DE102013213645A1

DE102013213645A1 - Highly filled matrix-bonded anisotropic high-performance permanent magnets and method for their production

Info

Publication number: DE102013213645A1
Application number: DE102013213645.5A
Authority: DE
Inventors: Caroline Cassignol; Michael Krispin; Inga Zins
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-15
Also published as: WO2015003850A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, und einen entsprechender Permanentmagneten, mit den Schritten: mittels einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung (H), insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre, bei einer eingestellten Betriebstemperatur, in einem trockenen Zustand ausgeführtes mechanischen Mischen (MI) eines aus magnetischen anisotropen Partikeln (1) bestehenden und eine kristalline Struktur aufweisenden Magnetpulvers mit Partikeln eines Matrixpulvers (3); Orientieren und Formgeben der in ein externes Magnetfeld (M) und in eine Form eingebrachten matrixbeschichteten Partikel (5). Es können hohe Füllgrade geschaffen werden.The invention relates to a method for producing a permanent magnet, and a corresponding permanent magnet, comprising the steps of: by means of a high-energy hybridization device (H), in particular under a protective gas atmosphere, at a set operating temperature, in a dry state mechanical mixing (MI) of a magnetic anisotropic particles (1) and having a crystalline structure having magnetic powder with particles of a matrix powder (3); Orienting and shaping the matrix-coated particles (5) introduced into an external magnetic field (M) and into a mold. It can be created high filling levels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein entsprechendes Erzeugnis. The invention relates to a method according to the preamble of the main claim and a corresponding product.

Permanenterregte Motoren und Generatoren stellen große Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften der verwendeten Permanentmagnete. Diese werden im gängigen Aufbau nur von anisotropen gesinterten Seltenerdmagnetwerkstoffen auf Basis von Neodym-Eisen-Bor erreicht. Die hartmagnetischen Eigenschaften von Magnetmaterialien werden neben einer Legierungszusammensetzung entscheidend durch das Gefüge bzw. die Mikrostruktur bestimmt. Entsprechend der mikromagnetischen Theorie sowie experimenteller Befunde ist bekannt, dass in sogenannten keimbildungsgehärteten Magneten mittels eines mikrostrukturellen Aufbaus aus eindomäniqen, nanoskaligen Kornstrukturen hohe Koerzitivfeldstärken erzielt werden. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass dies prinzipiell den Verzicht auf eine Zulegierung weiterer teurer Additivelemente, beispielsweise Dysprosium oder Terbium, ermöglicht. Permanently excited motors and generators place great demands on the magnetic properties of the permanent magnets used. These are achieved in the conventional design only of anisotropic sintered rare earth magnet materials based on neodymium-iron-boron. The hard magnetic properties of magnetic materials are decisively determined by the microstructure or microstructure in addition to an alloy composition. According to the micromagnetic theory and experimental findings, it is known that high coercive forces are achieved in so-called nucleation-hardened magnets by means of a microstructural structure of single-nanoscale grain structures. According to the invention, it has been recognized that this in principle makes it possible to dispense with the addition of further expensive additive elements, for example dysprosium or terbium.

In Magnetpulver auf Basis einer Rascherstarrungstechnik wird diese nanokristalline Mikrostruktur mittels Unterkühlung in den amorphen oder nanokristallinen Bereich erzielt, und zwar isotrop. In einem nachgeschalteten Umformungsprozess ist es möglich eine magnetokristalline Vorzugsrichtung in Plättchen auszubilden, was zu einer Anisotropie führt, die als Ausgangsmaterial für kompakte Magnete mit hoher Orientierung der Kristallitachsen, was eine hohe Remanenz bewirkt, verwendet werden können. In magnetic powder based on a rapid solidification technique, this nanocrystalline microstructure is achieved by subcooling in the amorphous or nanocrystalline region, and isotropic. In a downstream forming process, it is possible to form a magnetocrystalline preferential direction in platelets, resulting in anisotropy that can be used as the starting material for compact magnets with high orientation of the crystallite axes, which results in high remanence.

Aufgrund des intrinsisch niedrigen spezifischen Widerstands von Permanentmagneten auf Basis von Seltenerdmetallen bewirkt die Rotationsbewegung im Betrieb von permanenterregten Motoren und Generatoren eine Induktion von Wirbelströmen in den Magneten, die zum einen dem äußeren magnetischen Moment entgegenwirken und zusätzlich zu einer Erwärmung eines Motors bzw. Generators führen. Beide Effekte bewirken eine effektive Reduzierung des Koerzitivfeldes der betroffenen Permanentmagnete und damit eine Leistungsminderung oder gar ein Versagen eines Produkts. Due to the intrinsically low resistivity of rare earth-based permanent magnets, the rotational motion of permanent-magnet motors and generators causes induction of eddy currents in the magnets, which counteract the external magnetic moment and additionally cause heating of a motor or generator. Both effects cause an effective reduction of the coercive field of the permanent magnets involved and thus a reduction in performance or even a failure of a product.

Herkömmliche Permanentmagneten werden beispielsweise mittels einer Sintertechnik (1) oder mittels einer Kunststoffbindung (2) hergestellt. Conventional permanent magnets are for example by means of a sintering technique ( 1 ) or by means of a plastic bond ( 2 ) produced.

Das herkömmliche Verfahren der Sintertechnik erlaubt eine Herstellung anisotroper Magnete mittels Ausrichtung der magnetischen Pulverteilchen im Magnetfeld vor einem Press- und Sintervorgang. Die Koerzitivfeldstärke ist jedoch durch die mikrokristalline Korngröße, die im Bereich von einigen µm liegt, begrenzt und muss durch Zulegierung von sehr teuren und knappen schweren Seltenerdmetallen wie beispielsweise Dy oder Tb ausgeglichen werden. Aufgrund des ungünstigen Temperaturkoeffizienten des Koerzitivfeldes muss dieser Anteil zunächst erhöht werden, je größer die Arbeitstemperatur ist. Eine Wärme infolge Wirbelstromverluste erfordert demnach die Berücksichtigung eines größeren Anteils an teuren schweren Seltenerdmetallen. Ein herkömmliches Verfahren zur Reduktion von Wirbelstromverlusten ist eine Segmentierung von Sintermagneten. Bei einem derartigen teuren und zeitaufwändigen Arbeitsschritt werden die Magnete parallel zur magnetischen Hauptfeldrichtung zerteilt und anschließend mit einer dünnen elektrisch isolierenden Zwischenschicht verbunden. Diese erhöht den Wechselstromwiderstand des Werkstoffs und reduziert den Stromfluss und damit die Wirbelstromverluste. Allerdings bewirkt das Segmentieren nachteiliger weise Materialverluste. The conventional method of sintering technology allows anisotropic magnets to be produced by aligning the magnetic powder particles in the magnetic field prior to a pressing and sintering operation. However, the coercive force is limited by the microcrystalline grain size, which is in the range of a few microns, and must be compensated by alloying very expensive and scarce heavy rare earth metals such as Dy or Tb. Due to the unfavorable temperature coefficient of the coercive field, this proportion must first be increased, the greater the working temperature. Accordingly, heat due to eddy current losses requires consideration of a larger proportion of expensive heavy rare earth metals. A conventional method of reducing eddy current losses is segmentation of sintered magnets. In such an expensive and time-consuming operation, the magnets are split parallel to the main magnetic field direction and then connected to a thin electrically insulating intermediate layer. This increases the AC resistance of the material and reduces the current flow and thus the eddy current losses. However, the segmentation causes adverse material losses.

Alternativ zur Sintertechnik wird seltenerdbasiertes Magnetpulver in einer Kunststoffmatrix eingebettet. Mit herkömmlichen Verfahren, wie sie beispielsweise Spritzguss oder Formpressen sind, können Volumenfüllgrade von 60 Vol.-% bzw. 80 Vol.-% erreicht werden. Eine Zugabe von Matrixmaterial bewirkt eine Reduktion der magnetischen Dichte des Magneten und führt zu einer erheblichen Reduktion der Magnetisierung des Magneten. Jedoch wirkt sich die Matrix vorteilhaft in einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes aus. Des Weiteren können die mechanischen Eigenschaften des Produkts verbessert werden. As an alternative to sintering technology, rare earth-based magnetic powder is embedded in a plastic matrix. With conventional methods, such as injection molding or compression molding, volume fill levels of 60% by volume and 80% by volume can be achieved. An addition of matrix material causes a reduction in the magnetic density of the magnet and leads to a significant reduction in the magnetization of the magnet. However, the matrix has an advantageous effect in increasing the electrical resistance. Furthermore, the mechanical properties of the product can be improved.

Es ist bekannt, dass in kunststoffgebundenen Seltenerdmagneten aufgrund der isolierenden Wirkung des Polymers Wirbelströme verringert sind. Hierfür werden mehrere zehn bis mehrere hundert Mikrometer große magnetische Partikel auf Basis seltener Erden in eine duroplastische oder thermoplastische Matrix eingebettet. Dabei wird ein Komposit aus möglichst hohem Anteil an magnetischen Partikeln und der Matrix erzeugt, das anschließend mittels Spritzgießens oder Formpressens zu einem Volumenmagnet verarbeitet wird. Mittels Spritzgießen, das ebenso injection molding genannt wird, kann ein Magnetanteil von bis zu ca. 60 Vol.-% erreicht werden. Mittels Formpressen, das ebenso compression molding genannt wird, kann ein Magnetanteil von bis zu ca. 80 Vol.-% erreicht werden. Nachteiliger weise sind diese Magnete für viele Anwendungen jedoch aufgrund einer im Vergleich zu Sintermagneten reduzierten magnetischen Energiedichte infolge der Verdünnung durch das verwendete Polymer nicht geeignet. Abhängig von der Anwendungstemperatur des Permanentmagneten können zudem Beschränkungen in Folge einer eingeschränkten Temperaturbeständigkeit des Polymers auftreten. It is known that eddy currents are reduced in plastic-bonded rare earth magnets due to the insulating effect of the polymer. For this purpose, several ten to several hundred micrometers magnetic particles based on rare earths embedded in a thermoset or thermoplastic matrix. In this case, a composite of the highest possible proportion of magnetic particles and the matrix is generated, which is then processed by injection molding or compression molding into a volume magnet. By injection molding, which is also called injection molding, a magnetic content of up to about 60 vol .-% can be achieved. By means of compression molding, which is also called compression molding, a magnetic content of up to about 80 vol .-% can be achieved. Disadvantageously, however, these magnets are not suitable for many applications due to a reduced compared to sintered magnetic energy density due to the dilution by the polymer used. In addition, depending on the application temperature of the permanent magnet, restrictions may occur due to limited temperature resistance of the polymer.

Die EP 1752994 A1 offenbart Herstellungsverfahren von selbst zusammenfügendem Seltenerd-Eisenmagneten für Motoren, mit den Schritten Mischen eines Polymer-Granulats und des Magneten mit einem Aushärtungsagens, Verdichten der Mischung, Reagieren eine Oligomers oder Präpolymers mit dem Polymer sowie Umformen des gebondeten Magnetens. The EP 1752994 A1 discloses self-assembling rare earth iron magnet method for motors, comprising the steps of mixing a polymer granule and the magnet with a curing agent, compacting the mixture, reacting an oligomer or prepolymer with the polymer, and reshaping the bonded magnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung hochwirksame Permanentmagnete mit nanokristalliner Struktur auf einfache Weise zuverlässig herzustellen. Es sollen insbesondere magnetisch und elektrisch optimierte Volumenmagnete hergestellt werden können, die insbesondere folgende Kriterien erfüllen: einen hohen Füllgrad, eine homogene Partikelverteilung mit paralleler Ausrichtung entlang der magnetischen Achse, eine ortsfeste Bindung der Magnetpartikel nach einer Ausrichtung sowie eine magnetische und elektrische Entkopplung. It is an object of the invention to produce highly effective permanent magnets with nanocrystalline structure in a simple manner reliably. In particular, magnetically and electrically optimized volume magnets are to be able to be produced, which fulfill in particular the following criteria: a high degree of filling, a homogeneous particle distribution with parallel alignment along the magnetic axis, a stationary binding of the magnetic particles after an alignment and a magnetic and electrical decoupling.

Es soll ein Magnet aus magnetisch anisotropen Pulver mit nanokristalliner Struktur, dessen Pulverpartikel durch eine elektrisch isolierende Schicht verbunden sind hergestellt werden. Zudem soll der Volumenanteil des magnetischen Pulvers am Gesamtvolumen eines Magneten so groß wie möglich sein. Es soll der Anteil an seltenen Erden in Permanentmagneten wirksam verringert werden. Es soll ein Aufbau, ein Verfahren zur Mischung sowie Herstellungsverfahren für Kompositmagnete beschrieben werden. Bei einer Herstellung von Kompositmagneten mit hohen magnetischen Füllgraden soll eine homogene und dünne Benetzung von magnetischen Partikeln mit einer Matrixkomponente geschaffen sein. The aim is to produce a magnet of magnetically anisotropic powder with a nanocrystalline structure whose powder particles are connected by an electrically insulating layer. In addition, the volume fraction of the magnetic powder in the total volume of a magnet should be as large as possible. It should effectively reduce the proportion of rare earths in permanent magnets. The aim is to describe a structure, a method for mixing and production methods for composite magnets. When producing composite magnets with high magnetic fill levels, a homogeneous and thin wetting of magnetic particles with a matrix component should be created.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und einen entsprechenden Permanentmagneten gemäß dem Nebenanspruch gelöst. The object is achieved by a method according to the main claim and a corresponding permanent magnet according to the independent claim.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten mit den folgenden Schritten beansprucht. Mittels einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung, insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre, bei einer eingestellten Betriebstemperatur, in einem trockenen Zustand ausgeführtes mechanisches Mischen eines aus magnetischen anisotropen Partikeln bestehenden und eine nanokristalline Struktur aufweisenden Magnetpulvers mit Partikeln eines Matrixpulvers. Orientieren und Formgeben der in ein externes Magnetfeld und in eine Form eingebrachte matrixbeschichteten Partikel. According to a first aspect, a method of manufacturing a permanent magnet is claimed with the following steps. By means of a high-energy hybridization device, in particular under a protective gas atmosphere, at a set operating temperature, performed in a dry state mechanical mixing of magnetic anisotropic particles and a nanocrystalline structure having magnetic powder with particles of a matrix powder. Orienting and shaping the matrix-coated particles introduced into an external magnetic field and into a mold.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Permanentmagnet beansprucht, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt worden ist. According to a second aspect, a permanent magnet is claimed, which has been produced by means of a method according to the invention.

Ein Beispiel für eine hochenergetische Hybridisierungseinrichtung ist in der WO2012126600 A2 mit Bezug auf die EP 0 523 372 A1 und die JP62083029 A als ein Hybridizer einer Firma Nara beschrieben. Entsprechend beschrieben ist eine Oberflächenmodifizierungseinrichtung, die als Hybridizer bezeichnet ist und beispielsweise einen Hochgeschwindigkeitsrotor, einen Stator und ein kugelförmiges Gefäß vorzugsweise aufweisend innenliegende Messer aufweist. An example of a high-energy hybridization device is disclosed in U.S. Patent No. 5,376,866 WO2012126600 A2 with reference to the EP 0 523 372 A1 and the JP62083029 A described as a hybridizer from a company Nara. Accordingly described is a surface modification device, which is referred to as a hybridizer and, for example, a high-speed rotor, a stator and a spherical vessel preferably having internal diameter.

Auf den magnetischen Partikeln wird eine vorteilhaft dünne Matrixschicht abgeschieden. Die Dicke der Matrixschicht liegt insbesondere im Nanometerbereich. An advantageously thin matrix layer is deposited on the magnetic particles. The thickness of the matrix layer is in particular in the nanometer range.

Für eine Herstellung eines Volumenmagneten ist es notwendig die magnetischen Einzelpartikel geeignet zu verbinden und zu verdichten und zugleich die magnetischen Grundeigenschaften zu erhalten. For a production of a volume magnet, it is necessary to suitably connect and compact the individual magnetic particles and at the same time to obtain the basic magnetic properties.

Ein Komposit ist insbesondere eine Zusammenstellung aus zwei oder mehr verbundenen Materialien. A composite is in particular a combination of two or more bonded materials.

Ferromagnetisch heißt insbesondere eine sehr große Permeabilitätszahl und eine positive magnetische Suszeptibilität aufweisend und ein Magnetfeld erheblich verstärkend. In particular, ferromagnetic means a very large permeability number and having a positive magnetic susceptibility and significantly enhancing a magnetic field.

Anisotrop bedeutet insbesondere eine richtungsabhängige Eigenschaft aufweisend. Anisotropic means in particular having a direction-dependent property.

Nanopartikel weisen insbesondere Abmessungen oder laterale Ausdehnungen auf, die nanoskalig sind oder im Nanometerbereich liegen. Magnetische Nanopartikel sind insbesondere einphasig und erzwingen ein ein-domäniges Verhalten. Nanopartikel können insbesondere einkristallin sein. In particular, nanoparticles have dimensions or lateral dimensions which are nanoscale or in the nanometer range. Magnetic nanoparticles are particularly single-phased and enforce a one-domain behavior. In particular, nanoparticles can be monocrystalline.

Mikropartikel weisen mikroskalige Abmessungen oder laterale Ausdehnungen im Mikrometerbereich auf. Die erfindungsgemäßen Mikropartikel weisen eine nanokristalline Unterstruktur oder Mikrostruktur auf, das heißt insbesondere eine Vielzahl von Nanokristallen bilden jeweils ein Mikropartikel aus. Microparticles have microscale dimensions or lateral dimensions in the micrometer range. The microparticles according to the invention have a nanocrystalline substructure or microstructure, that is to say in particular a large number of nanocrystals each form a microparticle.

Insbesondere bezeichnet die Größenordnung einer physikalischen Größe, beispielsweise einer Länge, die Zehnerpotenzen bezüglich deren Basiseinheit. Ein Unterschied um eine Größenordnung bedeutet insbesondere einen Unterschied bei einem Verhältnis von 1:10. In particular, the order of magnitude of a physical quantity, for example a length, denotes the powers of ten with respect to their base unit. A difference of one order of magnitude means in particular a difference in a ratio of 1:10.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Partikel des Magnetpulvers Mikropartikel sein, insbesondere Pulverplättchen sein und insbesondere aus einem Rascherstarrungsverfahren erzeugt worden sein. Die Verwendung von anisotropen magnetischen Plättchen aus einem Rascherstarrungsverfahren in Permanentmagneten, der magnetische Kennwerte denen von Sintermagneten gleichen, ermöglicht eine Reduktion des Anteils an sehr teuren schweren Seltenerdmetallen. According to an advantageous embodiment, the particles of the magnetic powder may be microparticles, in particular powder platelets and in particular be produced from a rapid solidification process. The use of anisotropic magnetic plates from a rapid solidification process in permanent magnets that resemble magnetic characteristics of sintered magnets enables a reduction in the proportion of very expensive heavy rare earth metals.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Partikel des Magnetpulvers seltenerdfreie ferromagnetische anisotrope Nanopartikel sein, die insbesondere synthetisch hergestellt worden sind. Auf diese Weise können alternativ seltenerdfreie anisotrope permanentmagnetische Nanopartikel verwendet werden, deren hartmagnetische Eigenschaften aufgrund der idealen nanokristallinen Struktur besser sind als herkömmliche seltenerdfreie Magnetwerkstoffe, wie dies beispielsweise Hartferrite sind. According to a further advantageous embodiment, the particles of the magnetic powder can be rare earth-free ferromagnetic anisotropic nanoparticles, which have been produced in particular synthetically. In this way, rare earth-free anisotropic permanent magnetic nanoparticles can be used whose hard magnetic properties are better than conventional rare earth-free magnetic materials, such as hard ferrites, because of the ideal nanocrystalline structure.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Partikel des Matrixpulvers Mikropartikel oder Nanopartikel sein und insbesondere um mindestens eine Größenordnung kleiner als die Partikel des Magnetpulvers sein. According to a further advantageous embodiment, the particles of the matrix powder may be microparticles or nanoparticles and in particular be at least one order of magnitude smaller than the particles of the magnetic powder.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Matrixpulver aus organischen oder anorganischen Partikeln bestehen. According to a further advantageous embodiment, the matrix powder may consist of organic or inorganic particles.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das organische Material ein Kunststoff, insbesondere Polyphenylensulfid, Polyamid oder Epoxid, und das anorganische Material ein Glaspulver sein. According to a further advantageous embodiment, the organic material may be a plastic, in particular polyphenylene sulfide, polyamide or epoxide, and the inorganic material may be a glass powder.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kunststoff ein Thermoplast oder ein Duroplast sein. According to a further advantageous embodiment, the plastic may be a thermoplastic or a thermosetting plastic.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können ferromagnetische anisotrope Nanopartikel synthetisiert worden sein. Anisotropie ist insbesondere hinsichtlich der Form oder der Kristallstruktur. According to a further advantageous embodiment, ferromagnetic anisotropic nanoparticles may have been synthesized. Anisotropy is particularly in terms of shape or crystal structure.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Nanopartikel einen Kern oder einen Kern-/Schalenaufbau, insbesondere eine Schutzschicht aufweisen. Die Schale kann weichmagnetisch sein. Die möglichst dünne, insbesondere im Nanometerbereich sich erstreckende, Schutzhülle schützt die Nanopartikel vor Korrosion und Oxidation. Zudem reduziert die Hülle die Agglomeration der einzelnen Partikel wodurch einerseits für das Koerzitivfeld ungünstige Kontakte zwischen den Partikeln reduziert werden und andererseits die zu erreichende Anisotropie des Volumenmagneten erhöht wird. Die Schutzhülle kann beispielsweise aus C und/oder SiO2 bestehen. According to a further advantageous embodiment, the nanoparticles may have a core or a core / shell structure, in particular a protective layer. The shell can be soft magnetic. The protective cover, which is as thin as possible, especially in the nanometer range, protects the nanoparticles against corrosion and oxidation. In addition, the shell reduces the agglomeration of the individual particles, which on the one hand reduces unfavorable contacts between the particles for the coercive field and, on the other hand, increases the anisotropy of the volume magnet to be achieved. The protective cover can consist, for example, of C and / or SiO 2.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann nach dem Mischen ein Komposit in Pulverform vorliegen. According to a further advantageous embodiment, a composite may be in powder form after mixing.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Orientieren und Formgeben gleichzeitig ausgeführt werden. According to a further advantageous embodiment, the orientation and shaping can be performed simultaneously.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann beim oder nach dem Formgeben die Matrix erstarren und/oder aushärten. According to a further advantageous embodiment, the matrix may solidify and / or harden during or after molding.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Aushärten und/oder Vernetzen aktiviert, insbesondere thermisch aktiviert, werden. According to a further advantageous embodiment, the curing and / or crosslinking can be activated, in particular thermally activated.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Nanopartikel Co, Fe, Ni oder Mn aufweisen. Die Nanopartikel können nasschemisch, aus der Gasphase oder mittels Millings synthetisiert werden. According to a further advantageous embodiment, the nanoparticles Co, Fe, Ni or Mn have. The nanoparticles can be synthesized wet-chemically, from the gas phase or by means of Millings.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kern der anisotropen Nanopartikel aus einem weichmagnetischen und die Schale aus einem hartmagnetischen Material bestehen oder umgekehrt. According to a further advantageous embodiment, the core of the anisotropic nanoparticles may consist of a soft magnetic material and the shell of a hard magnetic material or vice versa.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schutzschicht aus Kohlenstoff bestehen und mittels Lagerung der Nanopartikel für einen Zeitraum von einigen Stunden und Temperaturen im Bereich von ca. 250°C bis 350°C in einer organischen Flüssigkeit erzeugt worden sein. According to a further advantageous embodiment, the protective layer may consist of carbon and be produced by means of storage of the nanoparticles for a period of a few hours and temperatures in the range of about 250 ° C to 350 ° C in an organic liquid.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schutzschicht aus Siliziumdioxid bestehen und mittels Hydrolyse und Polykondensation von Silan-Verbindungen in einem polaren Lösungsmittel erzeugt worden sein. According to a further advantageous embodiment, the protective layer can consist of silicon dioxide and be produced by hydrolysis and polycondensation of silane compounds in a polar solvent.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments in conjunction with the figures. Show it:

1 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Ausgangsmaterialien; 1 Exemplary embodiments of starting materials according to the invention;

2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 2 an embodiment of a method according to the invention;

3 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Zwischenprodukten; 3 Exemplary embodiments of intermediates according to the invention;

4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Weiterverarbeitung; 4 an embodiment of a further processing according to the invention;

5 ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Endprodukts; 5 an embodiment of a conventional end product;

6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Endprodukts. 6 an embodiment of an end product according to the invention.

1 zeigt Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ausgangsmaterialien. 1 zeigt auf der linken Seite Pulverplättchen als Ausführungsform von Mikropartikeln 7, die Partikel des Magnetpulvers sind. Derartige Mikropartikel 7 können beispielsweise aus einem herkömmlichen Rascherstarrungsprozess erzeugt worden sein. Oben ist ein Querschnitt eines derartigen Plättchens dargestellt. Darunter ist eine Aufsicht auf ein derartiges Plättchen, das aus einem Rascherstarrungsprozess gewonnen worden ist, dargestellt. Pfeil und Kreis zeigen die magnetische Vorzugsrichtung. Alternativ zu Mikropartikeln 7 können als Ausgangsmaterial seltenerdfreie ferromagnetische anisotrope Nanopartikel 9 verwendet werden. Derartige anisotrope, magnetische, nanoskalige Eindomänenteilchen bilden die Partikel des Magnetpulvers als eine Alternative zu den Mikropartikeln 7 aus. Verfahren zur Synthetisierung dieser Nanopartikel 9 sind bekannt. Bezugszeichen 3 stellt Partikel eines Matrixpulvers 3 dar. Mikropartikel 7 und Nanopartikel 9 sind Alternativen für ein aus magnetischen anisotropen Partikeln 1 bestehendes und eine kristalline Struktur aufweisendes Magnetpulver. 1 zeigt, dass ein Komposit aus einem anisotropen magnetischen Pulver mit nanokristalliner Struktur erzeugt werden kann. Ein derartiges Pulver kann beispielsweise aus dem im Rascherstarrungsverfahren erzeugten anisotropen Pulverplättchen 7 mit einer lateralen Ausdehnung von mehreren zehn bis einigen hundert Mikrometern bestehen. Alternativ kann ein derartiges Pulver aus seltenerdfreien nanoskaligen Eindomänenteilchen 9 bestehen, die Nanopartikel, einkristallin sind und ebenso eine Kern-Schale-Struktur und/oder eine Schutzhülle gegen Umwelteinflüsse aufweisen können. 1 shows embodiments of inventive starting materials. 1 shows on the left side powder platelets as an embodiment of microparticles 7 which are particles of the magnetic powder. Such microparticles 7 For example, they may have been generated from a conventional rapid solidification process. Above is a cross section of such a plate is shown. Below is a plan view of such a plate, which has been obtained from a rapid solidification process shown. Arrow and circle show the magnetic preferred direction. Alternative to microparticles 7 can be used as starting material rare earth-free ferromagnetic anisotropic nanoparticles 9 be used. Such anisotropic, magnetic, nanoscale, single domain particles form the particles of the magnetic powder as an alternative to the microparticles 7 out. Process for synthesizing these nanoparticles 9 are known. reference numeral 3 represents particles of a matrix powder 3 dar. microparticles 7 and nanoparticles 9 are alternatives to magnetic anisotropic particles 1 existing and a crystalline structure having magnetic powder. 1 shows that a composite can be produced from an anisotropic magnetic powder with a nanocrystalline structure. Such a powder may, for example, from the anisotropic powder platelets produced in the rapid solidification process 7 with a lateral extent of several tens to a few hundred microns. Alternatively, such a powder may consist of rare earth-free nanoscale single-domain particles 9 consist of nanoparticles, are monocrystalline and may also have a core-shell structure and / or a protective against environmental influences.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausgangsprodukte sind ein Magnetpulver, das aus magnetischen anisotropen Partikeln 1 besteht und eine kristalline Struktur aufweist, und ein ebenso Partikel aufweisendes Matrixpulver 3. Die magnetischen anisotropen Partikel 1 können wie in Verbindung mit 1 dargestellt beispielsweise Mikropartikel 7 oder Nanopartikel 9 sein. Ein erfindungsgemäßes Komposit besteht aus einem anisotropen magnetischen Pulver mit nanokristalliner Struktur und einem organischen oder anorganischen Matrixmaterial. Das organische Material kann beispielsweise Polyphenylensulfid (PPS), Polyamid (PA) oder ein Epoxid (EP) sein. Das anorganische Material kann beispielsweise ein Glaspulver sein. Mittels einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung H, die ebenso als ein Hybridizer bezeichnet werden kann, können unter Schutzgasatmosphäre bei einer durch ein integriertes Kühlsystem einstellbaren Betriebstemperatur magnetische Mikropartikel 7 oder magnetische Nanopartikel 9 mit Mikropartikeln 11 oder Nanopartikeln 13 einer geeigneten Matrix, die beispielsweise Polyamid, Polyphenylensulfid oder ein niedrigschmelzendes Glas aufweist, in einem trockenen Zustand gemischt werden. Ein Beispiel für eine hochenergetische Hybridisierungseinrichtung H sei ein herkömmliches Mischungsequipment genannt, die insbesondere von der Firma „Nara Machinery“ angeboten wird. Beim Hybridization-Prozess werden Feinpartikel auf oder in die Oberfläche eines Kernmaterials appliziert. Das System arbeitet mit mechanischen Energien wie Prall, Druck und Scherung. Das (vorgemischte) Pulver wird im, durch den Rotor erzeugten Gasstrom, dispergiert. Aufgrund des mechanischen Energieeintrags haften die Matrixpartikel an den Magnetpartikeln. Die Partikeldispersion und Oberflächenmodifikation (der Magnetpartikel) erfolgt simultan. Die JP62083029 „METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE MODIFICATION OF SOLID PARTICLE“ beschreibt einen Hybridizer. 2 shows an embodiment of a method according to the invention. Starting materials are a magnetic powder that consists of magnetic anisotropic particles 1 and has a crystalline structure, and a likewise having particle matrix powder 3 , The magnetic anisotropic particles 1 can as related to 1 represented for example microparticles 7 or nanoparticles 9 be. A composite according to the invention consists of an anisotropic magnetic powder having a nanocrystalline structure and an organic or inorganic matrix material. The organic material may be, for example, polyphenylene sulfide (PPS), polyamide (PA) or an epoxide (EP). The inorganic material may be, for example, a glass powder. By means of a high-energy hybridization device H, which may also be referred to as a hybridizer, magnetic microparticles can be produced under a protective gas atmosphere at an operating temperature which can be set by means of an integrated cooling system 7 or magnetic nanoparticles 9 with microparticles 11 or nanoparticles 13 a suitable matrix comprising, for example, polyamide, polyphenylene sulfide or a low melting glass, in a dry state. An example of a high-energy hybridization device H is a conventional mixing equipment called, in particular by the company "Nara Machinery" is offered. In the hybridization process, fine particles are applied to or in the surface of a core material. The system works with mechanical energies such as impact, pressure and shear. The (premixed) powder is dispersed in the gas flow generated by the rotor. Due to the mechanical energy input, the matrix particles adhere to the magnetic particles. The particle dispersion and surface modification (the magnetic particle) occurs simultaneously. The JP62083029 "METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE MODIFICATION OF SOLID PARTICLE" describes a hybridizer.

Folgende Patentliteratur beschreibt Partikelbeschichtungen, die Hybridizer verwenden: Die EP2462199 A1 , die WO2012105060 A1 und die WO2012126600 A2 . Dabei werden große Teilchen (sogenannte Mutterpartikel) mit kleinen Teilchen (sogenannte Babypartikel) auf der Oberfläche beschichtet. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine Oberflächenmodifizierungsvorrichtung bzw. Hybridizer eingesetzt, die einen Hochgeschwindigkeitsrotor, einen Stator und ein kugelförmiges Gefäß, vorzugsweise umfassend innenliegende Messer, umfasst. Der Einsatz von NARA Hybridization Systemen, die vorzugsweise einen Rotor-Aussendurchmeser von 1 18 mm aufweisen, insbesondere von einem Hybridization System mit der Bezeichnung NHS-0 oder NHS-1 der Firma Nara Machinery Co., Ltd., hat sich in diesem Zusammenhang besonders bewährt. Die Mutterpartikel und die Babypartikel werden gemischt, vorzugsweise feinstverteilt und in den Hybridizer eingebracht. Dort wird die Mischung vorzugsweise weiter feinstverteilt und vorzugsweise wiederholt mechanischen Kräften ausgesetzt, insbesondere Stoßkräften, Kompressionskräften, Reibungskräften und Scherkräften sowie den gegenseitigen Wechselwirkungen der Teilchen, um die Babyteilchen in den Mutterteilchen einheitlich einzubetten. The following patent literature describes particle coatings using hybridizers: The EP2462199 A1 , the WO2012105060 A1 and the WO2012126600 A2 , Large particles (so-called mother particles) are coated on the surface with small particles (so-called baby particles). For this purpose, a surface modification device or hybridizer is preferably used which comprises a high-speed rotor, a stator and a spherical vessel, preferably comprising internal knives. The use of NARA hybridization systems, which preferably have a rotor outer diameter of 1 18 mm, in particular from a hybridization system with the designation NHS-0 or NHS-1 from Nara Machinery Co., Ltd., has become particularly relevant in this connection proven. The mother particles and the baby particles are mixed, preferably finely divided and introduced into the hybridizer. There, the mixture is preferably further finely divided and preferably repeatedly subjected to mechanical forces, in particular impact forces, compressive forces, frictional forces and shear forces and the mutual interactions of the particles to uniformly embed the baby particles in the mother particles.

Das hochenergetische Mischungsverfahren MI bricht die Agglomerate von magnetischen Partikeln sowie von Matrixpartikeln auf und führt zu einer homogenen Mischung der magnetischen und nichtmagnetischen Partikel. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die magnetischen Partikel 1 in einem ersten Schritt trocken und gegebenenfalls zur Vermeidung einer möglichen Selbstentzündung unter einer in Inertgasatmosphäre bzw. Schutzgasatmosphäre, mit Matrixpartikeln eines Matrixpulvers 3 mittels der herkömmlichen Hybridizer-Technik, wie sie beispielsweise von der Firma „Nara Machinery“ angeboten wird, gemischt. Partikel des Matrixpulvers 3 können organisch oder anorganisch sein. Organische Materialien sind in beispielsweise PPS, PA oder EP. Anorganische Materialien sind beispielsweise niedrigschmelzende Glaspulver. Vorteilhaft erweist sich die Verwendung einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung H in Form eines herkömmlichen Hybridizers ebenso in der Vereinzelung von Agglomeraten aus nanoskaligen magnetischen Partikeln während des Misch- und Beschichtungsvorgangs. Dies ist von großer Bedeutung für das Erreichen einer homogenen Partikelmischung und eine wesentliche Herausforderung in der Beschichtung von Nanopartikeln 9. Das mit der vorgeschlagenen Technik hergestellte Gemisch ermöglicht, bei geeigneten Größen- und Mengenverhältnis von magnetischen Partikeln 1 zu Partikeln eines Magnetpulvers 3, Permanentmagnete mit hohen Füllgraden herzustellen, die eine große Magnetisierung bewirken. Die Funktion der Matrixmaterialien ist sowohl die elektrische Isolation einzelner magnetischer Partikel voneinander, als ebenso die Verbindung der magnetischen Partikel 1 zu einem Volumenkörper. Durch die Verwendung von organischen oder anorganischen Materialien der Partikel des Matrixpulvers 3 mit Prozesstemperaturen unterhalb der kritischen Kristallitwachstumstempteratur der magnetischen Partikel bleibt die magnetisch vorteilhafte Mikrostruktur erhalten. Dies steht im Gegensatz zum Kristallitwachstum bei Verwendung herkömmlicher Sinterverfahren. 2 zeigt wie ein vorab grob gemischtes Pulver aus magnetischen Partikeln 1 und Matrixpartikeln 3 in einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung H gemischt und damit hybridisiert werden. In der Hybridisierungseinrichtung H erfolgt eine Vereinzelung der Vormischung und eine Beschichtung der magnetischen Partikel 1 mit Partikeln des Matrixpulvers, die beispielsweise Mikropartikel 11 oder Nanopartikel 13 sein können. The high-energy mixing method MI breaks up the agglomerates of magnetic particles and of matrix particles and leads to a homogeneous mixture of the magnetic and non-magnetic particles. According to the method of the invention, the magnetic particles 1 dry in a first step and optionally to avoid a possible spontaneous ignition under a inert gas atmosphere or Inert gas atmosphere, with matrix particles of a matrix powder 3 by means of the conventional hybridizer technique, as it is offered for example by the company "Nara Machinery" mixed. Particles of the matrix powder 3 can be organic or inorganic. Organic materials are in, for example, PPS, PA or EP. Inorganic materials are, for example, low-melting glass powders. Advantageously, the use of a high-energy hybridization device H in the form of a conventional hybridizer also turns out to be the singling of agglomerates of nanoscale magnetic particles during the mixing and coating process. This is of great importance for achieving a homogeneous particle mixture and a major challenge in the coating of nanoparticles 9 , The mixture prepared by the proposed technique makes it possible, given a suitable size and quantity ratio of magnetic particles 1 to particles of a magnetic powder 3 To produce permanent magnets with high fill levels, which cause a large magnetization. The function of the matrix materials is both the electrical isolation of individual magnetic particles from each other, as well as the connection of the magnetic particles 1 to a solid. By using organic or inorganic materials of the particles of the matrix powder 3 with process temperatures below the critical crystallite growth temperature of the magnetic particles, the magnetically advantageous microstructure is retained. This is in contrast to the crystallite growth using conventional sintering techniques. 2 shows like a pre-coarsely mixed powder of magnetic particles 1 and matrix particles 3 are mixed in a high-energy hybridization device H and hybridized with it. In the hybridization device H, a singling of the premix and a coating of the magnetic particles takes place 1 with particles of the matrix powder, for example microparticles 11 or nanoparticles 13 could be.

3 zeigt Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Zwischenprodukte. Ein erfindungsgemäßes mechanisches Mischen MI bewirkt eine homogene Mischung der magnetischen Partikel 1 und der nichtmagnetischen Partikel eines Matrixpulvers 3. 3 zeigt auf der linken Seite die vorteilhafte Ausführung der Mischung bei der die magnetischen Partikel 1 von einer Lage der wesentlich kleineren Partikel des Matrixpulvers 3 vollständig bedeckt sind. Die matrixbeschichteten Partikel 5 sind hier vollständig bedeckte Mikropartikel 7 oder Nanopartikel 9 des Magnetpulvers. 3 zeigt alternativ eine weitere vorteilhafte Ausführung der Mischung, bei der magnetische Partikel 1 von einer Lage der wesentlich kleineren Partikel des Matrixpulvers 3 teilweise bedeckt sind. Entsprechend sind die erzeugten Mikropartikel 7 und Nanopartikel 9 des Magnetpulvers von Mikropartikel oder Nanopartikel des Matrixpulvers bedeckt. Mittels des erfindungsgemäßen mechanischen Mischens werden beispielsweise um mindestens eine Größenordnung kleinere Partikel eines Matrixpulvers 3 auf der Oberfläche der magnetischen Partikel 1 angehaftet. Dabei bildet sich eine teilweise oder besonders vorteilhaft vollständig geschlossene einlagige Schicht von Partikeln des Matrixpulvers 3 auf den magnetischen Partikeln 1 aus. Die Schichtdicke ist demnach durch den Durchmesser der Partikel des Matrixpulvers 3 bestimmt. Dieser Durchmesser kann beispielsweise wenige Nanometer bis einige 100 Nanometer sein. Für mikrometergroße Magnetpartikel bzw. Mikropartikel 7, die beispielsweise mittels eines Rascherstarrungsverfahrens gewonnen worden sind, ist der Anteil der Matrix auf weniger als 10 Vol.-% beschränkt. Die homogenen Ummantelung von magnetischen Partikeln 1 mit Matrixpartikeln ermöglicht in den darauffolgenden Verfahrensschritten einen Volumenmagneten mit maximierten Wechselstromwiderstand und reduzierten Wirbelstromverlusten bei zugleich lediglich geringer Reduktion der magnetischen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen seltenerdbasierten Sintermagneten herzustellen. 3 zeigt einmal eine geschlossene Lage von Matrixpartikeln um Magnetpartikel 1 bzw. Mikropartikel 7 oder Nanopartikel 9. 3 zeigt alternativ eine teilweise geschlossene Lage von Matrixpartikeln um Magnetpartikel 1, die Mikropartikel 7 oder Nanopartikel 9 sind. 3 zeigt Zwischenprodukte nach dem erfindungsgemäßen mechanischen Mischen insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre und bei einer bevorzugten Mischtemperatur. Das Mischen kann zusätzlich bei gleichzeitigem Ausführen von Rotations- oder Schüttel-Bewegungen ausgeführt werden. 3 shows exemplary embodiments of intermediates according to the invention. An inventive mechanical mixing MI causes a homogeneous mixture of the magnetic particles 1 and the non-magnetic particle of a matrix powder 3 , 3 shows on the left side the advantageous embodiment of the mixture in which the magnetic particles 1 from a layer of the much smaller particles of the matrix powder 3 are completely covered. The matrix-coated particles 5 Here are completely covered microparticles 7 or nanoparticles 9 of the magnetic powder. 3 shows alternatively a further advantageous embodiment of the mixture, wherein the magnetic particles 1 from a layer of the much smaller particles of the matrix powder 3 partially covered. Accordingly, the microparticles produced are 7 and nanoparticles 9 of the magnetic powder covered by microparticles or nanoparticles of the matrix powder. By means of the mechanical mixing according to the invention, for example, at least one order of magnitude smaller particles of a matrix powder 3 on the surface of the magnetic particles 1 adhered. In this case, a partially or particularly advantageously completely closed single-layer layer of particles of the matrix powder is formed 3 on the magnetic particles 1 out. The layer thickness is therefore determined by the diameter of the particles of the matrix powder 3 certainly. This diameter can be, for example, a few nanometers to several 100 nanometers. For micron-sized magnetic particles or microparticles 7 For example, obtained by a rapid solidification process, the proportion of the matrix is limited to less than 10% by volume. The homogeneous sheath of magnetic particles 1 With matrix particles, it is possible in the subsequent process steps to produce a volume magnet with maximized AC resistance and reduced eddy current losses, while at the same time only reducing the magnetic properties in comparison to conventional rare earth-based sintered magnets. 3 shows once a closed position of matrix particles around magnetic particles 1 or microparticles 7 or nanoparticles 9 , 3 alternatively shows a partially closed layer of matrix particles around magnetic particles 1 , the microparticles 7 or nanoparticles 9 are. 3 shows intermediates after mechanical mixing according to the invention, in particular under a protective gas atmosphere and at a preferred mixing temperature. In addition, the mixing can be carried out while rotating or shaking at the same time.

4 zeigt Ausführungsbeispiele zusätzlicher Verfahrensschritte. 4 zeigt wie eine Pulvermischung gemäß 3 in eine Form umgefüllt, unter einem externen beispielsweise magnetischen Feld M, vorzugsweise transversal zu einer Pressrichtung eines Druckes P, orientiert und insbesondere gleichzeitig gepresst wird. Es werden Drücke P von einigen MPa bis GPa erzeugt. Gleichzeitig zum Orientieren und Formpressen oder nachgeschaltet wird ein Erstarren oder Aushärten der Matrix 3 thermisch oder chemisch aktiviert. Hierbei ist darauf zu achten, dass die zugeführte thermische Energie unterhalb des kritischen Werts für das Kristallitwachstum der magnetischen Partikel 1 liegt, sodass der Vorteil der nanokristallinen Struktur erhalten bleibt. In Folge der Bearbeitung entstehen Volumenprobekörper mit einem hohen Füllgrad von orientierten, homogenverteilten magnetischen Mikropartikeln 7 bzw. Nanopartikeln 9 in einer Matrix. Das unter den Prozessbedingungen viskose Matrixmaterial ermöglicht es den Magnetpartikeln 1 sich unter dem angelegten Druck in einer möglichst dichten Packung anzuordnen. 4 shows exemplary embodiments of additional method steps. 4 shows as a powder mixture according to 3 transferred to a mold, under an external, for example, magnetic field M, preferably transversely to a pressing direction of a pressure P, oriented and in particular pressed simultaneously. Pressures P are generated from a few MPa to GPa. At the same time for orientation and compression molding or downstream is a solidification or curing of the matrix 3 thermally or chemically activated. Care must be taken here that the thermal energy supplied is below the critical value for the crystallite growth of the magnetic particles 1 so that the advantage of the nanocrystalline structure is retained. As a result of processing arise bulk specimens with a high degree of filling of oriented, homogeneously distributed magnetic microparticles 7 or nanoparticles 9 in a matrix. The under the process conditions viscous matrix material allows the magnetic particles 1 to be arranged under the applied pressure in the most dense packing possible.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen kunststoffgebundenen Magnetwerkstoffs. 5 shows an embodiment of a conventional plastic-bonded magnetic material.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen matrixgebundenen Magnetwerkstoffs mit einem hohen Füllgrad, der erfindungsgemäß durch eine dünne Beschichtung mit Matrixpartikeln bewirkt wird. Der Füllgrad kann mittels Variation des Verhältnisses von magnetischen Partikeln 1 zu Partikeln der Matrix 3 eingestellt werden. Aufgrund des hohen Füllgrads ist das Energieprodukt eines erfindungsgemäßen Magneten signifikant größer als das von gängigen kunststoffgebundenen Magneten gemäß 5. Ebenso sind im erfindungsgemäßen Permanentmagneten Wirbelstromverluste deutlich reduziert im Vergleich zu den herkömmlichen Sintermagneten auf Seltenderdbasis. Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäß hergestellten Kompositmaterials, bestehend aus matrixbeschichteten Magnetpartikeln 1, in Verbindung mit der beschriebenen Kompaktierungsmethode ist die Möglichkeit einer endformnahen Fertigung von Magneten. Diese kann ebenso als Near-Net-Shape bezeichnet werden. Ein kosten- und zeitintensives Zerteilen von Magneten und anschließendes Zusammenfügen der Segmente ist erfindungsgemäß nicht notwendig. Zudem führt das Segmentieren zu Materialverlusten, die bei der erfindungsgemäßen Material- und Verfahrenskombination vermieden werden können. 6 shows an embodiment of a matrix-bonded magnetic material according to the invention with a high degree of filling, which is effected according to the invention by a thin coating with matrix particles. The degree of filling can be adjusted by varying the ratio of magnetic particles 1 to particles of the matrix 3 be set. Due to the high degree of filling, the energy product of a magnet according to the invention is significantly larger than that of common plastic-bonded magnets according to FIG 5 , Likewise, in the permanent magnet according to the invention eddy current losses are significantly reduced compared to the conventional Seltenderdbasis sintered magnets. Another advantage of a composite material produced according to the invention, consisting of matrix-coated magnetic particles 1 , in connection with the Kompaktierungsmethode described is the possibility of near net shape production of magnets. This can also be called a near-net shape. A costly and time-consuming division of magnets and subsequent assembly of the segments is not necessary according to the invention. In addition, the segmentation leads to material losses that can be avoided in the material and process combination according to the invention.

6 zeigt eine Ansicht von Endprodukten, zu deren Herstellung jedes magnetische Mikropartikel 7 bzw. Nanopartikel 9 zunächst mit einer Lage von mikroskaligen Matrixpartikeln 11 bzw. nanoskaligen Matrixpartikeln 13 beschichtet werden. Die einzelnen Magnetpartikel 1 werden in einem externen Magnetfeld M das vorzugsweise transversal zur Pressrichtung orientiert ist, ausgerichtet und verdichtet, bevor die Matrixpartikel 3 mittels einer Aktivierung verbunden werden. Die Matrix übernimmt zwei Funktionen. Erstens eine Verbindung der einzelnen Magnetpartikel 1 zu einem hochgefüllten Volumenmagneten und zweitens eine magnetische und elektrische Isolation zur Unterdrückung von Wirbelströmen. 6 zeigt beispielsweise einen Magneten der aus mikrometergroßen Magnetpartikeln 7 besteht die aus einem Rascherstarrungsprozess erhalten worden sind, wobei der Magnet einen Volumenfüllgrad von mehr als 90 Vol.-% aufweist. Dies ist wesentlich größer als der herkömmliche Füllgrad von < 80 Vol.-% für dieses Material. 6 shows a view of end products, for the production of each magnetic microparticles 7 or nanoparticles 9 initially with a layer of microscale matrix particles 11 or nanoscale matrix particles 13 be coated. The individual magnetic particles 1 are aligned and compressed in an external magnetic field M, which is preferably oriented transversely to the pressing direction, before the matrix particles 3 be connected by means of an activation. The matrix takes on two functions. First, a compound of the individual magnetic particles 1 to a highly filled volume magnet and secondly, a magnetic and electrical insulation for the suppression of eddy currents. 6 shows, for example, a magnet of micrometer-sized magnetic particles 7 which has been obtained from a rapid solidification process, wherein the magnet has a volume filling degree of more than 90% by volume. This is much larger than the conventional degree of filling of <80% by volume for this material.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, und einen entsprechenden Permanentmagnet, mit den Schritten:
mittels einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung H, insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre, bei einer eingestellten Betriebstemperatur, in einem trockenen Zustand ausgeführtes mechanischen Mischen MI eines aus magnetischen anisotropen Partikeln 1 bestehenden und eine nanokristalline Struktur aufweisenden Magnetpulvers mit Partikeln eines Matrixpulvers 3 und Erzeugen einer Matrixbeschichtung auf den magnetischen Partikeln 1;
Orientieren und Formgeben der in ein externes Kraftfeld M und in eine Form eingebrachten matrixbeschichteten Partikel 5. Es können hohe Füllgrade geschaffen werden. The invention relates to a method for producing a permanent magnet, and a corresponding permanent magnet, comprising the steps:
by means of a high-energy hybridization device H, in particular under a protective gas atmosphere, at a set operating temperature, performed in a dry state mechanical mixing MI one of magnetic anisotropic particles 1 existing and a nanocrystalline structure having magnetic powder with particles of a matrix powder 3 and creating a matrix coating on the magnetic particles 1 ;
Orientation and shaping of the matrix-coated particles introduced into an external force field M and into a mold 5 , It can be created high filling levels.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1752994 A1 [0009] EP 1752994 A1 [0009]
WO 2012126600 A2 [0015, 0050] WO 2012126600 A2 [0015, 0050]
EP 0523372 A1 [0015] EP 0523372 A1 [0015]
JP 62083029 A [0015] JP 62083029 A [0015]
JP 62083029 [0049] JP 62083029 [0049]
EP 2462199 A1 [0050] EP 2462199 A1 [0050]
WO 2012105060 A1 [0050] WO 2012105060 A1 [0050]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten, gekennzeichnet durch die Schritte: mittels einer hochenergetischen Hybridisierungseinrichtung (H), insbesondere unter einer Schutzgasatmosphäre, bei einer eingestellten Betriebstemperatur, in einem trockenen Zustand ausgeführtes mechanischen Mischen (MI) eines aus magnetischen anisotropen Partikeln (1) bestehenden und eine nanokristalline Struktur aufweisenden Magnetpulvers mit Partikeln eines Matrixpulvers (3) und Erzeugen einer Matrixbeschichtung; Orientieren und Formgeben der in ein externes Kraftfeld (M) und in eine Form eingebrachten matrixbeschichteten Partikel (5). Process for producing a permanent magnet, characterized by the steps: by means of a high-energy hybridization device (H), in particular under a protective gas atmosphere, at a set operating temperature, in a dry state mechanical mixing (MI) of a magnetic anisotropic particles ( 1 ) and a nanocrystalline structure having magnetic powder with particles of a matrix powder ( 3 ) and creating a matrix coating; Orientation and shaping of the matrix-coated particles introduced into an external force field (M) and into a mold ( 5 ).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Magnetpulvers Mikropartikel (7) sind, insbesondere Pulverplättchen sind und insbesondere aus einem Rascherstarrungsverfahren erzeugt wurden. A method according to claim 1, characterized in that the particles of the magnetic powder microparticles ( 7 ), in particular powder platelets, and in particular were produced from a rapid solidification process.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Magnetpulvers seltenerdfreie ferromagnetische anisotrope Nanopartikel (9) sind, die insbesondere synthetisiert wurden. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the particles of the magnetic powder rare earth-free ferromagnetic anisotropic nanoparticles ( 9 ), which in particular were synthesized.

Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Matrixpulvers Mikropartikel (11) oder Nanopartikel (13) sind und insbesondere um mindestens eine Größenordnung kleiner als die Partikel des Magnetpulvers sind. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the particles of the matrix powder microparticles ( 11 ) or nanoparticles ( 13 ) and in particular are smaller by at least an order of magnitude than the particles of the magnetic powder.

Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixpulver aus organischen oder anorganischen Partikeln besteht. A method according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the matrix powder consists of organic or inorganic particles.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material ein Kunststoff, insbesondere Phenyl Sulfid, Polyamid oder Epoxid, und das anorganische Material ein Glaspulver, insbesondere Lotglas, ist. A method according to claim 5, characterized in that the organic material is a plastic, in particular phenyl sulfide, polyamide or epoxy, and the inorganic material is a glass powder, in particular solder glass.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine Thermoplast oder ein Duroplast ist. A method according to claim 6, characterized in that the plastic is a thermoplastic or a thermosetting plastic.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch Synthetisieren von ferromagnetischen anisotropen Nanopartikeln. Method according to one of the preceding claims 3 to 7, characterized by synthesizing ferromagnetic anisotropic nanoparticles.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel einen Kern oder Kern-Schalenaufbau und insbesondere eine Schutzschicht aufweisen. A method according to claim 8, characterized in that the nanoparticles have a core or core-shell structure and in particular a protective layer.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mischen ein Komposit in Pulverform vorliegt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after mixing a composite is in powder form.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Orientieren und Formgeben gleichzeitig ausgeführt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the orientation and shaping are carried out simultaneously.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim oder nach dem Formgeben die Matrix erstarrt oder aushärtet. Method according to one of the preceding claims, characterized in that during or after molding, the matrix solidifies or cures.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstarren und/oder Aushärten aktiviert, insbesondere thermisch aktiviert, wird. A method according to claim 12, characterized in that the solidification and / or curing is activated, in particular thermally activated, is.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Magnetpulvers Co, Fe, Ni oder Mn aufweisen und/oder nasschemisch synthetisiert werden. Method according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the particles of the magnetic powder Co, Fe, Ni or Mn have and / or are synthesized wet-chemically.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem weichmagnetischen und die Schale aus einem hartmagnetischen Material bestehen oder umgekehrt ausgebildet sind. A method according to claim 9, characterized in that the core consists of a soft magnetic and the shell of a hard magnetic material or vice versa.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus Kohlenstoff besteht und mittels Lagerung der Nanopartikel für einen Zeitraum von einigen Stunden und Temperaturen im Bereich von circa 250°C bis 350°C in einer organischen Flüssigkeit erzeugt wurde. A method according to claim 9, characterized in that the protective layer consists of carbon and was produced by means of storage of the nanoparticles for a period of a few hours and temperatures in the range of about 250 ° C to 350 ° C in an organic liquid.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus Siliziumdioxid besteht und mittels Hydrolyse und Polykondensation von Silan-Verbindungen in einem polaren Lösungsmittel erzeugt wurde. A method according to claim 9, characterized in that the protective layer consists of silicon dioxide and was produced by means of hydrolysis and polycondensation of silane compounds in a polar solvent.

Permanentmagnet, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche erzeugt wurde. Permanent magnet, characterized in that it has been produced by means of a method according to one of the preceding claims.