DE1300052B

DE1300052B - Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Dauermagneten hoher Koerzitivkraft

Info

Publication number: DE1300052B
Application number: DEC28989A
Authority: DE
Inventors: Dr Alexander; Cochardt
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1963-01-25
Filing date: 1963-01-25
Publication date: 1969-07-24
Also published as: US3371044A; CH471443A; GB1028133A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren den Mahlvorgang wurde aber die Verschwundfeldzur Herstellung eines Dauermagneten mit einer Ko- stärke herabgesetzt: Selbst in der magnetischen Vorerzitivkraft von mindestens 3000 Oe durch Pressen Zugsrichtung ergab sich dann nur noch eine Koerzivon Pulver auf Basis von Strontium-, Barium- oder tivkraft von 1200 Oe, ein Wert, der weit unter dem Bleiferrit und anschließende Wärmebehandlung des 5 Wert der vorstehend erwähnten hochwertigen Stron-Preßlings. tiumferritmagneten bzw. ähnlicher magnetischer

Derartige Verfahren sind an sich bereits bekannt. Werkstoffe liegt. Außerdem erweist sich das bekannte So gehört beispielsweise ein Verfahren zur Herstel- Verfahren auch insofern als nachteilig, als die Einlung eines modifizierten Strontiumferriten zum Stand bettung einen zusätzlichen Herstellungsaufwand mit der Technik, bei dem 10 bis 25 °/o unreines bzw. tech- io sich bringt. Hinzu kommt, daß die die Partikeln entnisches Strontiumkarbonat mit Eisenoxyd gemischt haltenden Träger jeweils nur höchstens eine Dicke und das Gemisch in einer oxydierenden Atmosphäre von etwa 1 mm haben können, damit sich die Parzwischen 1000 und 1400° C, vorzugsweise bei tikeln in der erforderlichen Weise im Magnetfeld aus-1300° C, kalziniert wird, worauf die kalzinierten richten lassen. Daher müssen, wenn Magnetkörper Klinker möglichst schnell gekühlt, dann zermahlen, 15 größerer Dicke benötigt werden, diese aus einer zu Formkörpern verdichtet, anschließend in einer Mehrzahl einzelner Schichten beispielsweise durch oxydierenden Atmosphäre zwischen 1000 und Kleben zusammengefügt werden, was naturgemäß zu 1400° C, vorzugsweise bei 1200 bis 1260° C, gesin- einer weiteren Erschwernis führt. Die Tatsache, daß tert und die gesinterten Körper magnetisiert werden. der Ferritwerkstoff sehr fein — die Größenordnung

Nach diesem Verfahren oder in ähnlicher Weise 20 der Partikeln soll bei 0,5 Mikron liegen — gemahlen hergestellte modifizierte Strontiumferrite weisen be- werden muß, bevor er in den Träger eingebettet sonders gute magnetische Eigenschaften wie eine sehr wird, bedeutet, abgesehen von der Beeinträchtigung hohe Verschwundfeldstärke und ein (B_pH₀)_max von der magnetischen Eigenschaften des Ferritwerkstoffes, bis zu 13 MGOe bei einer spezifischen Dichte von eine merkliche Belastung bei der Herstellung,
nur 4,9 g/cm³ auf. 25 Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die

Ein großer Mangel hinsichtlich der praktischen Schaffung eines Verfahrens, das es ermöglicht, einen Verwertbarkeit derartiger modifizierter Strontium- Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von minferrite besteht jedoch darin, daß das Material in destens 3000 Oe durch einfaches Pressen von Pulver seinem endgültig vorliegenden Zustand sehr hart und magnetoplumbiter Struktur sowie durch anschliesspröde ist und sich daher nur mit großen Schwierig- 30 sende Wärmebehandlung des Preßlings herzustellen, keiten und unter Verwendung teurer Hilfsmittel wie so daß der erhaltene Magnetkörper gleichzeitig auch beispielsweise Diamantwerkzeugen durch zeitrauben- eine gute mechanische Bearbeitbarkeit des Magnetdes Schleifen bearbeiten läßt. Ähnliches gilt in ent- Werkstoffes, beispielsweise durch übliche Schneidsprechender Weise für die weitverbreiteten Barium- werkzeuge wie Drehstähle oder Bohrer, ermöglicht, ferritmagneten sowie für andere bisher bekanntge- 35 ohne daß deshalb etwa auf eine Einbettung des Pulwordenen Ferrit-Dauermagneten hoher Kristallener- vers in einen besonderen, die Bearbeitbarkeit sichergie. stellenden Träger oder ähnliche Hilfsmaßnahmen zu-

Eine Bearbeitung mit üblichen Schneidwerkzeugen rückgegriffen und außerdem zusätzliche Mahl- bzw. wie einem Drehstahl oder einem Bohrer ist daher so- Walzvorgänge vorgenommen werden müßten,
wohl im Hinblick auf die große Härte als auch wegen 40 Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der der erheblichen Sprödigkeit der bekannten Ferrit- eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gewerkstoffe mit den genannten guten magnetischen kennzeichnet, daß der Preßling zur Erzielung der Eigenschaften nicht möglich, so daß sich in der gewünschten guten mechanischen Bearbeitbarkeit Praxis — weitgehend bedingt durch die teure Schleif- einer Halbsinterung unterworfen wird, bei der arbeit — für die Bearbeitung beispielsweise eines 45 — unter gleichzeitiger Erhöhung der Verschwundringförmig ausgebildeten Magneten Bearbeitungs- feldstärke auf 50% gegenüber dem verdichteten, kosten ergeben haben, die etwa das Zehnfache der noch nicht wärmebehandelten Preßling — ein Porenübrigen, mit der Herstellung eines solchen ringför- volumen von mindestens 10% gewahrt bleibt, und migen Magneten verbundenen Kosten betragen. Da daß der halbgesinterte Preßling in an sich bekannter andererseits ein Einsatz der hier in Rede stehenden 50 Weise anschließend mit einem aushärtbaren Kunst-Ferritmagnete in starkem Maße auch als Massen- stoff imprägniert wird, der im ausgehärteten Zustand artikel, beispielsweise für Magnetverschlüsse an das Porenvolumen wenigstens teilweise ausfüllt.
Möbeltüren oder auch für magnetische Drucklager Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, den

eines Wattstundenzählers, in Frage kommen, ist das Preßling einer Sinterbehandlung nur in dem Maße Niedrighalten der Kosten von besonderer Bedeutung. 55 auszusetzen, daß ein Porenvolumen von mindestens Um hier Abhilfe zu schaffen, d. h. dauermagne- 10% gewahrt bleibt, wobei andererseits jedoch eine tische Ferritwerkstoffe mit guten magnetischen Eigen- Erhöhung der Verschwundfeldstärke ,H_c um minschaften auch mit üblichen Schneidwerkzeugen be- destens 50% gegenüber dem verdichteten, noch nicht arbeiten zu können, ist gemäß der USA.-Patentschrift wärmebehandelten Preßling sichergestellt wird, wird 2 999 275 bereits der Vorschlag gemacht worden, den 60 auf überraschend einfache Weise und ohne daß bei Ferritwerkstoff sehr fein zu mahlen und die dabei er- der Herstellung des eigentlichen Ferritkerns zusätzhaltenen feingemahlenen Ferritpartikeln in einen liehe Verfahrensschritte gegenüber den bekannten elastomeren oder plastischen Träger wie Gummi, Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Dauer-Polyäthylen, plastifiziertes Polyvinylchlorid od. dgl. magneten hoher Koerzitivkraft erforderlich wären, einzubetten. Dadurch wurde ein Werkstoff erhalten, 65 tatsächlich erreicht, daß der so hergestellte Magnet der sich mit der gewünschten Einfachheit mechanisch nur noch eine Härte aufweist, die auch eine Bearbeimit herkömmlichen Werkzeugen wie Drehstählen, tung durch übliche Schneidwerkzeuge ermöglicht, Bohrern oder auch Messern bearbeiten läßt. Durch während eine irgendwie nennenswerte Verringerung

der mit dem bekannten Verfahren erhaltenen Koerzitivkraft nicht eintritt, so daß die Verschwundfeldstärke in jedem Fall oberhalb des geforderten Wertes von 3000 Oe liegt. Durch die wenigstens teilweise Ausfüllung des bei der Halbsinterung verbliebenen Porenvolumens von mindestens lO°/o mit einem aushärtbaren Kunststoff wird gleichzeitig auch der Zusammenhalt des nach der Wärmebehandlung entstandenen Gefüges verbessert und somit die Sprödigkeit vermieden, wie sie beispielsweise bei dem obenerwähnten modifizierten Strontiumferriten auftritt. Dadurch wird unabhängig von der Herabsetzung der Härte auch eine leichtere Handhabung des Preßlings und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen durch Stoß od. dgl. erzielt.

Durch die deutsche Patentschrift 969 727 ist bereits ein Verfahren zur sogenannten »Verglühtbearbeitung« von Gegenständen aus keramischen Massen bekanntgeworden, bei dem die geformten und getrockneten Körper einem Vorbrand unterzogen, dann mit Wasser oder anderen Gleitmitteln wie Bohröl, Spiritus od. dgl. getränkt werden, um den Abrieb der Bearbeitungswerkzeuge zu verringern. Nach dieser Behandlung befinden sich die bearbeiteten Körper jedoch noch nicht in ihrem endgültigen Zustand, sondern müssen in einer weiteren Wärmebehandlung einem abschließenden Garbrand unterworfen werden, wobei sich Form und Werkstoffeigenschaften wieder ändern. Ein solches Verfahren konnte für die Erfindung einmal deshalb kein Vorbild sein, weil es sich dort lediglich um die Verarbeitung keramischer Massen wie Tonerde handelt, die zwar in mancher Hinsicht gewisse Gemeinsamkeiten mit magnetischen Ferritwerkstoffen aufweisen, sich von diesen jedoch insofern grundsätzlich unterscheiden, als die Frage der magnetischen Eigenschaften dabei naturgemäß überhaupt keine Rolle spielt, während es bei der Erfindung auf diesen Punkt gerade entscheidend ankommt. Darüber hinaus macht die Erfindung gerade nicht von einem zweistufigen Verfahren Gebrauch, wie es durch die deutsche Patentschrift 969 727 vorgeschrieben wird, d.h., es wird nicht der fertiggeformte Preßling zunächst einer ersten Wärmebehandlung unterworfen, dann bearbeitet und anschließend in einer zweiten Wärmebehandlung fertiggesintert. Vielmehr erfolgt nur eine einzige zusammenhängende Sinterbehandlung des Preßlings, die bereits zu allen gewünschten magnetischen und mechanischen Eigenschaften des endgültigen Ferritkörpers führt. DieVerwendung eines — im Fertigkörper ohnehin nicht mehr vorhandenen — Gleitmittels im Sinne der deutschen Patentschrift 969727 konnte ebenfalls nicht zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe beitragen, weil sich dadurch weder die gewünschte Herabsetzung der Härte des Magnetwerkstoffes selbst noch die gewünschte bleibende Verringerung der Sprödigkeit hätte erreichen lassen.

In diesem Zusammenhang ist ferner zu erwähnen, daß aus der Zeitschrift »Ceramic Bulletin«, Vol. 40, Nr. 9 (1961), im Zusammenhang mit der allgemeinen Untersuchung der Eigenschaften von speziell Bariumferrit-Dauermagneten mit Bleioxydzusätzen eine Schar von Meßkurven bekanntgeworden ist, die die Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften, unter anderem auch der Verschwundfeldstärke, des betrachteten speziellen magnetischen Werkstoffes von der Sintertemperatur zeigen. Einer solchen allgemeinen Schar von Meßreihen konnte der Fachmann naturgemäß keinen Hinweis entnehmen, daß sich eine ganz bestimmte Sintertemperatur bzw. Sinterbehandlung empfiehlt, wenn unter Beibehaltung einer hohen Verschwundfeldstärke eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit erzielt werden soll. Tatsächlich wird die Frage der Bearbeitbarkeit weder durch die Untersuchungsreihe selbst noch durch den zugehörigen Artikel auch nur andeutungsweise berührt, so daß insofern ein Zusammenhang selbst mit der Aufgabe der Erfindung fehlt.

Die britische Patentschrift 740 775 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten aus einem im wesentlichen aus einem Gemisch von Eisen und Kobaltoxiden bestehenden Pulver, bei dem der gepreßte und gesinterte Körper mit einem aushärtbaren Stoff imprägniert wird. Dadurch wird eine Herabsetzung der Empfindlichkeit des gesinterten Körpers gegenüber mechanischen Beanspruchungen wie Stoßen, der Neigung der Kanten auszubrechen usw. erreicht, ohne daß die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt würden. Eine Herabsetzung oder auch nur eine Beeinflussung der Härte des Werkstoffes, wie sie sich durch die Lösung nach der Erfindung ergibt, läßt sich durch diese bekannte Maßnahme jedoch naturgemäß nicht erreichen, da eine Beeinflussung des Gefügeaufbaus nicht erfolgt. Tatsächlich werden bei dem Verfahren nach der britischen Patentschrift 740 775 auch nur ohnehin in dem Material enthaltene Poren mit dem Tränkstoff ausgefüllt; die erfindungswesentliche Lehre, nämlich durch Halbsinterung überhaupt erst einen sonst nicht porösen magnetischen Werkstoff porös zu machen bzw. die Porosität eines solchen Werkstoffes durch eine HaIbsinterbehandlung zu erhöhen, ohne jedoch die magnetischen Eigenschaften in negativer Weise zu beeinflussen, kann der britischen Patentschrift 740 775 dagegen in keiner Form entnommen werden. Vielmehr geht diese Patentschrift nicht über die Lehre hinaus, einen magnetischen Werkstoff mit einer geeigneten Masse zu imprägnieren und dadurch seine Sprödigkeit zu verringern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Imprägnierung des halbgesinterten Magnetkörpers vorzugsweise ein Kunststoff auf Epoxybasis Verwendung finden. Bei Imprägnierung mit diesem Werkstoff konnte gegenüber einem vollgesinterten Ferritmagneten mit gleichem Ausgangsmaterial eine Erhöhung der Schlagfestigkeit auf das Hundertfache erzielt werden.

Besonders gute magnetische Werte lassen sich auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielen, wenn als Ausgangsstoff ein an sich bekanntes Pulver auf Basis von Strontiumferrit verwendet wird, das mit einem Sulfatgehalt von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent modifiziert ist.

Eine weitere Steigerung der Koerzitivkraft läßt sich erreichen, wenn dem vorgesinterten Schlamm Aluminiumoxyd in einer Menge von bis zu 20 Gewichtsprozent zugesetzt wird. Beträgt dieser Wert etwa 10 Gewichtsprozent, so ergibt sich eine Verschwundfeldstärke von mehr als 10000 Oe.

Die praktische Herstellung eines Dauermagneten nach der Erfindung auf Basis sulfatmodifizierten Strontiumferrits kann vorzugsweise in der Form erfolgen, daß das mit Strontiumsulfat modifizierte Strontiumferritpulver durch Kalzinieren einer Mischung aus Fe₂O₃ und einem aus dem Mineral

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Cölestin gewonnenen, Strontiumsulfat enthaltenden Die halbgesinterten Magnetkerne werden eingetaucht Strontiumkarbonat, gegebenenfalls Zerkleinern des und im Bad im Vakuum 30 Minuten gelassen. Der kalzinierten Klinkers und anschließendes Zermahlen Tränkstoff wird gegebenenfalls abgeschüttelt. Der hergestellt wird und daß das darauffolgende Ver- Magnetkern härtet aus. Er wird magnetisiert, pressen des modifizierten Strontiumferritpulvers in 5 Ein derartiger Permanentmagnet weist folgende einem die Strontiumferritteilchen ausrichtenden Ma- Werte auf: ,H_c = 3950 Oe, V₁, = 40 Volumprozent, gnetfeld erfolgt, so daß der fertiggestellte Körper in £_r = 2460 Gauß, (BH)_max = 1,27MGOe, (B_pH₀)_max der gewünschten Weise die Vorzugsrichtung besitzt, =5,4 MGOe.

die dann die hohen magnetischen Werte ergeben. F i g. 1 zeigt einen derartig hergestellten Perma-

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung io nentmagneten. Der Buchstabe M deutet seine Ma-

werden nachstehend an Hand von einigen prak- gnetisierungsrichtung an. F i g. 2 zeigt, wie etwa das tischen Ausführungsbeispielen der Erfindung er- kristalline Gefüge des Permanentmagneten im Schnitt

läutert. In der Zeichnung zeigt im Elektronenmikroskop aussieht. Die Kristalle 1 der

F i g. 1 perspektivisch die Ansicht eines Preßlings, permanentmagnetischen Hauptphase sind durch das

wie er beispielsweise in Verbindung mit der vorliegen- 15 Imprägnieren im Kunststoff 2 eingebettet. Etwa

den Erfindung entsteht, und 40 Volumprozent des Permanentmagneten bestehen

F i g. 2 den Aufbau des Gefüges des Magneten aus Kunststoff und 60 Volumprozent aus der perma-

nach der Erfindung bei Vergrößerung durch ein Elek- nentmagentischen Hauptphase.

tronenmikroskop. Ein derartiger Permanentmagnet läßt sich im Ge-

ao gensatz zu bisher bekanntgewordenen Ferrit-Dauer-

Beispiel I magneten auf Basis von Strontium-, Barium- oder

Bleiferrit relativ leicht bearbeiten. Er kann, vorzugs-

85,3 Gewichtsprozent eines reinen roten Eisen- weise im entmagnetisierten Zustand, mit ganz geoxydes Fe₂O₃, 14,2 Gewichtsprozent eines komplexen wohnlichen Trennscheiben leicht zerschnitten werden. Strontiumkarbonats und 0,5 Gewichtsprozent Kai- as Löcher lassen sich durch ihn relativ leicht bohren, ziumfluorid CaF₂ werden gemischt und 4 Stunden in .

der Kugelmühle naß gemahlen. Als komplexes Stron- Beispiel 11

tiumkarbonat ist ein Stoff verwendet, der neben Permanentmagneten werden wie im Beispiel I mit

Strontiumkarbonat als Hauptkomponente und Stron- dem folgenden Unterschied der Imprägnierbehandtiumsulfat noch andere Stoffe in geringen Anteilen 30 lung hergestellt. Als Tränkstoff wird ein geschmolaufweist. So bestehen etwa 5 Gewichtsprozent des zenes Naphthalinwachs verwendet. Das Bad wird bei komplexen Strontiumkarbonats aus CaCO₃, SrSO₄, 140° C gehalten, und das Imprägnieren erfolgt in BaSo₄ SiO₂, Al₂O₃. Ein derartig komplexes Stron- Luft. Ein derartiger Permanentmagnet hat die tiumkarbonat kann z. B. aus dem Mineral Cölestin, gleichen magnetischen Eigenschaften wie der Permadas zum großen Teil aus Strontiumsulfat besteht, 35 nentmagnet im Beispiel I. Er hat eine niedrigere hergestellt werden. Kompressionsfestigkeit, läßt sich dafür aber in

Der gemischte Brei wird kontinuierlich in einem mancher Hinsicht noch leichter bearbeiten als der Trockenofen durch Verdampfen des Wassers getrock- Permanentmagnet des Beispiels I. net. Der getrocknete Kuchen wird bei 1310° C .

1 Stunde kalziniert bzw. vorgesintert. Die vorgesin- 4° Beispiel III

terten Klinker werden 45 Stunden in einer Kugel- Permanentmagneten werden wie im Beispiel I mit

mühle in einer Na₂SO₄ enthaltenden wäßrigen Lö- dem folgenden Unterschied der Imprägnierbehandsung, z. B. einer 3%igen Lösung eines hochpolymeren lung hergestellt. Als Tränkstoff werden 3 Gewichts-Natriumsalzes einer Naphthalinschwefelsäure gemah- teile eines bei Zimmertemperatur hochviskosen len. Der gemahlene Brei wird in einer Filterpresse bei 45 Epoxyresins und 2 Gewichtsteile eines bei Zimmereinem Magnetfeld von etwa 3000 Oe und einem End- temperatur hochviskosen Epoxykatalysators verwendruck von 3000 kg/cm² gepreßt. det, die getrennt auf 150° C aufgewärmt werden. Sie Ein derartiger Preßling weist folgende Werte auf: werden dann im Bad gemischt, wobei sich die TemiH_c=1180 Oe, F_p=45 Volumprozent. Es bedeutet peratur des Bades durch die exotherme Reaktion zwi- V_p das Porenvolumen. Diese und alle folgenden Meß- 50 sehen Resin und Katalysator auf etwa 160° C erwerte beziehen sich auf Zimmertemperatur. wärmt. Die Mischung wird für die Dauer des Im-Die Preßlinge werden nach dem Trocknen einer prägnierens von etwa 10 Minuten in Luft niedrig-Halbsinterung unterzogen. Sie werden in einem viskos.

üblichen Keramikbrennofen in einer oxydischen Ein derartig hergestellter Permanentmagnet hat die

Atmosphäre, z. B. in Luft, mit einer üblichen Auf- 55 gleichen magnetischen Eigenschaften wie die Permaheizgeschwindigkeit bis zur Halbsintertemperatur nentmagneten der Beispiele I und Π. Er läßt sich von 1050° C aufgeheizt. Die Halbsinterung erfolgt ebenfalls relativ leicht bearbeiten. Er ist wegen des Minuten. Während dieser Zeit wird die Ver- höheren Katalysatorgehaltes und der Warmaushärsetzungsdichte in den permanentmagnetischen tung geschmeidiger als der Permanentmagnet des Bei-Kristallen wesentlich herabgesetzt und damit die 60 spiels I.

Koerzitivkraft gegenüber dem verdichteten, noch Diese drei Beispiele zeigen, daß der Tränkstoff

nicht wärmebehandelten Preßling wieder erheblich keinen Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften heraufgesetzt. des halbgesinterten Permanentmagneten hat. Der

Die halbgesinterten Magnetkerne werden bei 25° C halbgesinterte Permanentmagnet reagiert nicht mit auf folgende Weise imprägniert. Ein Tränkstoff, be- 65 organischen Substanzen unterhalb etwa 600° C. Auch stehend aus 4 Gewichtsteilen eines niedrigviskosen bei höheren Temperaturen ist er meistens immun Epoxyresins und 1 Gewichtsteil eines niedrigviskosen gegen chemische Reaktionen. Er ändert seine Zu-Epoxykatalysators, werden in einem Bad gemischt. sammensetzung während des Imprägnierens nicht.

Auch seine MikroStruktur ändert sich nicht. Daher BeisDiel VIII

haben halbgesinterte unimprägnierte Permanent- "

magneten gewöhnlich innerhalb der üblichen Streu- Es wird das im Beispiel I angegebene Verfahren

ung der Meßwerte die gleichen magnetischen Eigen- mit dem Unterschied benutzt, daß Schlamm aus drei

schäften. 5 Klinkerarten getrennt gemahlen wird und daß die

Beispiel IV ^^re^ Schlammarten kurz vor dem Pressen gemischt

werden. Es werden verwendet: 60 Gewichtsteile des

Es wird das im Beispiel I angegebene Verfahren Schlammes des Beispiels I, 30 Gewichtsteile des mit dem Unterschied benutzt, daß bei 1150° C vor- Schlammes des Beispiels IV und 10 Gewichtsteile gesintert wird. Ein derartiger, niedrig vorgesinterter io des Schlammes des Beispiels VII. Im Unterschied zu Preßling weist folgende Werte auf: /i?_c=1710Oe, allen anderen Beispielen wird bei einem hohen Druck V_p =60 Volumprozent. von 2000 kg/cm² gepreßt. Der Preßling weist die fol-

Der Preßling wird im Unterschied zum Beispiel I genden Werte auf: fife=1310 Oe, F_p=35Volumbei 1000° C halbgesintert. Der imprägnierte Perma- prozent.

nentmagnet weist die folgenden Werte auf: ,H_c 15 Die Dichte des Preßlings ist hier sehr hoch. Der =4050 Oe, Fp=55 Volumprozent, 2?_r=1770 Gauß, imprägnierte Permanentmagnet weist folgende Werte (BH)_max=0,06 MGOe, (B_pH₀)_max=3,2 MGOe. auf: ,/2^3920Oe, V_p = 30 Volumprozent, B₁.

Derartige Permanentmagneten lassen sich wegen = 2610 Gauß, (BH)_max = 1,43 MGOe, (B„H₀)_max des höheren Gehaltes an Kunststoff und wegen des =4,9 MGOe.

kleineren Gehalts an permanentmagnetischen Kristal- ao Diese Permanentmagneten zeichnen sich durch ein len noch leichter als die Permanentmagneten der Bei- besonders hohes Energieprodukt bei einer relativ bespiele I, II, III bearbeiten. sonders guten Bearbeitbarkeit aus. Dies liegt daran, . -IV ^^a^ ^^e Kristalle des halbgesinterten Permanent-Beispiei V magneten kaum während der Halbsinterung ge-

Es wird das im Beispiel IV angegebene Verfahren 25 wachsen sind.

mit dem Unterschied benutzt, daß bei 1100° C halb- Die in den Beispielen I bis VIII angegebenen Ener-

gesintert wird. Der imprägnierte Permanentmagnet giewerte geben ein verfälschtes Bild über die tatsächweist folgende Werte auf: _;i?_c=4800Oe, F,,=35 Vo- liehen Qualitäten des Permanentmagneten der Erfinlumprozent, B_r=2410 Gauß, (BH)_max=1,26 MGOe, dung. Die (ßH)_pax- und die (BpH^^-Werte be- (B_pH₀)_max=6,5 MGOe. 30 ziehen sich auf die Energie pro Volumeinheit. Sie be-

Derartige Permanentmagneten haben eine beson- rücksichtigen nicht das niedrige spezifische Gewicht ders gute Kombination von Koerzitivkraft und Ener- des Permanentmagneten der Erfindung. In vielen Angieprodukt (B_pH₀)_max. Sie lassen sich fast so gut be- Wendungen ist es nicht die Energie pro Volumeinarbeiten wie die Permanentmagneten des Beispiels I. heit, sondern die Energie pro Gewichtseinheit, die r» · · 1 vT ^{35 ma}ßg^eb^en<i ist- Die Permanentmagneten der Erfin-

iseispiei Vl dung haben ein extrem sehr niedriges spezifisches Ge-

Es wird das im Beispiel IV angegebene Verfahren wicht im Vergleich zu allen bekannten, technisch mit dem Unterschied benutzt, daß bei 120° C halb- brauchbaren, permanentmagnetischen Stoffen. Der gesintert wird. Der imprägnierte Permanentmagnet Permanentmagnet des Beispiels I hat ein spezifisches weist folgende Werte auf: _;27_c=3350 Oe, F_p=18 Vo- 40 Gewicht von nur 4,0 g/cm³ und der des Beispiels VII lumprozent, ß_r=3590 Gauß, (BH)_max=3,05 MGOe, von nur 2,6 g/cm³. Die Kombination von ungewöhn- (B_pH₀)_max=9,5 MGOe. lieh niedrigem spezifischem Gewicht und hohem

Derartige Permanentmagneten lassen sich leichter Energieprodukt (B„H₀)_max ermöglicht viele neue Anbearbeiten und haben außerdem eine höhere Festig- Wendungen. Zum Beispiel können jetzt zum ersten keit als die nach bisher bekannten Verfahren herge- 45 Male sehr schnell beschleunigende Synchronmotoren stellten Dauermagneten wie etwa der eingangs er- oder Synchronkupplungen gebaut werden. Ein Rotor wähnten modifizierten Strontiumferrite. mit einem Permanentmagneten mit niedrigem spezi-

. . _T _nr fischem Gewicht hat ein kleines Trägheitsmoment. Er

Beispiel VIl _{kann sehr} _sc^_nell _beschleunigt werden.

Es wird das im Beispiel IV angegebene Verfahren 50 Die Beispiele zeigen ferner, daß mit dem Permamit dem Unterschied benutzt, daß dem gemahlenen nentmagneten der Erfindung die verschiedensten AnSchlamm 1 Stunde vor dem Ende der Mahlung 5 Ge- forderungen befriedigt werden können. Permanentwichtsprozent (bezogen auf das Trockengewicht der magneten mit extrem hoher Koerzitivkraft entstehen, Klinker) feines Pulver aus Aluminiumoxyd Al₂O₃ zu- wenn niedrig vorgesintertem und lange gemahlenem gegeben und das 90 Stunden gemahlen wird. Ein der- 55 Schlamm viel Aluminiumoxyd Al₂O₃ zugegeben wird, artiger Preßling weist folgende Werte auf: _tH_c wenn bei einer mittleren Temperatur halbgesintert = 1620 Oe, V₁,=70 Volumprozent. wird und wenn mit einer hohen Aufheizgeschwindig-

Im Unterschied zum Beispiel IV wird bei 1150° C keit, z. B. mit 1000° C/h, aufgeheizt wird. Bei etwa halbgesintert. Der imprägnierte Permanentmagnet 10 Gewichtsprozent Al₂O₃ lassen sich auf diese Weise weist folgende Werte auf: ^c=6880 Oe, F_p=60 Vo- 60 Koerzitivkräfte von mehr als 10000 Oe erreichen,
lumprozent, B_r=1250 Gauß, (BH)_max=0,35 MGOe, Die Beispiele zeigen ferner, daß die Halbsinterung

(B_pH₀)_max=2,0 MGOe. einen erstaunlich großen Einfluß auf die Koerzitiv-

Dieser Permanentmagnet hat einen Kunststoffge- kraft der Permanentmagneten und einen relativ halt von etwa 65 Volumprozent. Er läßt sich sehr kleinen Einfluß auf das Porenvolumen hat. Gegenleicht bearbeiten. Infolge des y41₂0₃-Zusatzes weist 65 über dem verwendeten, noch nicht wärmebehaner dabei eine Verschwundfeldstärke auf, die sogar delten Preßling läßt sich die Koerzitivkraft durch die weit über derjenigen der bekannten modifizierten Halbsinterung in der Regel etwa verdreifachen, teil-Strontiumferrite liegt. weise sogar fast verzehnfachen. Die Porenvolumen-

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änderung beträgt dagegen gewöhnlich nur ein Zwanzigstel oder ein Dreißigstel der Änderung der Koerzitivkraft. In dem Beispiel I z. B. läßt sich die Koerzitivkraft durch die Halbsinterung auf mehr als das Dreifache erhöhen, während sich das Porenvolumen nur um etwa 10°/o ändert.

Dieser überraschende Befund ist durch die Auflösung bzw. das Hinauslaufen der Versetzungen zu erklären. Ein großer Teil der Versetzungen verschwindet, bevor die Kristalle zu wachsen anfangen. Daß sich mit einem sehr hohen Aluminiumoxydgehalt Al₂O₃, einer langen Mahlzeit, einer schnellen Aufheizgeschwindigkeit usw. die ungewöhnlich hohen Koerzitivkräfte von mehr als 10 000 Oe erreichen lassen, liegt vermutlich an der Beseitigung aller restliehen Keime, die Blochwände erzeugen können. Die Magnetisierungsänderung erfolgt in dem Permanentmagneten der Erfindung mit hohem Al₂-O₃-Gehalt bis zu 20 Gewichtsprozent vermutlich nur durch eine Rotation der Magnetisierungsvektoren gegen die Richtung der Kristallenergie der Hauptphase.

Als Tränkstoffe eignen sich außer den erwähnten Epoxy-Kunststoffen und dem erwähnten Naphthalinwachs naturgemäß auch eine Vielzahl anderer Stoffe. So kommen beispielsweise alle bekannten Kunststoffe, Gummis, Öle, sonstige organische Stoffe, niedrigschmelzende Metalle, anorganische Salze usw. in Frage, vorausgesetzt, daß die folgenden zwei Bedingungen erfüllt sind. Einmal muß die Zwischenschichtenergie zwischen der Porenfläche des halbgesinterten Magnetkerns und der Fläche des Tränkstoffes, die die Porenfläche berührt, kleiner als die Flächenenergie der Porenfläche sein. Zum anderen muß der Tränkstoff wenigstens in der Zeit kurz vor dem Imprägnieren bis zum Ende des Imprägnierens fließfähig sein. Niedrigschmelzende Metalle, wie z. B. Blei-Zinn-Legierungen, eignen sich wegen ihrer im Vergleich zu den Kunststoffen viel höheren Oberflächenenergie nur dann als Tränkstoffe, wenn durch eine Oberflächenreaktion auf die Porenfläche des halbgesinterten Magnetkerns eine Schicht mit hoher Oberflächenenergie aufgebracht wird.

Das Imprägnieren kann durch die vielen Verfahren erfolgen, die bereits bekannt sind. An Stelle des Eintauchens in ein Bad läßt sich z. B. in vielen Fällen das in der Pulvermetallurgie weitverbreitete Verfahren vorteilhaft anwenden, den halbgesinterten Magnetkern und den festen Tränkstoff in einem Ofen gleichzeitig zu erhitzen. Es wird ein Stück oder ein Pulver des festen Tränkstoffes oder eines Stoffes, der nach dem Flüssigwerden bzw. nach einer eventuellen chemischen Reaktion den Tränkstoff ergibt, auf den halbgesinterten Magnetkern gelegt. Nach Erreichen der Temperatur, bei dem der Tränkstoff flüssig wird bzw. gegebenenfalls mit einem Katalysator reagiert, fließt der Tränkstoff nach unten und füllt die Poren des halbgesinterten Magnetkernes. Dieses Verfahren eignet sich besonders gut bei größeren Magnetkernen. Das Imprägnieren braucht nicht in Luft oder Vakuum zu erfolgen, wie in den Beispielen beschrieben. Es ist oft vorteilhaft, wie z. B. in der Pulvermetallurgie bekannt ist, die Porenfläche durch eine spezielle Atmosphäre zu aktivieren, d. h. die Flächenenergie der Porenfläche so groß zu machen, daß die erste der erwähnten Bedingungen erfüllt ist.

Die Beispiele I bis VIII zeigen, daß durch den Dauermagneten der Erfindung die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in jeder Hinsicht befriedigend gelöst wird. Es ist ein Permanentmagnet entwickelt worden, der eine hohe Koerzitivkraft hat und der sich gleichzeitig relativ leicht bearbeiten läßt. Dadurch ist eine große Lücke im Eigenschaftsspektrum der bekannten Dauermagneten geschlossen worden.

Der Permanentmagnet der Erfindung läßt sich z. B. überall dort einsetzen, wo der gegenwärtig weitverbreitete, gesinterte, isotrope Bariumferrit wegen seiner schlechten Bearbeitbarkeit Schwierigkeiten hervorgerufen hat. Die Permanentmagneten der Erfindung lassen sich viel besser und leichter als diese Permanentmagneten bearbeiten und haben zusätzlich meistens noch eine höhere Energie. Es wird bei ihnen an elektrischer Energie bei der Herstellung gespart, weil die Halbsintertemperatur der Permanentmagneten der Erfindung wesentlich unter der Sintertemperatur des isotropen Bariumferrits liegt.

Der Permanentmagnet der Erfindung läßt sich oft auch dort einsetzen, wo die an sich in verhältnismäßig großem Umfang eingesetzten »Gummimagneten«, wie sie die eingangs erwähnte USA.-Patentschrift 2 999 275 lehrt, wegen ihrer niedrigen Koerzitivkraft oder ihrer dünnen Bauweise zu Schwierigkeiten geführt haben. Die Permanentmagneten der Erfindung weisen wesentlich bessere magnetische Eigenschaften als die »Gummimagneten« auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von mindestens 3000 Oe durch Pressen von Pulver auf Basis von Strontium-, Barium- oder Bleiferrit und durch anschließende Wärmebehandlung des Preßlings, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling zur Erzielung einer guten mechanischen Bearbeitbarkeit einer Halbsinterung unterworfen wird, bei der — unter gleichzeitiger Erhöhung der Verschwundfeldstärke um 50% gegenüber dem verdichteten, noch nicht wärmebehandelten Preßling — ein Porenvolumen von mindestens 10% gewahrt bleibt, und daß der halbgesinterte Körper in an sich bekannter Weise anschließend mit einem aushärtbaren Kunststoff imprägniert wird, der im ausgehärteten Zustand das Porenvolumen wenigstens teilweise ausfüllt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein Kunststoff auf Epoxybasis verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Pulver ein Pulver auf Basis von Strontiumferrit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Strontiumferrit mit einem Sulfatgehalt von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent modifiziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem modifizierten Strontiumferrit Aluminiumoxyd in einer Menge von höchstens 20 Gewichtsprozent zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strontiumferrit Aluminiumoxyd in einer Menge von 10 Gewichtsprozent zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Strontiumsulfat modifizierte Strontiumferritpulver durch Kalzinieren einer Mischung aus Eisenoxid Fe₂O₃ und einem aus dem Mineral

Cölestin gewonnenen, Strontiumsulfat enthaltenden Strontiumkarbonat, gegebenenfalls Zerkleinern des kalzinierten Klinkers und anschließendes Zermahlen hergestellt wird und daß das darauffolgende Verpressen des modifizierten Strontiumferritpulvers in einem die Strontiumferritteilchen ausrichtenden Magnetfeld erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd dem Ferritpulver nach der Kalzinierung, jedoch vor der Halbsinterung zugefügt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Kalzinierung bei einer Temperatur von etwa 1100 bis etwa 1310° C und die Halbsinterung bei einer Temperatur von etwa 1000 bis etwa 1200° C erfolgen.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zermahlen des kalzinierten Klinkers in einer Natriumsulfat enthaltenden wäßrigen Lösung erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung von Natriumsulfat in einer Menge von 3 Volumprozent verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen