Neuer Fertigungsprozess für noch stärkere Neodym-Magnete

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Vor dem Sintern werden Neodym-Magnete in Gegenwart eines starken Magnetfelds in eine Form gepresst. Eine gleichförmige Pulvergranularität führt zu einer besseren Orientierung und somit zu einem leistungsstärkeren Neodym-Magneten.

Kontrolle der Mikrostruktur während des Sinterns

Die Kontrolle der Mikrostruktur während des Sinterns ist ein weiterer wichtiger technologischer Aspekt. Der polykristalline Körper von Neodym-Magneten besteht aus drei Phasen: Kristalline Teilchen (Nd₂Fe₁₄B), die die Hauptphase ausmachen, eine Nd-reiche Phase, die um diese kristallinen Teilchen erzeugt wird, und Korngrenzen bzw. die Grenzen zwischen den kristallinen Teilchen.

Anteil von Nd₂Fe₁₄B konnte deutlich gesteigert werden

Weil die Nd₂Fe₁₄B-Phase den Magnetismus erzeugt, gilt es den relativen Anteil von Nd₂Fe₁₄B durch Entfernen von Verunreinigungen so weit wie möglich zu erhöhen. Dank des technologischen Fortschritts konnte dieser Anteil von rund 90% im Jahr 1990 auf 97% oder mehr gesteigert werden.

Entfernen von Verunreinigungen in den Korngrenzen

Auch Verunreinigungen in den Korngrenzen müssen gründlich beseitigt werden. Die primäre Verunreinigung besteht aus einem Oxid des Nd (Nd₂O₃), das während der Nd-Oxidierung bei der Herstellung entsteht. Diese Nd-Oxide leisten nicht nur keinen Beitrag zu den magnetischen Eigenschaften dieser Magnete, sondern sind sogar ein wichtiger Faktor für verringerte Magnetleistung. Darüber hinaus können solche Verunreinigungen nicht entfernt werden, nachdem der Magnet geformt wurde. Deshalb werden unsere Magnete in einer sauerstoffarmen Umgebung mit einem Sauerstoffgehalt im ppm-Bereich hergestellt. Wie man sieht, ist die für die Herstellung von Neodym-Magneten erforderliche Technik erheblich anspruchsvoller, als für das einfache Gießen von Legierungsmagneten.

Dysprosium verbessert die Koerzitivkraft der Magnete

Dy (Dysprosium), ein Element der Seltenen Erden, wird hinzugefügt, um die Leistung von Neodym-Magneten zu verbessern. Dy ersetzt einen Teil des Nd an der Peripherie der kristallinen Partikel, um die Koerzitivkraft von Magneten zu verbessern. Weil jedoch Dy zu den Seltenen Erden gehört und sein Preis fluktuiert, haben Forscher nach Technologien zur Reduzierung der verwendeten Menge von Dy gesucht. Der HAL-Prozess von TDK bietet eine Lösung für dieses Problem.

HAL – High-Anisotropy field Layer

HAL steht für „High-Anisotropy field Layer“. Magnetische Anisotropie bezieht sich auf das magnetische Moment der Elektronen, die den Magnetismus in eine bestimmte Richtung ausrichten, was in einer bestimmten Orientierung resultiert, bei der das magnetische Material leicht magnetisiert werden kann.

Teilweiser Ersatz von Nd durch Dy erhöht die Koerzitivkraft

Es ist hinreichend bekannt, dass durch den Austausch eines Teils des Nd durch Dy die Koerzitivkraft des Magneten erhöht wird. Dies wäre vergleichbar mit der Art und Weise, wie die Süße des japanischen Gerichts Oshiruko (einer süßen Bohnensuppe) durch Zugabe einer kleinen Menge von Salz intensiviert werden kann. So kann die Zugabe von Dy in Neodym-Magneten mit dem schmackhaften Salzen von Oshiruko verglichen werden – wenn auch das Hinzuzufügen von Dy eine ausgereiftere Technik erfordert. Durch die Erhöhung der Menge an Dy, um die Koerzitivkraft des Magneten zu erhöhen, wird die Restflussdichte vermindert: Die Flussdichte ist ausschlaggebend für die Stärke des Magneten.

Spezielles Mischverfahren ermöglicht Schichten mit hohem Anisotropiefeld

In der Vergangenheit wurde zudem ein Mischverfahren basierend auf der Zugabe von Dy verwendet, um Schichten mit hohem Anisotropiefeld (HAL-Struktur) zu schaffen. In diesem Prozess werden zwei Legierungen in geeigneten Mengen vermischt – eine mit einem niedrigen Dy-Gehalt, die andere mit einem hohen Dy-Gehalt. Danach wird die Mischung gesintert, um das Dy gleichmäßig im gesamten polykristallinen Körper des Neodym-Magneten zu diffundieren. Da das Material jedoch bei hohen Temperaturen gesintert werden musste, bestand ein Nachteil dieses Verfahrens darin, dass das Dy tief in die kristallinen Partikel diffundiert wurde. Der HAL-Prozess von TDK bietet eine Lösung für dieses Problem. Durch Wärmebehandlung mit relativ niedrigen Temperaturen sorgt diese neue Technologie für eine gleichmäßige und dezentrale Ansammlung des Dy an der Peripherie der kristallinen Partikel und verbessert so die Magneteigenschaften.

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