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Permanentmagnet Die Erfindung betrifft Permanentmagneten mit einer leichten Magnetisierungsrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Magneten.
Die bekannten magnetischen Stoffe sind längs einer oder mehrerer Achsen am leichtesten magne- tisierbar, wobei die Magnetisierbarkeit in jeder der beiden Richtungen einer Achse gleich leicht erfolgt. Die magnetischen Eigenschaften dieser Stoffe werden nach verschiedenen Methoden gemessen und ausgewertet. Die beste Methode dieser Art ist wahrscheinlich die graphische Darstellung der Hysteresisschleife, die erhalten wird, wenn ein magnetisches Feld in solcher Weise auf das magnetische Material einwirkt, dass sich die Polarität zyklisch umkehrt.
Da die magnetischen Eigenschaften bezüglich der Magneti- sierungsachse symmetrisch umkehrbar waren, und zwar sowohl quantitativ als auch qualitativ, besitzen diese Magneten in einem starken Magnetfeld mindestens zwei stabile Stellungen.
Obwohl die bekannten magnetischen Stoffe für die Verwendung in den meisten Situationen ausreichten, führte die zunehmende Verwendung von elektronischen und elektrischen Anlagen zu einem Bedürfnis nach Apparaturteilen mit besonderen Eigenschaften. Die Entwicklung dieser und anderer technologischer Gebiete hat zu der Erkenntnis geführt, dass ein magnetisches Material mit einer leichten Magnetisierungsrichtung von Nutzen wäre, insbesondere wenn diese Eigenschaft \bei Temperaturen im Bereich der Raumtemperatur ausgenützt werden könnte. Es ist nun ein Ziel der Erfindung, einen Permanentmagneten mit einer leichten Magnetisierungsrichtung zu ermöglichen.
In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine Hysteresisschleife, welche Eigenschaften von gewöhnlichen Permanentmagneten wiedergibt, Fig. 2 eine verschobene Hysteresisschleife, welche die magnetischen Eigenschaften eines erfindungsgemässen bzw.
eines erfindungsgemäss hergestellten Zinn-Mangan-Magneten sowie die Hysteresisschleife eines Magneten gleicher Zusammensetzung, aber bekannter Verarbeitung darstellt, Fig. 3 eine Hysteresisschleife ähnlich wie in Fig. 2, jedoch für eine Mangan-Germanium-Legie- rung, und Fig. 4 eine Hysteresisschleife, welche die magnetischen Eigenschaften eines Magneten ähnlicher Zusammensetzung wie in Fig. 2 darstellt, der jedoch anders behandelt ist.
Der Permanentmagnet mit einer leichten Magne- tisierungsrichtung gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus 70-80 Atomprozent Mangan und im übrigen aus Zinn und oder Germanium besteht.
Das Verfahren besteht darin, dass man den Legierungskörper herstellt, die Legierung schnell von einer erhöhten Temperatur abkühlt und dann in einem angelegten magnetischen Feld auf eine Temperatur abkühlt, die unter der Temperatur liegt, bei welcher die verschobene Hysteresisschleifen-Charakteristik auftritt.
Die Hysteresisschleife 10 zeigt die magnetischen Eigenschaften der bekannten Magnettypen und ist in Fig. 1 dargestellt, wobei das Magnetisierungsfeld H in Oersted auf der Abszisse, die Magnetisierung M in Gauss auf der Ordinate aufgetragen ist. Bei steigender Feldstärke von Null auf höhere H-Werte in einer aus Zweckmässigkeitsgründen als positiv bezeichneten Richtung erreicht die Magnetisierung M des Materials für ein gegebenes Feld einen
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Maximalwert +M",",.
Wird das Feld -+-H aufgehoben, so nimmt der Wert der Magnetisierung längs der Entmagnetisierungskurve 11 bis auf +MR ab. Wird dann ein Feld umgekehrter Polarität angelegt, so nimmt die Magnetisierung des Materials weiter längs der Kurve 11 ab und schneidet die H-Achse bei dem Wert -He, wobei die Magnetisierung schliesslich bei weiterer Zunahme des Feldes in negativer Richtung den Wert -M",.;,, erreicht.
Wird das negative Feld aufgehoben, verändert sich die Magneti- sierung des Materials in entsprechender Weise auf -MR, wobei dieser Wert numerisch gleich mit +MR ist. Das Anlegen des positiven Feldes bewirkt dann einen Verlauf der Magnetisierung längs der Magnetisierungskurve 12, wobei diese die H-Achse bei dem Wert +He, einem mit -He numerisch gleichen Wert, schneidet.
Bei Verstärkung des positiven Feldes steigt die Magnetisierung des Materials auf den Wert + M.2,. Die Magnetisierungswerte M, die im vorliegenden Fall anstelle der Flussdichten B zur Aufzeichnung der Hysteresisschleifen verwendet wurden, sind gleich der Flussdichte (B), abzüglich des Magnetisierungfeldes (H), geteilt durch 4 jr, gemäss Formel: M = (B-H) /4z Die Hysteresisschleife 15 in Fig. 2 ist kennzeichnend für die Zinn-Mangan-Magneten (22 Atomprozent Zinn, Rest Mangan) gemäss der Erfindung.
Hier ist die Schleife gegen die negative Richtung des Feldes hin verschoben, so dass das Material in der positiven Richtung leichter magnetisiert wird. Die Maximalfelder -H","1 und +H",", sind quantitativ gleich und betragen ungefähr 10 000 Oersted, doch sind die Werte der Remanenzmagnetisierung MF beide positiv und die Koerzitivfeldstärken He beide negativ.
Zum Zwecke der Betrachtung werden die auf der Ent- magnetisierungskurve 16 der Schleife 15 gefundenen Magnetisierungs- und Feldstärken-Werte als Mal und H,1, die entsprechenden Werte auf der Magnetisie- rungskurve 17 als MR, und Heg bezeichnet.
Tabelle I gibt eine spezielle Legierungszusammensetzung innerhalb des oben angegebenen Bereiches wieder und zeigt die Magnetisierungs- und Feldwerte von Messungen bei 300 K (27 C) wieder:
EMI2.52
Tabelle 1 Zusammensetzung M M H H#2 Atom @u RIM R2 el c2 Mn Ge (EME) (EME) (KOE) (KOE) 76 24 +3,1 -1,9 -4,8 +3,2 Die Schleife 20 von Fig. 3 zeigt die Eigenschaften eines erfindungsgemäss behandelten Magneten, der aus 24 Atomprozent Germanium als Rest und im wesentlichen aus Mangan besteht.
Die gemessenen magnetischen Eigenschaften dieses Magneten sind in der folgenden Tabelle II wiedergegeben.
EMI2.56
<tb> Tabelle <SEP> 11
<tb> Zusammensetzung <SEP> Mhl <SEP> Mii2 <SEP> Ilel <SEP> H2
<tb> Atom <SEP> lo
<tb> Mn <SEP> Ge <SEP> (EME) <SEP> (EME) <SEP> (KOE) <SEP> (KOE)
<tb> 76 <SEP> 24 <SEP> +3,1 <SEP> -1,9 <SEP> -4,8 <SEP> +3,2
Wie schon erwähnt, ist die Behandlung, welcher die Legierungen unterzogen werden müssen, für die Herstellung von Magneten mit den durch die verschobenen Hysteresisschleifen angezeigten magnetischen Eigenschaften wesentlich. Die folgenden Erwägungen stellen eine Hypothese des Mechanismus dar, durch den die Magneten wahrscheinlich ihre ungewöhnlichen Eigenschaften erhalten.
Wahrscheinlich muss sowohl eine atomare als auch eine magnetische Heterogenität vorliegen, damit sich die eine leichte Magnetisierungsrichtung entwickelt, d. h. es müssen einige Regionen mit ferromagnetischer und antiferromagnetischer Ordnung zur Verschiebung der Hysteresisschleife vorhanden sein.
Die gewünschte atomare und magnetische Heterogenität in den Zinn-Mangan-Legierungen wurde durch Giessen und Abschrecken der geschmolzenen Legierung erzielt. Bei den Germanium-Mangan-Le- gierungen war eine langsame Abkühlung der Legierung von l000 K auf Raumtemperatur wirksam. Bei einem Versuch, die für die Hysteresisschleifen- verschiebung erforderliche atomare und magnetische Heterogenität zu prüfen, wurden Proben gleicher Zusammensetzung wie in Tabelle I bei höheren Temperaturen, d. h. bei etwa 500 C, während längerer Zeitspannen, d. h. während 5 Tagen, geglüht und dann in einem Magnetfeld von 5000 Oersted von 520 auf 300 K gekühlt.
Anhand der Hysteresis- schleife 21 in Fig. 4 ist leicht zu erkennen, dass die Schleife vollständig symmetrisch ist. Es ist anzunehmen, dass diese Zerstörung der unidirektionalen Eigenschaften durch die Entwicklung einer atomaren und magnetischen Fernordnung bedingt war.
Bei den Germanium-Mangan-Legierungen führte ein Abschrecken von 1000 K auf Raumtemperatur zur Zerstörung der asymmetrischen magnetischen Eigenschaften. Es ist bekannt, dass die Legierung in diesem Zustand einen im wesentlichen vollständigen atomaren Ordnungszustand besitzt und daher magnetisch homogen ist.
Bei den magnetisch heterogenen Legierungen ist anzunehmen, dass die Ausrichtung der Momente sowohl innerhalb der ferromagnetischen als auch der antiferromagnetischen Regionen durch Abkühlung in einem Magnetfeld bewirkt wird, wobei ein Feld im Bereich um 5000 Oersted im allgemeinen ausreicht. Selbstverständlich können auch schwächere Felder zu einer Ausrichtung der magnetischen Momente innerhalb des Magneten verwendet werden. Obwohl das magnetische Feld nur gerade oberhalb der Temperatur angelegt werden müsste, bei welcher
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der Schleifenverschiebungseffekt beginnt, ist es aus praktischen Gründen meistens einfacher, das Feld kontinuierlich während der gesamten Kühlungsbehandlung anzulegen.
Die Wirkung des Weglassens des Magnetfeldes während des Kühlens ist klar aus den Schleifen 25 und 30 in den Fig.2 und 3 zu erkennen. Diese Proben besassen die gleiche Zusammensetzung wie die zur Aufnahme der Schleifen 15 und 20 verwendeten Proben. Aus den Zeichnungen ergibt sich klar, dass beide Schleifen vollständig symmetrisch sind und dass keine unidirektionalen magnetischen Eigenschaften vorhanden sind.