
  • the raw mold 12 obtained in step b) preferably has the at least one resistance-forming substance 9 with a volume fraction of 0.01% to 50%, preferably 1% to 10%.
  • the at least one resistance-forming substance 9 is preferably mixed with the magnetic starting material 7 and preferably the organic binder 11 at a temperature of 20° C. to 250° C., particularly preferably of 60° C. to 200° C.
  • the magnetic starting material 7 is treated with an organic substance selected from a group consisting of a solvent, an oxygen-containing polymer, a halogen-containing polymer, a nitrogen-containing polymer, a carbon-containing polymer, a silicon -containing polymer, a sulfur-containing polymer and a boron-containing polymer mixed.
  • the organic substance is liquid or solid at room temperature.
  • the organic substance is selected from a group consisting of waxes, thermoplastics, alcohols, silicones and chlorofluorocarbons.
  • the magnetic starting material 7 is treated with a rare earth compound selected from a group consisting of a carbon-containing rare earth compound, a sulfur-containing rare earth compound, an oxygen-containing rare earth compound, a nitrogen-containing rare earth compound, a boron-containing rare earth compound, a silicon-containing rare earth compound, a fluorine-containing rare earth compound and a chlorine-containing rare earth compound Earth connection, mixed.
  • a rare earth compound selected from a group consisting of a carbon-containing rare earth compound, a sulfur-containing rare earth compound, an oxygen-containing rare earth compound, a nitrogen-containing rare earth compound, a boron-containing rare earth compound, a silicon-containing rare earth compound, a fluorine-containing rare earth compound and a chlorine-containing rare earth compound Earth connection, mixed.
  • the magnetic starting material 7 is mixed with a ceramic, preferably with ceramic particles, selected from a group consisting of an oxide ceramic—in particular aluminum oxide, zirconium oxide or titanium oxide—a carbide ceramic and a nitride ceramic.
  • the magnetic starting material 7 is treated with a reaction gas selected from a group consisting of an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a sulfur-containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • a reaction gas selected from a group consisting of an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a sulfur-containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • the magnetic starting material 7 is preferably treated with the reaction gas at a temperature of from 20° C. to 250° C., particularly preferably from 100° C. to 250° C.
  • the at least one resistance-forming substance 9 forms the electrical resistance layer 3 .
  • at least two resistance-forming substances 9 react with one another, or the resistance-forming substance 9 decomposes, or the resistance-forming substance 9 reacts with another substance, and at least one resulting reaction product forms the electrical resistance layer 3 .
  • the at least one resistance-forming substance 9 acts as a catalyst in the formation of the electrical resistance layer 3.
  • the magnetic starting material 7 acts as a catalyst in a reaction of at least two resistance-forming substances 9, the decomposition of the resistance-forming substance 9 or the reaction of the resistance-forming substance 9 with another substance to form the electrical resistance layer 3.
  • the mixing of the magnetic starting material 7 with the at least one resistance-forming substance 9 is carried out at a temperature of at least 20° C. and at most 1100° C., preferably from 150° C. to 1100° C.
  • the effect of temperature preferably activates the at least one resistance-forming substance 9.
  • the at least one resistance-forming substance 9 decomposes under the influence of temperature to form the electrical resistance layer 3.
  • step g) an organic binder 11, which was added to the magnetic starting material 7 in step e), is at least partially removed.
  • the parts of the organic binder 11 remaining in the raw form 12 remain in the raw form 12 during sintering and are deposited around the particles of the magnetic starting material 7 and/or at the grain boundaries and form the electrical resistance layer 3. It is also possible that the parts of the binder 11 remaining in the raw form 12 are chemically changed during sintering and form the electrical resistance layer 3 in this way.
  • step g) a liquid component, which was added to the magnetic starting material 7 in particular during wet cold pressing, is removed.
  • Thermal debinding is preferably carried out in step g), in order in particular to thermally decompose the organic binder 11 which is present in the raw mold 12 .
  • the raw mold 12 is thermally debound, in particular thermally decomposed, at a temperature of 150° C. to 900° C.
  • the thermal debinding, in particular thermal decomposition is carried out for a period of 3 hours to 16 hours.
  • At least one temperature selected from a group consisting of 150° C., 200° C., 250° C., 300° C., 350° C., 400° C., 450° C., 500° C., 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C, 850 °C and 900 °C, held constant for a period of 30 minutes to 180 minutes.
  • the raw mold 12 Before and/or during the sintering in step c), the raw mold 12 is exposed to a process gas, in particular during the removal of the organic binder 11 or the liquid component in step g), in step h).
  • the process gas is preferably selected from a group consisting of an argon-containing gas, an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, a fluorine-containing gas, a chlorine-containing gas, a sulfur containing gas and a hydrogen-containing gas.
  • the process gas preferably serves as a reaction partner and/or as a catalyst for the at least one resistance-forming substance 9.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a method for producing a first embodiment of a permanent magnet 1 with an electrical resistance layer 3.
  • FIG. 2a shows a mixture 5 of a magnetic starting material 7, preferably an R x T y B alloy, in particular an Nd x Fe y B alloy, a resistance-forming substance 9 and an organic binder 11.
  • a raw mold 12 is produced from the mixture 5 by means of a method, preferably selected from a group consisting of injection molding, additive manufacturing, extrusion, cold pressing and hot pressing.
  • the mixture 5 is preferably produced by mixing the magnetic starting material 7, the resistance-forming substance 9 and the organic binder 11 in one step.
  • the magnetic starting material 7 is preferably first mixed with the organic binder 11 and then the resistance-forming substance 9 is added.
  • the magnetic source material 7 and the resistance-forming substance 9 are dry-mixed, and then the dry-mixed is mixed with the organic binder 11 .
  • FIG. 2 b shows the raw mold 12 after the organic binder 11 has been at least partially removed.
  • the at least partial removal of the organic binder 11 was carried out under the influence of temperature, preferably from at least 20° C. to at most 1100° C.
  • the organic binder is partially dissolved out of the raw form by means of solvent extraction.
  • the organic binder is then removed from the raw mold by means of thermal decomposition.
  • the organic binder is chemically split by means of a chemical reaction.
  • the organic binder is then removed from the raw mold by means of thermal decomposition.
  • the resistance-forming substance 9 reacts with the particles of the magnetic starting material 7 to form the electrical resistance layer 3.
  • the permanent magnet 1 is shown after sintering.
  • the particles of the magnetic starting material 7 accumulate to form grains 13, in particular R x T y B grains.
  • the grains 13 are each surrounded by the electrical resistance layer 3 .
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of a method for producing the first embodiment of a permanent magnet 1 with an electrical resistance layer 3.
  • FIG. 3 a shows a mixture 5 of a magnetic starting material 7, preferably an R x T y B alloy, in particular an Nd x Fe y B alloy, and a resistance-forming substance 9 .
  • FIG. 3 b shows the mixture 5 after a reaction of the resistance-forming substance 9 with the particles of the magnetic starting material 7 .
  • the resistance-forming substance 9 accumulates around the particles of the magnetic source material 7 to form the electric resistance layer 3 .
  • the resistance-forming substance 9 reacts with the particles of the magnetic starting material 7 to form the electrical resistance layer 3.
  • the permanent magnet 1 is shown after the production of the raw form 12 and sintering.
  • the particles of the magnetic starting material 7 accumulate to form grains 13, in particular R x T y B grains.
  • the grains 13 are each surrounded by the electrical resistance layer 3 .
  • a resistance-forming substance 9 is deposited as an electrical resistance layer 3 between the grains 13 of the magnetic starting material 7 .
  • the resistance-forming substance 9 is in this case embedded in the additional phase 15, in particular a phase rich in rare earths.
  • the additional phase 15 is preferably a thin layer at the grain boundaries of the structure of the permanent magnet 1.

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Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten (1) aus einem pulverförmigen magnetischen Ausgangsmaterial (7), wobei - das pulverförmige magnetische Ausgangsmaterial (7) in Form gebracht wird, wobei eine Rohform (12) erstellt wird, wobei - die Rohform (12) gesintert wird, wobei der Permanentmagnet (1) hergestellt wird, wobei - in mindestens einem Schritt des Verfahrens zwischen Partikeln des pulverförmigen magnetischen Ausgangsmaterials (7) eine elektrische Widerstandsschicht (3) ausgebildet wird, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das pulverförmige magnetische Ausgangsmaterial (7).

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial.
Permanentmagnete aus der Gruppe der Seltenen Erden werden in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt und zeichnen sich durch ein besonders hohes Energieprodukt aus. Insbesondere Neodym-Eisen-Bor-Magnete weisen ein Energieprodukt von bis zu 400 kJ/m3 auf. Bei einem Einsatz von Permanentmagneten zusammen mit bewegten, stromführenden Spulen findet eine elektromagnetische Induktion in den beteiligten elektrisch leitfähigen Komponenten statt. In einem Permanentmagnet führt diese magnetische Induktion zu Wirbelströmen. Durch die Wirbelströme heizt sich der Permanentmagnet stark auf, was zu einer kurzzeitigen Reduktion der magnetischen Leistung oder zu einer dauerhaften thermischen Schädigung und Entmagnetisierung des Permanentmagneten führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten aus einem pulverförmigen magnetischen Ausgangsmaterial geschaffen wird, wobei das magnetische Ausgangsmaterial in Form gebracht wird, wobei eine Rohform erstellt wird. Die Rohform wird gesintert, wobei der Permanentmagnet hergestellt wird. In mindestens einem Schritt des Verfahrens wird zwischen Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials eine elektrische Widerstandsschicht ausgebildet, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das magnetische Ausgangsmaterial. Vorteilhafterweise werden mittels des Verfahrens Permanentmagnete hergestellt, welche eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Somit sind diese Permanentmagnete weniger anfällig für Wirbelströme, und damit wird eine Aufheizung der Permanentmagnete im Betrieb, insbesondere im Betrieb in einem Elektromotor, reduziert, insbesondere vermieden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die elektrische Widerstandsschicht als mindestens eine geschlossene Schicht ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die elektrische Widerstandsschicht als eine nicht-geschlossene Schicht, insbesondere als bereichsweise vorhandene Schichtfragmente, ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die elektrische Widerstandsschicht in Form von fein verteilten Bereichen auf den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials und/oder an den Korngrenzen zwischen den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials ausgebildet.
Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für ein pulverförmiges magnetisches Ausgangsmaterial, welches auf Basis einer neu erschmolzenen Legierung, insbesondere in Form eines Gussblocks oder in Form von schmelzgesponnenem Material, gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich eignet sich das Verfahren für recyceltes magnetisches Material und/oder für kontaminiertes recyceltes magnetisches Material. Zusätzlich wird Material, welches mittels Recycling gewonnen wird, zur Verbesserung seiner Eigenschaften vorzugsweise mit einer Seltenen Erde, vorzugsweise in Pulverform, auflegiert.
Das magnetische Ausgangsmaterial liegt bevorzugt in einer reinen Form oder in einer hydrierten Form vor. Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2013/0263699 Al und das deutsche Patent DE 198 43 883 CI beschreiben ein Verfahren, genannt hydrogen decrepitation (HD) , zur Herstellung einer hydrierten Form des magnetischen Ausgangsmaterials mittels eines wasserstoffinduzierten Verfalls. Vorzugsweise weist die Rohform das magnetische Ausgangsmaterial mit einem Volumenanteil von 30 % bis 70 % auf.
Vorzugweise wird die Rohform bei einer Temperatur von 1000 °C bis 1200 °C gesintert. Besonders bevorzugt wird das Sintern für eine Dauer von 30 Minuten bis 300 Minuten durchgeführt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als magnetisches Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches aus Partikeln einer RxTyB-Legierung hergestellt ist. Vorzugsweise wird als magnetisches Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer RxTyB -Legierung aufweist oder aus Partikeln einer RxTyB-Legierung besteht. Insbesondere wird bevorzugt als magnetisches Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer NdxFeyB -Legierung aufweist oder aus Partikeln einer NdxFeyB-Legierung besteht.
Vorzugsweise wird als magnetisches Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches aus Partikeln einer RxTyB -Legierung und Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase hergestellt ist. Insbesondere weist das magnetische Ausgangsmaterial bevorzugt ein Gemisch aus Partikeln einer RxTyB -Legierung und Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase auf oder besteht aus einem solchen Gemisch. Bevorzugt wird als magnetisches Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer NdxFeyB -Legierung und Partikel einer Neodym-reichen Phase aufweist oder aus solchen Partikeln besteht. Insbesondere weist das magnetische Ausgangsmaterial bevorzugt ein Gemisch aus Partikeln einer NdxFeyB-Legierung und Partikeln einer Neodym-reichen Phase auf oder besteht aus einem solchen Gemisch.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre steht R für ein Seltene-Erden-Element, T für mindestens ein Element, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Eisen und Cobalt, und B für das Element Bor. Insbesondere substituieren sich die Elemente Eisen und Cobalt teilweise oder vollständig derart, dass entweder nur Eisen oder nur Cobalt oder eine beliebige Eisen- Cobalt-Mischung vorliegt. Vorzugsweise ist das Seltene-Erden-Element Neodym. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die RxTyB-Legierung zusätzlich ein weiteres Element, vorzugsweise ein Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminium, Kupfer, Zirkonium, Gallium, Hafnium, und Niob, vorzugsweise in Spuren. Vorzugsweise weist das magnetische Ausgangsmaterial Partikel einer Nd2Fei4B-Legierung auf oder besteht aus Partikeln einer Nd2Fei4B-Legierung.
Vorzugsweise weist die Seltene-Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, mindestens ein Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, oder eine chemische Verbindung dieses Seltene-Erden-Elements, insbesondere von Neodym, auf. Zusätzlich enthält die Seltene- Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, bevorzugt mindestens ein weiteres Element der RxTyB-Legierung, insbesondere der NdxFeyB-Legierung. Alternativ oder zusätzlich liegt das mindestens eine Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, in einer hydrierten Form vor. Vorzugsweise weist die Neodym-reiche Phase NdFF und/oder NdEhj auf oder besteht aus NdEE und/oder NdFF.?. Alternativ ist es in bevorzugter Ausgestaltung möglich, dass die Seltene-Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, aus mindestens einem Seltene-Erden-Element, insbesondere aus Neodym, oder aus einer chemischen Verbindung dieses Seltene-Erden-Elements, insbesondere von Neodym, besteht.
Die Seltene-Erden-reiche Phase bildet bevorzugt im Gefüge des Permanentmagneten eine Phase, die sich an Korngrenzen des Gefüges befindet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das magnetische Ausgangsmaterial mit einem organischen Binder vermischt wird, wobei ein Gemisch aus dem magnetischen Ausgangsmaterial und dem organischen Binder erhalten wird. Die Rohform wird aus dem Gemisch erstellt, wobei der organischen Binder vor dem Sintern zumindest teilweise aus der Rohform entfernt wird. Vorteilhafterweise wird das magnetische Ausgangsmaterial in Pulverform in den organischen Binder eingearbeitet. Weiterhin ist die Formung der Rohform aus dem Gemisch in einfacher Weise möglich.
Vorzugsweise ist der organische Binder ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Lösungsmittel, einem Sauerstoff-haltigen Polymer, einem Halogen-haltigen Polymer, einem Stickstoff-haltigen Polymer, einem Kohlenstoff-haltigen Polymer, einem Silizium-haltigen Polymer, einem Schwefel-haltigen Polymer, einem Bor-haltigen Polymer, Polyoxymethylen, Polypropylen, Paraffinwachs, Polyethylen und Polyamid. Insbesondere ist der organische Binder unter Normalbedingungen, insbesondere bei 1013 mbar und Raumtemperatur, insbesondere 25 °C, flüssig oder fest. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der organische Binder mittels thermischer Entbinderung, insbesondere thermischer Zersetzung, aus der Rohform entfernt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der organische Binder mittels Lösungsmittelextraktion teilweise aus der Rohform herausgelöst. Danach wird der organische Binder mittels thermischer Entbinderung, insbesondere thermischer Zersetzung, aus der Rohform entfernt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der organische Binder mittels einer chemischen Reaktion chemisch gespalten. Danach wird der organische Binder mittels thermischer Entbinderung, insbesondere thermischer Zersetzung, aus der Rohform entfernt.
Besonders bevorzugt wird die Rohform bei einer Temperatur von 150 °C bis 900 °C thermisch entbindert, insbesondere thermisch zersetzt. Insbesondere wird die thermische Entbinderung, insbesondere thermische Zersetzung, für eine Dauer von 3 Stunden bis 16 Stunden durchgeführt. Besonders bevorzugt wird bei der thermischen Entbinderung mindestens eine Temperatur, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C, 850 °C und 900 °C, für eine Dauer von 30 Minuten bis 180 Minuten konstant gehalten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Widerstandsschicht aus dem organischen Binder gebildet wird. Vorzugsweise wird der organische Binder teilweise, insbesondere nicht vollständig, aus der Rohform vor dem Sintern der Rohform entfernt. Die in der Rohform verbleibenden Teile des Binders verbleiben während des Sinterns in der Rohform und lagern sich um die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials und/oder an den Korngrenzen ab. Insbesondere weist der organische Binder einen geringeren elektrischen Leitwert als das magnetische Ausgangsmaterial auf. Dabei ist es auch möglich, dass die in der Rohform verbleibenden Teile des Binders beim Sintern chemisch verändert werden und auf diese Weise die elektrische Widerstandsschicht bilden.
Vorzugsweise weist die Rohform, insbesondere vor einer Entbinderung und insbesondere, wenn die elektrische Widerstandsschicht aus dem organischen Binder gebildet wird, den organischen Binder mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 50 %, vorzugsweise von 1 % bis 10 %, auf. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das magnetische Ausgangsmaterial mit mindestens einer widerstandsbildenden Substanz vermischt wird. Die elektrische Widerstandschicht wird aus der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz gebildet, wobei die mindestens eine widerstandsbildende Substanz bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer organischen Substanz, einer Seltene-Erden-Verbindung, einer Keramik und einem Reaktionsgas. Vorteilhafterweise entstehen - insbesondere beim Sintern - aus der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz chemische Produkte, d.h. insbesondere chemische Verbindungen und/oder Zerfallsprodukte, welche einen geringeren elektrischen Leitwert aufweisen als das magnetische Ausgangsmaterial. Diese chemischen Produkte reichern sich während des Sinterns an den Korngrenzen des Gefüges an und reduzieren somit die elektrische Leitfähigkeit des Permanentmagneten.
Vorzugsweise weist die Rohform, insbesondere vor einer Entbinderung, die widerstandsbildende Substanz mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 50 %, vorzugsweise von 1 % bis 10 %, auf.
In einer Ausführungsform des Verfahrens reagiert die mindestens eine widerstandsbildende Substanz mit dem magnetischen Ausgangsmaterial. Die Reaktionsprodukte, insbesondere die Reaktionsprodukte an der Oberfläche der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials, bilden die elektrische Widerstandsschicht.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens lagert sich die widerstandsbildende Substanz, insbesondere die organische Substanz und/oder die Seltene-Erden-Verbindung, zwischen den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials an. Die Partikel der widerstandsbildende Substanz und/oder die Schichten der widerstandsbildenden Substanz, insbesondere der organischen Substanz und/oder der Seltene-Erden-Verbindung, bilden die elektrische Widerstandsschicht aus.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit einem organischen Binder und mit mindestens einer widerstandsbildenden Substanz, insbesondere einer organischen Substanz und/oder mindestens einer Seltene-Erden-Verbindung, vermischt. Vorteilhafterweise erfolgt bei der Verwendung eines organischen Binder eine bessere Vermischung der einzelnen Bestandteile. Partikel der widerstandsbildenden Substanz, welche bevorzugt in den organischen Binder eingebettet sind, lagern sich während des Sinterns zwischen den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials an. Die widerstandsbildende Substanz und vorzugsweise der organische Binder bilden die elektrische Widerstandsschicht des Permanentmagneten aus.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit einem organischen Binder und einer widerstandsbildenden Substanz, insbesondere mindestens einer organischen Substanz und/oder mindestens einer Seltene-Erden-Verbindung, vermischt. Partikel der widerstandsbildenden Substanz, welche in den organischen Binder eingebettet sind, reagieren mit dem magnetischen Ausgangsmaterial. Insbesondere dient der organische Binder als Katalysator der Reaktion. Die Reaktionsprodukte, insbesondere die Reaktionsprodukte an der Oberfläche der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials, bilden die elektrische Widerstandsschicht.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit einem organischen Binder und einer widerstandsbildenden Substanz, insbesondere mindestens einer organischen Substanz und/oder mindestens einer Seltene-Erden-Verbindung, vermischt. Die widerstandsbildende Substanz reagiert mit dem organischen Binder. Die Reaktionsprodukte lagern sich während des Sinterns zwischen den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials an und bilden die elektrische Widerstandsschicht des Permanentmagneten aus.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit Keramik-Partikeln als widerstandsbildende Substanz und vorzugsweise einem organischen Binder vermischt. Die Keramik-Partikel weisen vorteilhafterweise einen geringen elektrischen Leitwert auf. Während des Sinterns reichern sich die Keramik-Partikel an den Korngrenzen des Gefüges und/oder in Tripelpunkten des Gefüges an und bilden damit die elektrische Widerstandsschicht des Permanentmagneten aus. Vorteilhafterweise wird damit die elektrische Leitfähigkeit des Permanentmagneten reduziert und es werden Wirbelströme innerhalb des Permanentmagneten vermindert.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ist eine Komgrenze eines Gefüges ein Bereich in dem Gefüge zwischen zwei unmittelbar benachbarten Körnern des Gefüges. Insbesondere berühren sich zwei unmittelbar benachbarte Körner des Gefüges in mindestens einem Bereich.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ist ein Tripelpunkt des Gefüges ein Bereich in dem Gefüge zwischen einer Mehrzahl an unmittelbar benachbarten Körnern, insbesondere mindestens drei unmittelbar benachbarten Körnern, des Gefüges. Insbesondere berührend sich eine Mehrzahl an unmittelbar benachbarten Körnern, insbesondere mindestens drei unmittelbar benachbarte Körner, des Gefüges in mindestens einem Bereich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die organische Substanz ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Lösungsmittel, einem Sauerstoff-haltigen Polymer, einem Halogen-haltigen Polymer, einem Stickstoff-haltigen Polymer, einem Kohlenstoff-haltigen Polymer, einem Silizium-haltigen Polymer, einem Schwefel-haltigen Polymer und einem Bor-haltigen Polymer. Insbesondere ist die organische Substanz bei Raumtemperatur flüssig oder fest.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die organische Substanz ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus mindestens einem Wachs, mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, mindestens einem Alkohol, mindestens einem Silikon, und mindestens einem Fluor- Chl or-Kohl en was ser Stoff .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Seltene-Erden-Verbindung ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kohlenstoff-haltigen Seltene-Erden- Verbindung, einer Schwefel-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Sauerstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Stickstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Borhaltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Silizium-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Fluor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung und einer Chlor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung. Vorzugsweise wird die Seltene-Erden-Verbindung mittels des organischen Binders an die Oberflächen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials transportiert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Keramik ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Oxidkeramik, einer Karbidkeramik und einer Nitridkeramik. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Keramik in Form von Keramik-Partikeln mit einer bevorzugten Partikelgröße von 0,01 pm bis 20 pm bereitgestellt. Vorteilhafterweise sind Keramik-Partikel elektrisch schlecht leitend, sodass damit die elektrische Leitfähigkeit des Permanentmagneten bei einer Anreicherung der Keramik-Partikel an den Korngrenzen reduziert werden kann.
Vorzugsweise ist die Oxidkeramik ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und Titanoxid. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Reaktionsgas ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoff-haltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlor-haltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas.
Vorzugsweise wird das magnetische Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von 20 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt von 100 °C bis 250 °C, mit dem Reaktionsgas behandelt.
In einer Ausführungsform werden mindestens eine organische Substanz und/oder mindestens eine Seltene-Erden-Verbindung und/oder mindestens ein Reaktionsgas mit dem magnetischen Ausgangsmaterial vermischt. Insbesondere bilden die mindestens eine organische Substanz und/oder die mindestens eine Seltene-Erden-Verbindung und/oder das mindestens ein Reaktionsgas die elektrische Widerstandsschicht aus. Alternativ oder zusätzlich reagieren die mindestens eine organische Substanz und/oder die mindestens eine Seltene-Erden-Verbindung und/oder das mindestens ein Reaktionsgas miteinander, und mindestens ein daraus resultierendes Reaktionsprodukt bildet die elektrische Widerstandsschicht aus. Alternativ oder zusätzlich agiert die mindestens eine organische Substanz und/oder die mindestens eine Seltene-Erden- Verbindung und/oder das mindestens ein Reaktionsgas als Katalysator bei der Ausbildung der elektrischen Widerstandsschicht. Alternativ oder zusätzlich agiert das magnetische Ausgangsmaterial als Katalysator bei einer Reaktion der mindestens einen organischen Substanz und/oder der mindestens einen Seltene-Erden-Verbindung und/oder des mindestens einen Reaktionsgases untereinander unter Ausbildung der elektrischen Widerstandsschicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Vermischen von dem magnetischen Ausgangsmaterial mit der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz bei einer Temperatur von mindestens 20 °C bis höchstens 1100 °C durchgeführt wird. Vorzugsweise bewirkt die Temperatureinwirkung eine Aktivierung der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz. Alternativ oder zusätzlich zersetzt sich die widerstandsbildende Substanz unter Temperatureinwirkung unter Ausbildung der widerstandsbildenden Schicht.
Vorzugsweise wird das Vermischen bei einer Temperatur von mindestens 60 °C, besonders bevorzugt von mindestens 150 °C, durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird das Vermischen vorzugsweise bei einer Temperatur von höchstens 250 °C, besonders bevorzugt von höchstens 200 °C durchgeführt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das magnetische Ausgangsmaterial mit einem Vorbehandlungsgas behandelt wird, wobei die elektrische Widerstandsschicht mittels des Vorbehandlungsgases erzeugt wird.
Vorzugsweise wird das magnetische Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von 20 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt von 100 °C bis 250 °C, mit dem Vorbehandlungsgas behandelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Vorbehandlungsgas ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Argon-haltigen Gas, einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoff-haltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlor-haltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas. Insbesondere weist das Vorbehandlungsgas Argon und/oder Stickstoff und/oder ein anderes Inertgas und wenigstens einen Stoff, ausgewählt aus Wasser, Sauerstoff, und Wasserstoff, auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist das Vorbehandlungsgas Argon und Sauerstoff auf, vorzugsweise besteht das Vorbehandlungsgas aus Argon und Sauerstoff. Während der Behandlung mit dem Vorbehandlungsgas oxidieren die Oberflächen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials. Dabei bilden sich bevorzugt an den Oberflächen fein verteilte Seltene-Erden-Oxide, insbesondere Neodym-Oxide, welche einen geringeren elektrischen Leitwert aufweisen als das magnetische Ausgangsmaterial, welches vorzugsweise in einer hydrierten Form vorliegt. Nach dem Sintern weist der Permanentmagnet fein verteilte Oxide in seinem Gefüge auf, welche an den Korngrenzen vorliegen und damit insgesamt die elektrische Leitfähigkeit des Permanentmagneten reduzieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohform mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, insbesondere Metallpulver-Spritzgießen, additivem Fertigen, Extrudieren, Kaltpressen, und Heißpressen, hergestellt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Rohform mittels Spritzgießen eines Gemisches, welches das magnetische Ausgangsmaterial und den organischen Binder aufweist, hergestellt. Alternativ oder zusätzlich zu dem organischen Binder weist das Gemisch bevorzugt mindestens eine organische Substanz und/oder mindestens eine Seltene-Erden- Verbindung auf. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Rohform mittels Kaltpressen eines magnetischen Ausgangsmaterials und vorzugsweise mindestens einer organischen Substanz und/oder mindestens einer Seltene-Erden-Verbindung hergestellt. Beim Kaltpressen werden die Partikel insbesondere unter einem Druck von bis zu 1 GPa mechanisch verzahnt. Beim Trocken- Kaltpressen wird dem magnetischen Ausgangsmaterial und vorzugsweise der mindestens einen organischen Substanz und/oder der mindestens einen Seltene-Erden-Verbindung insbesondere keine zusätzliche flüssige Komponente beigefügt. Beim Nass-Kaltpressen wird dem magnetischen Ausgangsmaterial und vorzugsweise der mindestens einen organischen Substanz und/oder der mindestens einen Seltene-Erden-Verbindung insbesondere eine zusätzliche flüssige Komponente, vorzugsweise ein flüchtiges unpolares und/oder polares organisches Lösungsmittel, beigefügt. Das flüchtige unpolare und/oder polare organische Lösungsmittel ist ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Alkohol, einem acyclischen Alkan, einem cyclischen Alkan, einem Keton, und einem Gemisch aus flüchtigen organischen Substanzen, die als Lösungsmittel dienen können. Als Alkohol wird vorzugsweise Ethanol oder Isopropanol verwendet. Als cyclisches Alkan wird vorzugsweise Cyclohexan verwendet. Als Keton wird vorzugsweise Aceton verwendet. Das Gemisch aus flüchtigen organischen Substanzen ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Petroleum, Testbenzin, und Leichtbenzin. Die flüssige Komponente dient beim Nass-Kaltpressen insbesondere als Binder. Weiterhin wird die Rohform vorzugsweise vor dem Sintern getrocknet.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Rohform mittels Heißpressen eines magnetischen Ausgangsmaterials und vorzugsweise mindestens einer organischen Substanz und/oder mindestens einer Seltene-Erden-Verbindung hergestellt. Beim Heißpressen werden die Partikel insbesondere mechanisch verzahnt und/oder kaltverschweißt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohform in einem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt wird. Vorteilhafterweise werden Dipole des magnetischen Ausgangsmaterials mittels des extern anliegenden Magnetfelds bei der Herstellung der Rohform in einer parallelen Orientierung ausgerichtet.
Vorzugsweise wird das extern anliegende Magnetfeld von einem schaltbaren Elektromagneten und/oder einem Permanentmagneten erzeugt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohform einer Atmosphäre ausgesetzt wird, welche ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Argon-haltigen Gas, einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoff-haltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlor-haltigen Gas, einem Schwefelhaltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas, aufweist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Sintern in einer Atmosphäre, welche das Prozessgas aufweist, durchgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der organischen Binder in einer Atmosphäre, welche das Prozessgas aufweist, zumindest teilweise aus der Rohform entfernt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens dient das Prozessgas als Reaktionspartner und/oder als Katalysator der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit einem organischen Binder und einem Kohlenstoff-haltigen Polymer vermischt, wobei ein Gemisch aus dem magnetischen Ausgangsmaterial, dem organischen Binder und dem Kohlenstoff-haltigen Polymer erhalten wird. Aus dem Gemisch wird die Rohform erstellt. Anschließend wird der Binder unter Temperatureinwirkung und in einer Atmosphäre, welche die Prozessgase Argon und Wasserstoff aufweist, zumindest teilweise entfernt. Während der Entfernung des Binders wird unter Einfluss der Prozessgase Argon und Wasserstoff zusätzlich das Kohlenstoff-haltige Polymer unvollständig zersetzt, und es entstehen an den Oberflächen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials fein verteilte Seltene-Erden-Karbide. Diese Seltene-Erden-Karbide reichern sich beim Sintern an den Korngrenzen des Permanentmagneten an und reduzieren dessen elektrische Leitfähigkeit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit einem organischen Binder und einem Kohlenstoff-haltigen Polymer vermischt, wobei ein Gemisch aus dem magnetischen Ausgangsmaterial, dem organischen Binder und dem Kohlenstoff-haltigen Polymer erhalten wird. Aus dem Gemisch wird die Rohform erstellt. Anschließend wird der Binder unter Temperatureinwirkung und in einer Atmosphäre, welche mindestens ein Reaktionsgas aufweist, zumindest teilweise entfernt. Während der Entfernung des Binders oxidiert das magnetische Ausgangsmaterial aufgrund des mindestens einen Reaktionsgases und es entstehen an den Oberflächen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials fein verteilte Seltene-Erden-Oxide. Der Permanentmagnet weist nach dem Sintern Seltene-Erden-Oxide in seinem Gefüge auf, welche an den Korngrenzen vorliegen und die elektrische Leitfähigkeit des Permanentmagneten reduzieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Widerstandsschicht als zumindest einen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials vollständig umgreifende Hülle ausgebildet wird. Alternativ oder zusätzlich wird die elektrische Widerstandsschicht als zumindest ein Korn des Gefüges des Permanentmagneten vollständig umgreifende Hülle ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Widerstandsschicht als nicht geschlossene Hülle von zumindest einem der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials ausgebildet wird. Insbesondere ist die elektrische Widerstandsschicht bevorzugt in Form von Partikeln, insbesondere in Form von fein verteilten Partikeln, zwischen den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die elektrische Widerstandsschicht bevorzugt in Form von Partikeln, insbesondere in Form von fein verteilten Partikeln, zwischen den Körnern des Gefüges des Permanentmagneten angeordnet.
In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens werden der organische Binder und die mindestens eine widerstandsbildende Substanz gemischt, wobei ein erstes Gemisch erhalten wird. Besonders bevorzugt weist das erste Gemisch einen Volumenanteil von 1 % bis 99 % der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz auf. Anschließend werden das erste Gemisch und das magnetische Ausgangsmaterial gemischt, wobei ein zweites Gemisch erhalten wird. Besonders bevorzugt weist das zweite Gemisch einen Volumenanteil von 1 % bis 50 % des ersten Gemischs auf. Vorzugweise werden das erste Gemisch und das magnetische Ausgangsmaterial bei einer vorbestimmten Temperatur von 20°C bis 250°C gemischt. Alternativ oder zusätzlich werden das erste Gemisch und das magnetische Ausgangsmaterial vorzugsweise in einer Inertgas-Atmosphäre gemischt, wobei die Inertgas-Atmosphäre vorzugsweise mindestens ein Gas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon und Stickstoff, aufweist, vorzugsweise daraus besteht. Alternativ oder zusätzlich werden das erste Gemisch und das magnetische Ausgangsmaterial vorzugsweise in einer Atmosphäre gemischt, welche Wasserstoff enthält, besonders bevorzugt aus Wasserstoff besteht. Alternativ oder zusätzlich werden das erste Gemisch und das magnetische Ausgangsmaterial vorzugsweise in einem Vakuum gemischt. Anschließend wird das zweite Gemisch in Form gebracht, wobei die Rohform erstellt wird. In einem optionalen Vorentbinderungsschritt wird vorzugsweise zumindest ein Teil des organischen Binders aus der Rohform entfernt, wobei die mindestens eine widerstandsbildende Substanz in der Rohform verbleibt. Vorzugsweise wird während der Vorentbinderung mindestens ein Verfahren, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Lösungsmittelextraktion, einer chemischen Zersetzung und einer thermischen Zersetzung, durchgeführt. In einem thermischen Entbinderungsschritt, welcher vorzugsweise nach der Vorentbinderung, durchgeführt wird, werdender organische Binder und die mindestens eine widerstandsbildende Substanz unvollständig zersetzt, wobei mindestens ein Element, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff, Fluor, Chlor, Brom, lod, Stickstoff, Silizium, Bor und Schwefel, in der Rohform verbleibt und mit dem magnetischen Ausgangsmaterial reagiert, sodass eine elektrisch schlecht leitende Verbindung erhalten wird. Die thermische Entbinderung wird vorzugsweise in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt, wobei die Inertgas-Atmosphäre vorzugsweise mindestens ein Gas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon und Helium, aufweist, vorzugweise daraus besteht. Alternativ wird die thermische Entbinderung in einer Atmosphäre durchgeführt, welche Wasserstoff enthält, besonders bevorzugt daraus besteht. Alternativ wird die thermische Entbinderung vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt. Vorzugsweise reichert sich die elektrisch schlecht leitende chemische Verbindung des mindestens einen in der Rohform verbleibenden Elements mit dem magnetischen Ausgangsmaterial in den Korngrenzen des Gefüges an. Danach wird besonders bevorzugt die entbinderte Rohform bei einer Temperatur von 1000 °C bis 1200 °C für eine Dauer von 30 min bis 300 min gesintert. Besonders bevorzugt wird das Sintern in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt, wobei die Inertgas-Atmosphäre vorzugsweise mindestens ein Gas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon und Helium, aufweist, vorzugweise daraus besteht. Alternativ wird das Sintern vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Verfahrens wird mindestens ein Gerüstpolymer, insbesondere mindestens ein organisches Polymer, als die widerstandsbildende Substanz mit mindestens einem Basispolymer, insbesondere mindestens einem organischen Polymer, als organischer Binder gemischt, wobei das erste Gemisch erhalten wird. Vorzugsweise weist das zweite Gemisch das magnetische Ausgangsmaterial mit einem Volumenteil von 30 % bis 70 % auf. Während der Vorentbinderung wird das mindestens eine Basispolymer aus der Rohform herausgelöst. Alternativ wird während der Vorentbinderung das mindestens eine Basispolymer chemisch oder thermisch zersetzt. Zusätzlich wird die Vorentbinderung vorzugsweise derart durchgeführt, dass das mindestens eine Gerüstpolymer in der Rohform verbleibt. Die thermische Entbindung wird vorzugweise in einer Wasserstoff- Atmosphäre durchgeführt, wobei vorzugsweise die Wasserstoff-Atmosphäre zusätzlich mindestens ein Gas, ausgewählt aus Argon und Helium, aufweist. Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Entbinderung bei einer Temperatur von 150 °C bis 900 °C durchgeführt. Vorzugsweise wird die thermische Entbinderung für eine Dauer von 3 h bis 16 h durchgeführt, wobei besonders bevorzugt mindestens eine vorbestimmte Temperatur von 300 °C bis 800 °C, insbesondere mindestens eine vorbestimmte Temperatur, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C und 800 °C, für eine Dauer von 30 min bis 180 min konstant gehalten wird. Vorteilhafterweise zersetzt sich das mindestens eine Gerüstpolymer aufgrund der Temperatur und einer Wechselwirkung mit dem Wasserstoff und vorzugsweise dem mindestens einen Gas, ausgewählt aus Argon und Helium, unvollständig, wobei die entbinderte Rohform vorteilhafterweise Kohlenstoff mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 3,0 % aufweist. Das mindestens eine unvollständig zersetzte Gerüstpolymer reagiert vorteilhafterweise mit dem magnetischen Ausgangsmaterial, wobei insbesondere fein verteile Seltene-Erden-Karbide entstehen. Diese Seltene-Erden-Karbide reichern sich beim Sintern an den Korngrenzen des Permanentmagneten an und reduzieren dessen elektrische Leitfähigkeit.
In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial mit mindestens einer widerstandsbildenden Substanz, welche einen geringen elektrischen Leitwert, insbesondere einen elektrischen Leitwert von weniger als 10'6 Siemens pro Meter, aufweist, in Partikelform - insbesondere weisen die Partikel der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz eine Partikelgröße von 0,01 pm bis 20 pm auf - vermischt. Besonders bevorzugt weist die mindestens eine widerstandsbildenden Substanz mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kohlenstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Schwefel-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Sauerstoff-haltigen Seltene-Erden- Verbindung, einer Stickstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Bor-haltigen Seltene- Erden-Verbindung, einer Silizium-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Fluor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Chlor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und Titanoxid, auf. Alternativ bestehend die mindestens eine widerstandsbildenden Substanz vorzugsweise aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kohlenstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Schwefel-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Sauerstoff-haltigen Seltene-Erden- Verbindung, einer Stickstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Bor-haltigen Seltene- Erden-Verbindung, einer Silizium-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Fluor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Chlor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und Titanoxid. Vorzugsweise werden das magnetische Ausgangsmaterial und die mindestens eine widerstandsbildende Substanz zusammen mit einem organischen Binder, insbesondere einem organischen Polymer, gemischt, wobei ein drittes Gemisch erhalten wird. Alternativ werden vorzugsweise zuerst das magnetische Ausgangsmaterial und die mindestens eine widerstandsbildende Substanz trockengemischt, wobei ein Trockengemisch erhalten wird, und danach wird das Trockengemisch mit dem organischen Binder, insbesondere dem organischen Polymer, gemischt, wobei das dritte Gemisch erhalten wird. Die mindestens eine widerstandsbildende Substanz weist besonders bevorzugt einen Volumenanteil von 0,01 % bis 10 % des Gesamtvolumens von dem magnetischen Ausgangsmaterial und der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz auf. Besonders bevorzugt wird mindestens ein Vorgang, ausgewählt aus dem Trockenmischen und dem Erstellen des dritten Gemischs, bei einer Temperatur von 20 °C bis 200 °C durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise mindestens ein Vorgang, ausgewählt aus dem Trockenmischen und dem Erstellen des dritten Gemischs, in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt, wobei die Inertgas-Atmosphäre vorzugsweise mindestens ein Gas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, Stickstoff und Helium, aufweist, vorzugweise daraus besteht. Anschließend wird das dritte Gemisch in Form gebracht, wobei die Rohform erstellt wird. In dem optionalen Vorentbinderungsschritt wird vorzugsweise zumindest ein Teil des organischen Binders aus der Rohform entfernt, wobei die mindestens eine widerstandsbildende Substanz in der Rohform verbleibt. Vorzugsweise wird während der Vorentbinderung mindestens ein Verfahren, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Lösungsmittelextraktion, einer chemischen Zersetzung und einer thermischen Zersetzung, durchgeführt. In dem thermischen Entbinderungsschritt, welcher vorzugsweise nach der Vorentbinderung, durchgeführt wird, wird der organische Binder vorzugsweise größtenteils, besonders bevorzugt komplett, aus der Rohform entfernt, wobei die entbinderte Rohform erhalten wird. Die thermische Entbinderung wird vorzugsweise in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt, wobei die Inertgas-Atmosphäre vorzugsweise mindestens ein Gas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon und Helium, aufweist, vorzugweise daraus besteht. Alternativ wird die thermische Entbinderung in einer Atmosphäre durchgeführt, welche Wasserstoff enthält, besonders bevorzugt daraus besteht. Alternativ wird die thermische Entbinderung vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt. Vorzugsweise reicheren sich die Partikel der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz in den Korngrenzen des Gefüges an. Danach wird besonders bevorzugt die entbinderte Rohform bei einer Temperatur von 1000 °C bis 1200 °C für eine Dauer von 30 min bis 300 min gesintert. Besonders bevorzugt wird das Sintern in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt, wobei die Inertgas-Atmosphäre vorzugsweise mindestens ein Gas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon und Helium, aufweist, vorzugweise daraus besteht. Alternativ wird das Sintern vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird das magnetische Ausgangsmaterial, insbesondere in Pulverform, mit dem organischen Binder vermischt. Zusätzlich werden die Partikel der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz, welche vorzugsweise mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einem Seltene- Erden-Oxid, insbesondere Neodym-Oxid, und einer Keramik, mit dem Gemisch aus dem magnetischen Ausgangsmaterial und dem organischen Binder gemischt. Vorzugsweise weist das entstehende Gemisch Partikel der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 10 % auf. Vorzugsweise werden die Mischvorgänge bei einer Temperatur von 60 °C bis 250 °C durchgeführt, sodass der organische Binder flüssig ist und somit vorteilhafterweise das magnetische Ausgangsmaterial und die Partikel beim Mischen gleichmäßig verteilt werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Komposit-Werkstoff, insbesondere für einen Permanentmagneten, geschaffen wird, der einen magnetischen Werkstoff und einen elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist. Zwischen Partikeln des magnetischen Werkstoffs ist eine aus dem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildete elektrische Widerstandsschicht angeordnet, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als der magnetische Werkstoff. Insbesondere umhüllt der elektrisch isolierende Werkstoff die Partikel des magnetischen Werkstoffs zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. Alternativ oder zusätzlich liegt der elektrisch isolierende Werkstoff insbesondere in Form von fein verteilten Partikeln zwischen den Partikeln des magnetischen Werkstoffs vor. In Zusammenhang mit dem Komposit-Werkstoff ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Insbesondere ist der magnetische Werkstoff bevorzugt das oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene magnetische Ausgangsmaterial.
Vorzugsweise weist der Komposit-Werkstoff den elektrisch isolierenden Werkstoff mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 10 % auf. Insbesondere wird der elektrisch isolierende Werkstoff des Komposit-Werkstoffs, insbesondere die elektrische Widerstandsschicht, mittels der oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen mindestens einen widerstandsbildenden Substanz erzeugt. Alternativ oder zusätzlich ist der elektrisch isolierende Werkstoff des Komposit-Werkstoffs die mindestens eine widerstandsbildende Substanz.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre weist ein elektrisch isolierender Werkstoff einen geringen elektrischen Leitwert auf, insbesondere einen elektrischen Leitwert von wenig als 10'6 Siemens pro Meter. Insbesondere weist der den magnetischen Werkstoff und den elektrisch isolierenden Werkstoff aufweisende Komposit-Werkstoff einen geringeren elektrischen Leitwert auf als ein Werkstoff, der den magnetischen Werkstoff, aber nicht den elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist. Somit ist der den magnetischen Werkstoff und den elektrisch isolierenden Werkstoff aufweisende Komposit-Werkstoff weniger anfällig für Wirbelströme, und damit wird eine Aufheizung der Permanentmagnete im Betrieb, insbesondere im Betrieb in einem Elektromotor, vorteilhaft reduziert, insbesondere vermieden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der magnetische Werkstoff eine Neody m-B or-Ei senl egi erung aufwei st.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrisch isolierende Werkstoff mindestens eine Keramik aufweist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Keramik ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Zirconiumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Neodym-Oxid. Besonders bevorzugt liegt der elektrische leitende Werkstoff in dem Komposit- Werkstoff als Partikel, insbesondere in den Korngrenzen-Phasen, vor.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrisch isolierende Werkstoff mindestens ein Halogenid aufweist. Vorzugsweise ist das mindestens eine Halogenid ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Neodym-Fluorid, Neodym-Chlorid, Dysprosium- Chlorid und Praseodym-Fluorid. Besonders bevorzugt liegt der elektrische leitende Werkstoff in dem Komposit-Werkstoff als Partikel insbesondere in den Korngrenzen-Phasen vor.
Zur Erfindung gehört auch ein Permanentmagnet, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder mittels eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist. Zur Erfindung gehört auch ein Permanentmagnet, der einen erfindungsgemäßen Komposit- Werkstoff oder einen Komposit-Werkstoff nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Vorzugsweise besteht der Permanentmagnet aus einem erfindungsgemäßen Komposit-Werkstoff oder einem Komposit-Werkstoff nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Zu Erfindung gehört weiterhin eine Verwendung eines solchen Permanentmagneten in einer Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Elektromotor, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Generator, einem Festplattenlaufwerk, und einem Sensor.
Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Elektromotor, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Generator, einem Festplattenlaufwerk, und einem Sensor, welche einen Permanentmagnet aufweist, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Permanentmagneten mit einer elektrischen Widerstandsschicht,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Permanentmagneten mit einer elektrischen Widerstandsschicht,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines Permanentmagneten mit einer elektrischen Widerstandsschicht, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Permanentmagneten mit einer elektrischen Widerstandsschicht. Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines in Figur 2 dargestellten Permanentmagneten 1 mit einer elektrischen Widerstandsschicht 3. In Schritt a) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7, vorzugsweise in Pulverform, zur Verfügung gestellt. In Schritt b) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 in Form gebracht, wobei eine ebenfalls in Figur 2 dargestellte Rohform 12 erstellt wird. Die Rohform 12 wird vorzugsweise mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, additivem Fertigen, Extrudieren, Kaltpressen, und Heißpressen, hergestellt. Optional wird die Herstellung der Rohform 12 unter einem extern anliegenden Magnetfeld, vorzugsweise wird das Magnetfeld von einem schaltbaren Elektromagneten und/oder einem Permanentmagneten erzeugt, durchgeführt. In Schritt c) wird die Rohform 12 gesintert, wobei der Permanentmagnet 1 hergestellt wird. In mindestens einem Schritt des Verfahrens wird zwischen Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials 7 eine elektrische Widerstandsschicht 3 ausgebildet, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das magnetische Ausgangsmaterial 7.
Vorzugweise weist die Rohform 12 das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einem Volumenanteil von 30 % bis 70 % auf.
Vorzugsweise wird die Rohform 12 in dem Schritt c) bei einer Temperatur von 1000 °C bis 1200 °C für eine bevorzugte Dauer von 30 Minuten bis 300 Minuten gesintert.
Zwischen Schritt a) und Schritt b) können die folgenden Verfahrensschritte d), e) und fl) bis f3) - einzeln oder in Kombination miteinander - optional ausgeführt werden:
In Schritt d) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einem Vorbehandlungsgas vorbehandelt, wobei die elektrische Widerstandsschicht 3 mittels des Vorbehandlungsgases erzeugt wird. Vorzugsweise ist das Vorbehandlungsgas ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Argon-haltigen Gas, einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoff-haltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlor-haltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas, und einem Wasserstoff-haltigen Gas. Insbesondere weist das Vorbehandlungsgas Argon und/oder Stickstoff und/oder ein anderes Inertgas, und wenigstens einen Stoff, ausgewählt aus Wasser, Sauerstoff, und Wasserstoff, auf. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist das Vorbehandlungsgas Argon und Sauerstoff auf. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens besteht das Vorbehandlungsgas aus Argon und Sauerstoff. Während der Behandlung mit dem Vorbehandlungsgas oxidieren die Oberflächen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials 7. Dabei bilden sich an den Oberflächen fein verteilte Seltene-Erden-Oxide, welche einen geringeren elektrischen Leitwert aufweisen als das magnetische Ausgangsmaterial 7. Vorzugsweise wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 bei einer Temperatur von 20 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt von 100 °C bis 250 °C, mit dem Vorbehandlungsgas behandelt. In Schritt e) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einem organischen Binder 11 vermischt, wobei ein Gemisch 5 aus dem magnetischen Ausgangsmaterial 7 und dem organischen Binder 11 erhalten wird. Die Rohform 12 wird in diesem Fall in Schritt b) aus dem Gemisch 5 erstellt. Die elektrische Widerstandsschicht 3 wird vorzugsweise aus dem organischen Binder 11 gebildet. Vorzugsweise wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit dem organischen Binder 11 bei einer Temperatur von 20 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt von 60 °C bis 200 °C, gemischt. Vorzugsweise weist die in dem Schritt b) erhaltene Rohform 12 insbesondere, wenn die elektrische Widerstandsschicht 3 aus dem organischen Binder 11 gebildet wird, den organischen Binder 11 mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 50 %, vorzugsweise von 1 % bis 10 %, auf.
In Schritt fl) bis ß) - die einzeln oder in Kombination miteinander ausgeführt werden können - wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit mindestens einer widerstandsbildenden Substanz 9 vermischt, wobei die elektrische Widerstandsschicht 3 aus der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz 9 gebildet wird. Die mindestens eine widerstandsbildende Substanz 9 ist ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer organischen Substanz, einer Seltene-Erden-Verbindung, einer Keramik und einem Reaktionsgas. Vorzugsweise weist die in dem Schritt b) erhaltene Rohform 12 die mindestens eine widerstandsbildende Substanz 9 mit einem Volumenanteil von 0,01 % bis 50 %, vorzugsweise von 1 % bis 10 %, auf. Vorzugsweise wird die mindestens eine widerstandsbildende Substanz 9 mit dem magnetischen Ausgangsmaterial 7 und vorzugsweise dem organischen Binder 11 bei einer Temperatur von 20 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt von 60 °C bis 200 °C, gemischt.
In Schritt fl) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einer organischen Substanz, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Lösungsmittel, einem Sauerstoff-haltigen Polymer, einem Halogen-haltigen Polymer, einem Stickstoff-haltigen Polymer, einem Kohlenstoff-haltigen Polymer, einem Silizium-haltigen Polymer, einem Schwefel-haltigen Polymer und einem Bor-haltigen Polymer, vermischt. Insbesondere ist die organische Substanz bei Raumtemperatur flüssig oder fest. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die organische Substanz ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Wachsen, thermoplastischen Kunststoffen, Alkoholen, Silikonen, und Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen.
In Schritt f2) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einer Seltene-Erden-Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kohlenstoff-haltigen Seltene-Erden- Verbindung, einer Schwefel-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Sauerstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Stickstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Borhaltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Silizium-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Fluor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung und einer Chlor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, vermischt. Alternativ oder zusätzlich wird in Schritt f2) das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einer Keramik, vorzugweise mit Keramik-Partikeln, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Oxidkeramik - insbesondere Aluminiumoxid, Zirconiumoxid oder Titanoxid -, einer Karbidkeramik und einer Nitridkeramik, vermischt.
In Schritt f3) wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit einem Reaktionsgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoff-haltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlor-haltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas, vermischt. Vorzugsweise wird das magnetische Ausgangsmaterial 7 bei einer Temperatur von 20 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt von 100 °C bis 250 °C, mit dem Reaktionsgas behandelt.
In einer Ausführungsform bildet die mindestens eine widerstandsbildende Substanz 9 die elektrische Widerstandsschicht 3 aus. Alternativ oder zusätzlich reagieren mindestens zwei widerstandsbildende Substanzen 9 miteinander, oder die widerstandsbildende Substanz 9 zerfällt, oder die widerstandsbildende Substanz 9 reagiert mit einer anderen Substanz, und mindestens ein resultierendes Reaktionsprodukt bildet die elektrische Widerstandsschicht 3 aus. Alternativ oder zusätzlich agiert die mindestens eine widerstandsbildende Substanz 9 als Katalysator bei der Ausbildung der elektrischen Widerstandsschicht 3. Alternativ oder zusätzlich agiert das magnetische Ausgangsmaterial 7 als Katalysator bei einer Reaktion von mindestens zwei widerstandsbildenden Substanzen 9, dem Zerfall der widerstandsbildenden Substanz 9 oder der Reaktion der widerstandsbildenden Substanz 9 mit einer anderen Substanz unter Ausbildung der elektrischen Widerstandsschicht 3.
Optional wird das Vermischen von dem magnetischen Ausgangsmaterial 7 mit der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz 9 bei einer Temperatur von mindestens 20 °C bis höchstens 1100 °C, vorzugsweise von 150 °C bis 1100 °C, durchgeführt. Vorzugsweise bewirkt die Temperatureinwirkung eine Aktivierung der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz 9. Alternativ oder zusätzlich zersetzt sich die mindestens eine widerstandsbildende Substanz 9 unter Temperatureinwirkung unter Ausbildung der elektrischen Widerstandsschicht 3. Zwischen Schritt b) und Schritt c) können die folgenden Verfahrensschritte - einzeln oder in Kombination miteinander - optional ausgeführt werden:
In Schritt g) wird ein organischer Binder 11, welcher in Schritt e) zu dem magnetischen Ausgangsmaterial 7 hinzugefügt wurde, zumindest teilweise entfernt. Die in der Rohform 12 verbleibenden Teile des organischen Binders 11 verbleiben während des Sinterns in der Rohform 12 und lagern sich um die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials 7 und/oder an den Korngrenzen ab und bilden die elektrische Widerstandsschicht 3. Es ist auch möglich, dass die in der Rohform 12 verbleibenden Teile des Binders 11 beim Sintern chemisch verändert werden und auf diese Weise die elektrische Widerstandsschicht 3 bilden.
Alternativ wird in Schritt g) eine flüssige Komponente, welche insbesondere bei einem Nass- Kaltpressen dem magnetischen Ausgangsmaterial 7 zugefügt wurde, entfernt. Vorzugsweise wird in Schritt g) eine thermische Entbinderung durchgeführt, um insbesondere den organischen Binder 11, welcher in der Rohform 12 vorhanden ist, thermisch zu zersetzen. Besonders bevorzugt wird die Rohform 12 bei einer Temperatur von 150 °C bis 900 °C thermisch entbindert, insbesondere thermisch zersetzt. Insbesondere wird die thermische Entbinderung, insbesondere thermische Zersetzung, für eine Dauer von 3 Stunden bis 16 Stunden durchgeführt. Besonders bevorzugt wird bei der thermischen Entbinderung mindestens eine Temperatur, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C, 850 °C und 900 °C, für eine Dauer von 30 Minuten bis 180 Minuten konstant gehalten.
Vor und/oder während dem Sintern in Schritt c) wird die Rohform 12, insbesondere während der Entfernung des organischen Binders 11 oder der flüssigen Komponente in Schritt g), in Schritt h) einem Prozessgas ausgesetzt.
Das Prozessgas ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Argon-haltigen Gas, einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoff-haltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlor-haltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas. Vorzugsweise dient das Prozessgas als Reaktionspartner und/oder als Katalysator der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz 9. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Permanentmagneten 1 mit einer elektrischen Widerstandsschicht 3.
In Figur 2 a) ist ein Gemisch 5 aus einem magnetischen Ausgangsmaterial 7, vorzugsweise aus einer RxTyB -Legierung, insbesondere aus einer NdxFeyB-Legierung, einer widerstandsbildenden Substanz 9 und einem organischen Binder 11 dargestellt. Aus dem Gemisch 5 wird mittels eines Verfahrens, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, additivem Fertigen, Extrudieren, Kaltpressen, und Heißpressen, eine Rohform 12 hergestellt.
Vorzugsweise wird das Gemisch 5 hergestellt, indem in einem Schritt das magnetische Ausgangsmaterial 7, die widerstandsbildende Substanz 9 und der organischen Binder 11 gemischt werden. Alternativ wird vorzugsweise zuerst das magnetische Ausgangsmaterial 7 mit dem organischen Binder 11 gemischt wird und anschließend wird die widerstandsbildende Substanz 9 hinzugegeben. Alternativ wird vorzugsweise aus dem magnetischen Ausgangsmaterial 7 und der widerstandsbildenden Substanz 9 eine Trockenmischung hergestellt und anschließend wird die Trockenmischen mit dem organischen Binder 11 gemischt.
In Figur 2 b) ist die Rohform 12 nach der zumindest teilweisen Entfernung des organischen Binders 11 dargestellt. Die zumindest teilweise Entfernung des organischen Binders 11 wurde unter Temperatureinwirkung, vorzugsweise von mindestens 20 °C bis höchstens 1100 °C, durchgeführt. Alternativ wird der organische Binder mittels Lösungsmittelextraktion teilweise aus der Rohform herausgelöst. Danach wird der organische Binder mittels thermischer Zersetzung aus der Rohform entfernt. Alternativ wird der organische Binder mittels einer chemischen Reaktion chemisch gespalten. Danach wird der organische Binder mittels thermischer Zersetzung aus der Rohform entfernt.
Während der zumindest teilweisen Entfernung des organischen Binders 11 unter Temperatureinwirkung wird die elektrische Widerstandsschicht 3 um die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials 7 - insbesondere aus dem Binder 11 selbst, oder durch Zerfall des Binders 11, oder durch Reaktion des Binders 11 mit der widerstandsbildenden Substanz 9 - gebildet. Alternativ oder zusätzlich reagiert die widerstandsbildende Substanz 9 mit den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials 7 unter Bildung der elektrischen Widerstandsschicht 3. In Figur 2 c) ist der Permanentmagnet 1 nach dem Sintern dargestellt. Die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials 7 lagern sich zu Körnern 13, insbesondere RxTyB -Körnern, zusammen. Die Körner 13 sind jeweils von der elektrischen Widerstandsschicht 3 umschlossen. Zwischen den Körnern 13 mit der elektrischen Widerstandsschicht 3 bildet sich eine zusätzliche Phase 15, insbesondere eine Seltene-Erden-reiche Phase, aus.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines Permanentmagneten 1 mit einer elektrischen Widerstandsschicht 3.
In Figur 3 a) ist ein Gemisch 5 aus einem magnetischen Ausgangsmaterial 7, vorzugsweise aus einer RxTyB-Legierung, insbesondere aus einer NdxFeyB-Legierung, und einer widerstandsbildenden Substanz 9 dargestellt.
In Figur 3 b) ist das Gemisch 5 nach einer Reaktion der widerstandsbildenden Substanz 9 mit den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials 7 dargestellt. Die widerstandsbildende Substanz 9 lagert sich um die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials 7 unter Bildung der elektrischen Widerstandsschicht 3 an. Alternativ oder zusätzlich reagiert die widerstandsbildende Substanz 9 mit den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials 7 unter Bildung der elektrischen Widerstandsschicht 3.
In Figur 3 c) ist der Permanentmagnet 1 nach dem Herstellen der Rohform 12 und dem Sintern dargestellt. Die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials 7 lagern sich zu Körnern 13, insbesondere RxTyB -Körnern, zusammen. Die Körner 13 sind jeweils von der elektrischen Widerstandsschicht 3 umschlossen. Zwischen den Körnern 13 mit der elektrischen Widerstandsschicht 3 bildet sich die zusätzliche Phase 15, insbesondere eine Seltene-Erden- reiche Phase, aus.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Permanentmagneten 1 mit einer elektrischen Widerstandsschicht 3. Zwischen den Körnern 13 des magnetischen Ausgangsmaterials 7 lagert sich eine widerstandsbildende Substanz 9 als elektrische Widerstandssicht 3 ab. Die widerstandsbildende Substanz 9 ist hierbei in der zusätzlichen Phase 15, insbesondere eine Seltene-Erden-reiche Phase, eingebettet. Bei der zusätzlichen Phase 15 handelt es sich bevorzugt um eine dünne Schicht an den Korngrenzen des Gefüges des Permanentmagneten 1.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten (1) aus einem pulverförmigen magnetischen Ausgangsmaterial (7), wobei
- das pulverförmige magnetische Ausgangsmaterial (7) in Form gebracht wird, wobei eine Rohform (12) erstellt wird, wobei
- die Rohform (12) gesintert wird, wobei der Permanentmagnet (1) hergestellt wird, wobei
- in mindestens einem Schritt des Verfahrens zwischen Partikeln des pulverförmigen magnetischen Ausgangsmaterials (7) eine elektrische Widerstandsschicht (3) ausgebildet wird, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das pulverförmige magnetische Ausgangsmaterial (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als magnetisches Ausgangsmaterial (7) ein Material verwendet wird, das aus Partikeln einer RxTyB -Legierung und vorzugsweise Partikeln einer Seltene-Er den-reichen Phase hergestellt ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetische Ausgangsmaterial (7) mit einem organischen Binder (11) vermischt wird, wobei ein Gemisch (5) aus dem magnetischen Ausgangsmaterial (7) und dem organischen Binder (11) erhalten wird, wobei die Rohform (12) aus dem Gemisch (5) erstellt wird, wobei der organische Binder (11) vor dem Sintern zumindest teilweise aus der Rohform (12) entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Widerstandsschicht (3) aus dem organischen Binder (11) gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetische Ausgangsmaterial (7) mit mindestens einer widerstandsbildenden Substanz (9) vermischt wird, wobei die elektrische Widerstandsschicht (3) aus der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz (9) gebildet wird, wobei die mindestens eine widerstandsbildende Substanz (9) bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer organischen Substanz, einer Seltene-Erden-Verbindung, einer Keramik, und einem Reaktionsgas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die organische Substanz ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Lösungsmittel, einem Sauerstoffhaltigen Polymer, einem Halogen-haltigen Polymer, einem Stickstoff-haltigen Polymer, einem Kohlenstoff-haltigen Polymer, eine Silizium-haltigen Polymer, einem Schwefelhaltigen Polymer, und einem Bor-haltigen Polymer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seltene-Erden- Verbindung ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kohlenstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, eine Schwefel-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Sauerstoff-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, einer Stickstoff-haltigen Seltene-Erden- Verbindung, einer Bor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung, eine Silizium-haltigen Seltene- Erden-Verbindung, einer Fluor-haltigen Seltene-Erden-Verbindung und einer Chlorhaltigen Seltene-Erden-Verbindung. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keramik ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Oxidkeramik, einer Karbidkeramik und einer Nitridkeramik. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reaktionsgas ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoffhaltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlorhaltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vermischen des magnetischen Ausgangsmaterials (7) mit der mindestens einen widerstandsbildenden Substanz (9) bei einer Temperatur von mindestens 20 °C bis höchstens 1100° durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetische Ausgangsmaterial (7) mit einem Vorbehandlungsgas vorbehandelt wird, wobei die elektrische Widerstandsschicht (3) mittels des Vorbehandlungsgases erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohform (12) mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, additivem Fertigen, Extrudieren, Kaltpressen, und Heißpressen, hergestellt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohform (12) in einem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohform (12) einer Atmosphäre ausgesetzt wird, welche ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Argon-haltigen Gas, einem Sauerstoff-haltigen Gas, einem Stickstoffhaltigen Gas, einem Kohlenstoff-haltigen Gas, einem Fluor-haltigen Gas, einem Chlorhaltigen Gas, einem Schwefel-haltigen Gas und einem Wasserstoff-haltigen Gas, aufweist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Widerstandsschicht (3) als zumindest einen der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials (7) vollständig umgreifende Hülle ausgebildet wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Widerstandsschicht (3) als nicht geschlossene Hülle von zumindest einem der Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials (7) ausgebildet wird, wobei die elektrische Widerstandsschicht (3) bevorzugt in Form von Partikeln, vorzugsweise fein verteilten Partikeln vorliegt, wobei die Partikel der elektrischen Widerstandsschicht (3) zwischen den Partikeln des magnetischen Ausgangsmaterials (7) angeordnet sind.
17. Komposit-Werkstoff, insbesondere für einen Permanentmagneten (1), wobei der Komposit-Werkstoff einen magnetischen Werkstoff und einen elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist, wobei zwischen Partikeln des magnetischen Werkstoffs eine aus dem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildete elektrische Widerstandsschicht angeordnet ist, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als der magnetische Werkstoff, wobei insbesondere der elektrisch isolierende Werkstoff die Partikel des magnetischen Werkstoffs zumindest teilweise umhüllt oder in Form von fein verteilten Partikeln zwischen den Partikeln des magnetischen Werkstoffs vorliegt.
18. Permanentmagnet (1), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
16 oder aufweisend einen Komposit-Werkstoff nach Anspruch 17, wobei der Permanentmagnet (1) vorzugsweise aus einem Komposit-Werkstoff nach Anspruch 17 besteht.
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