CH358518A - Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Sinterkörpers - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Sinterkörpers

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CH358518A
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen    Sinterkörpers   In zahlreichen Anwendungsgebieten der Elektrotechnik werden magnetische Werkstoffe benötigt, die möglichst kleine    Hysterese-,   Wirbelstrom- und Nachwirkungsverluste aufweisen sollen. So werden    z.B.   bei den    Massekernen   für die Verwendung in der Fernmelde- und Hochfrequenztechnik verschiedenartige, elektrisch isolierende Zusätze zur Herabsetzung der    WirbelstromverIuste   verwendet, wobei die    Kerne   aus den Mischungen durch Formpressen ohne Sinterbehandlung hergestellt werden. Im allgemeinen haben diese Zusätze eine zum Teil erhebliche Herabsetzung der    Permeabilität   des Werkstoffes zur Folge. 



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen    Sinterkörpers   mit hoher    Permeabilität   und kleinen    Wirbelstromverlusten   unter Verwendung eines weichmagnetischen Metallpulvers hoher    Permeabilität   mit einem    Isolierstoffzusatz.   Dieser    Sinterkörper   kann neben kleinen    Wirbelstromverlusten   im Vergleich zu den bisher bekanntgewordenen    Massekernen   eine höhere    Permeabilität   aufweisen. Unter einem  weichmagnetischen    Sinterkörper    wird hier ein für die technische Verwendung fertiggeformtes elektromagnetisches Bauelement verstanden.

   Es wird unter  hoher    Permeabilität    verstanden, dass diese mindestens 1000 beträgt, und unter  kleinen    Wirbelstromverlusten ,   dass diese unterhalb 10 Watt/kg liegen. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein    Isolierstoffzusatz   aus einem Gemisch von mindestens zwei isolierenden Stoffen in kolloidaler Form, die unter den    Sinterbedingungen   mindestens teilweise miteinander chemisch reagieren, verwendet wird. Die Ausgangsgrösse der Teilchen des kolloidalen Zusatzes ist    zweckmässigerweise   kleiner als 10-3 mm, vorzugsweise in der Grössenordnung von 10-6 mm. Als IsolierstofFzusatz eignen sich besonders Gemische mit mindestens einer isolierenden Metallverbindung in kol-    loidaler   Form, z. B.

   Gemische aus mindestens zwei Oxyden, die unter den    Sinterbedingungen   mindestens teilweise miteinander chemisch reagieren. Gut geeignet sind z. B. Gemische aus    A1203   und    SiO2   oder aus    MgO   und    Si0,   Als Metalloxyd kann auch ein Oxyd des verwendeten Metallpulvers benützt werden und z. B. durch Erhitzen des Pulvers in    sauerstoff-   oder    wasser-      dampfhaltiger   Atmosphäre an der Oberfläche der Pulverkörner gebildet werden. Der    Isolierstoffzusatz   beträgt    zweckmässigerweise   0,5 bis höchstens 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das    Metallpulver-Isolier-      stoffgemisch.   



  Die nach dem Verfahren gemäss der    Erfindung   hergestellten    Sinterkörper   eignen sich auf Grund ihrer hohen    Permeabilität   und der bei ihnen auftretenden kleinen    Wirbelstromverluste   insbesondere für die Verwendung als verlustarme Kerne, z. B. als kleine    Trafo-      kerne,   als Ständer oder Läufer kleiner elektrischer Maschinen und dergleichen. Derartige Kerne mussten bisher aus paketierten gestanzten Blechen hergestellt werden. 



  Der Vorteil des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung beruht insbesondere darauf, dass sich an den Übergangsstellen von Korn zu Korn ein hoher elektrischer Übergangswiderstand erreichen lässt, während die    Permeabilität   dank der nur kolloidalen Dicke einer aus dem    Isolierstoffzusatz   gebildeten Isolierschicht auf den einzelnen Körnern nur    ein   e verhältnismässig geringe Einbusse erfährt.

   Die gegenseitige chemische Reaktionsfähigkeit der gemäss der    Erfindung   zu verwendenden    Isolierstoffkomponenten,   die durch den kolloidalen Zustand noch erheblich vergrössert wird, begünstigt die    Ausbildung   einer    zusammenhängenden   kolloidalen Schicht auf der    Oberfläche   der    Metallpulver-      teilchen   im Verlaufe des Herstellungsverfahrens. Es ist zweckmässig, die    .Sinterbedingungen   dem Reaktions- 

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    ablauf   zwischen den    Isolierstoffkomponenten   anzupassen. 



  Eine weitere Begünstigung dieser Verhältnisse kann durch geeignete Gestalt der Ausgangsteilchen sowie durch deren Verformung im Verlaufe des Herstellungsverfahrens eintreten. Dies wird anhand der Zeichnung erläutert, in der Gestalt und Lage der Teilchen in einem fertigen    Sinterkörper   schematisch, Schnittebene in    Pressrichtung,   dargestellt sind. 



  Die    Pressrichtungp   wird mit Vorteil so gewählt, dass sie senkrecht zur magnetischen    Flussrichtung   0 bei der späteren Verwendung des    Sinterkörpers   liegt. Durch die Wahl einer günstigen, z. B.    plättchenförn-iigen   Ausgangsform und die während des    Pressverfahrens   eintretende Deformierung der Ausgangsteilchen 1 kann erreicht werden, dass die Übergangsflächen in der Richtung des    WirbelstromMdes   2 gegenüber den Übergangsflächen in der magnetischen    Flussrichtung   3 sehr gross sind.

   Die    Deformierung   wirkt also im Sinne einer Erhöhung des    Wirbelstromwiderstandes   und einer Verringerung des magnetischen Widerstandes und damit im Sinne einer Erhöhung der    Permeabilität.   Anderseits wird beim Herstellungsverfahren zweckmässigerweise dafür Sorge getragen, dass bei den verschiedenen    Wärme-   und    Pressbehandlungen   die kolloidale Schicht nicht zerstört wird. 



  Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand eines Beispiel beschrieben. 



  Ein weichmagnetisches Metallpulver, gegebenenfalls ein Legierungspulver, möglichst mit    plättchen-      artiger   Kornform, z. B. ein    Weicheisenpulver      mit   etwa 0,3    mmmittlerer   Korngrösse    -plättchenförmigePulver-      teilchen   können bei einer Dicke bis    50,u   eine Länge und Breite bis über 1    mm   haben - wird mit    Amylacetat,   in welchem ein kolloidales Gemisch aus Aluminiumoxyd und    Siliziumoxyd   suspendiert ist,

   in einem Mischer oder in einer Kugelmühle bis zu extrem gleichmässiger Verteilung    gemischt.   Darauf wird das    Amylacetat   abgedampft und das erhaltene    Gemisch   in üblicher Weise    in   einer Matrize    verpresst.   Die Suspension ist    mit   Vorteil so bemessen, dass der nach der Verdampfung der    Suspensionsflüssigkeit   verbleibende Zusatz aus Aluminium- und    Siliziumoxyd   etwa zwei Gewichtsprozente bezogen auf die in die Matrize eingesetzte Gesamtpulvermenge beträgt.

   Die Bemessung des Isolierstoff    zusatzes   ist vorzugsweise derart, dass sich bei den weiteren Bearbeitungsverfahren    eine   zusammenhängende Isolierschicht um die    Metallpulverkörnchen   ausbilden kann; eine Bemessung über diese Menge hinaus führt zu einer dickeren Isolierschicht auf den Metallpulverkörnchen und damit zu einem unnötigen Permeabilitätsverlust. Die Weiterbearbeitung erfolgt auf die in der    Sintertechnik   bekannte Weise. Zweckmässigerweise wird der    Pressling   im Vakuum oder in Wasserstoffatmosphäre bei 900 bis 1100  C    vorgesin-      tert   und darauf bei 600 bis 800 C und bei 2 bis 6    t/cm2   heiss nachverdichtet oder bei 6 bis 8    t/cm2   kalt nachgepresst.

   Anschliessend wird der Körper einer Nachsinterung oder    Warmbehandlung   im Vakuum oder in Wasserstoffatmosphäre, vorzugsweise bei 900 bis 1300  C unterworfen. Die anschliessende Abkühlung erfolgt im allgemeinen langsam. Bei den Warmbehandlungen findet eine mindestens teilweise    chemische   Reaktion zwischen dem Aluminiumoxyd und dem    Silizium-      oxyd   unter Bildung von    Aluminiumsilikat   statt. 



  Bei einem auf diese Weise hergestellten Sinterkörper betrugen die Gesamtverluste, also    Hysterese-,   Wirbelstrom- und    Nachwirkverluste,   bei 10C00 Gauss weniger als 10    W/kg.   Ohne den kolloidalen    Isolierstoff=      zusatz   belaufen sich bei einem sonst gleichartig hergestellten entsprechenden    Sinterkörper   die Verluste auf mehr als 150    W/kg.   Die    Permeabilität   liegt bei 1000 und ist    somit   im Vergleich zu anderen    Messkernen,   deren    Permeabilitätswerte   meistens unter 200 liegen, verhältnismässig hoch. 



  Die oben angegebene    Nassmischung   von Ausgangspulver und    Isolierstoffzusatz   weist gegenüber der Trockenmischung erhebliche Vorteile auf, da sie eine wesentlich gleichmässigere Verteilung und besonders gute Haftung des kolloidalen Isolierstoffes an der Oberfläche des Metallpulvers ergibt. Die Flüssigkeit, in welcher die Kolloidale als    Sol   oder Gel enthalten sind, kann sowohl eine organische Flüssigkeit, wie das oben angegebene    Amylacetat   oder auch Wasser oder eine anorganische Salzlösung sein. 



  Es ist weiterhin vorteilhaft, Metallpulver, gegebenenfalls Legierungspulver, zu verwenden, die neben einer hohen    Permeabilität   einen verhältnismässig hohen spezifischen Widerstand aufweisen, wodurch die Wirbelströme innerhalb der Metallteilchen herabgesetzt werden. Aus diesem Grunde ist es zweckmässig, Metallpulver mit einem    Siliziumgehalt   zu verwenden, wie es bisher für die Herstellung von magnetischen Sinterwerkstoffen bereits verwendet worden ist.

   Bei schwer    verpressbarem   Eisenpulver mit 4 bis    6%      Si-Gehalt   wird ausser dem    Kolloidzusatz   mit Vorteil 20 bis    40%   leicht    verpressbares   Eisenpulver, d. h. ein Eisenpulver, das bei den zur Anwendung gelangenden    Pressdrucken   plastisch verformbar ist, beigegeben, wodurch das Gemisch gut    pressbar   wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Sinterkörpers mit hoher Permeabilität und kleinen Wirbelstromverlusten unter Verwendung eines weichmagnetischen Metallpulvers hoher Permeabilität mit einem Isolierstoffzusatz, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolierstoffzusatz aus einem Gemisch von mindestens zwei isolierenden Stoffen in kolloidaler Form, die unter den Sinterbedingungen mindestens teilweise miteinander chemisch reagieren, verwendet wird. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Isolierstoffteilchen in der Grössenordnung von 10-6 mm verwendet werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Isolierstoffkomponente eine isolierende Metallverbindung verwendet wird. <Desc/Clms Page number 3> 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Isolierstoffkomponente ein Metalloxyd verwendet wird. 4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierstoffzusatz ein kolloidales Gemisch aus A1203 und Si02 verwendet wird. 5.
    Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierstoffzusatz ein kolloidales Gemisch aus MgO und SiO2 verwendet wird. 6. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalloxyd ein Oxyd des weichmagnetischen Metallpulvers verwendet wird, derart, dass durch Vorbehandlung des Pulvers in sauerstoffhaltiger Atmosphäre an dessen Oberfläche eine Oxydschicht gebildet wird. 7. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung des weichmagnetischen Metallpulvers in wasserdampfhaltiger Atmosphäre durchgeführt wird. B.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffzusatz auf 0,5 bis 10 Gewichtsprozent bemessen wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein weichmagnetisches Metallpulver verwendet wird, das siliziumhaltig ist. 10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallpulver ein silizium- haltiges weichmagnetisches Eisenpulver verwendet und diesem 20 bis 40% leicht verpressbares Eisenpulver beigemischt wird. 11.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffzusatz in einer Suspension mit dem weichmagnetischen Metallpulver vermischt und das Gemisch nach dem Verdampfen der Suspensionsflüssigkeit verpresst wird und dass der Press- körper bei 900 bis 1100 C vorgesintert und bei 600 bis 800 C und 2 bis 6 t/cm' heiss nachverdichtet und anschliessend einer Nachsinterung bei 900 bis 1300 C unterworfen wird. 12. Verfahren nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Nachsinterung im Vakuum erfolgt. 13.
    Verfahren nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Nachsinterung in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt. 14. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass plättchenförmiges weichmagnetisches Metallpulver derart verpresst wird, dass die Press- richtung senkrecht zur magnetischen Flussrichtung bei der vorgesehenen Verwendung des Sinterkörpers liegt,
    so dass durch die während des Pressverfahrens eintretende Deformierung der Metallpulverteilchen beim fertigen Sinterkörper die Übergangsflächen in Richtung des Wirbelstromfeldes gegenüber den Übergangsflächen in der magnetischen Flussrichtunor möglichst gross sind.
CH358518D 1955-06-08 1956-06-05 Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Sinterkörpers CH358518A (de)

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