Woraus sind Scheibenmagnete gemacht? Der vollständige Leitfaden

Scheibenmagnete, auch Rundmagnete oder zylindrische Magnete genannt, sind unglaublich nützlich für eine Vielzahl von Anwendungen. Aber woraus genau bestehen diese starken Magnete?

In diesem umfassenden Leitfaden finden Sie als Fachmann Scheibenmagnete HerstellerHier erfahren Sie alles, was Sie über die Zusammensetzung und Herstellung moderner Scheibenmagnete wissen müssen.

Ein Überblick über die Materialien von Scheibenmagneten

Die gebräuchlichsten Scheibenmagnete werden heute aus folgenden Materialien hergestellt Neodym-Eisen-Bor (NdFeB). Auch bekannt als Neodym-Magnete oder Neo-Magnete, bietet NdFeB die höchste magnetische Stärke pro Volumeneinheit aller Dauermagnetmaterialien.

NdFeB-Scheibenmagnete bestehen aus Neodym, Eisen und Bor als Hauptbestandteilen. Andere Elemente wie Dysprosium, Praseodym, Kobalt, Nickel, Niob und Aluminium können in geringen Mengen hinzugefügt werden, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern.

So tragen beispielsweise Dysprosium und Praseodym zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bei. Kobalt erhöht die Curie-Temperatur. Nickel- und Kupferbeschichtungen schützen vor Oxidation.

Samarium-Kobalt (SmCo) ist ein weiterer wichtiger Seltenerdmagnetwerkstoff, der für Scheibenmagnete verwendet wird, wenn Hochtemperaturstabilität erforderlich ist. SmCo bietet eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung, obwohl seine Magnetstärke im Vergleich zu NdFeB geringer ist.

Außerdem gibt es Keramik- oder Ferritmagnetedie aus Strontiumcarbonat und Eisenoxidverbindungen bestehen. Sie sind zwar weniger leistungsstark als Seltenerdmagnete, haben aber den Vorteil, dass sie kostengünstig und korrosionsbeständig sind.

Herstellungsverfahren für NdFeB-Scheibenmagnete

Die Herstellung leistungsstarker NdFeB-Magnete erfordert die sorgfältige Kontrolle eines komplexen, mehrstufigen Präzisionsprozesses:

1. Legierungsbildung

Reines Neodym, Eisen, Bor und andere Elemente werden zunächst in Induktionsschmelzöfen zu einer Legierungsmischung zusammengeschmolzen. Das flüssige Legierungsgemisch wird dann in Barren gegossen.

2. Entfettung und Strahlfräsen

Die spröden Legierungsblöcke werden mit Wasserstoffgas dekrepitiert, um sie in ein magnetisches Pulver zu zerlegen. Dieses Pulver wird dann in einer Strahlmühle auf eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 3 Mikron fein gemahlen.

3. Drücken Sie .

Das NdFeB-Pulver wird mit extremen axialen, transversalen oder isostatischen Druckmethoden in eine Matrize gepresst. Zur Ausrichtung der Pulverteilchen wird ein magnetisches Feld angelegt.

4. Sintern

Der komprimierte "grüne" Magnetkörper wird bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt gesintert, wodurch die Partikel miteinander verschmelzen. Der Magnet schrumpft und verdichtet sich während dieses Prozesses.

5. Glühen und Abschrecken

Der gesinterte Magnet wird schnell erhitzt, getränkt und abgekühlt (abgeschreckt), um die optimale metallurgische Mikrostruktur und Kristallanordnung zu erreichen.

6. Bearbeitung

Der spröde gesinterte Magnetblock muss mit Diamantschneidewerkzeugen auf die endgültigen Abmessungen zugeschnitten und geschliffen werden. Löcher und andere komplexe Formen können mit EDM-Maschinen drahtgeschnitten werden.

7. Beschichtung und Plattierung

Eine Schutzschicht wie Nickel-Kupfer-Nickel wird zum Schutz vor Korrosion aufgetragen. Es können auch andere funktionelle Beschichtungen hinzugefügt werden.

8. Magnetisierung

Der fertige Magnet erhält in einem Magnetisierer einen starken Sättigungsimpuls, um die magnetischen Domänen für eine optimale magnetische Leistung auszurichten.

Und das sind die wichtigsten Schritte zur Herstellung moderner Neodym-Scheibenmagnete! Als Nächstes wollen wir das Herstellungsverfahren für gebundene und keramische Magnete untersuchen.

Wie gebundene Scheibenmagnete hergestellt werden

Gebundene Magnete haben einen anderen Ansatz in der Produktion:

1. Strahlfräsen

Wie gesinterte Magnete beginnen auch gebundene Magnete mit einer dekrementierten NdFeB-Legierung, die zu einem Magnetpulver fein gemahlen wird. In der Strahlmühle wird ein bindendes Polymer hinzugefügt, um die Mischung zu homogenisieren.

2. Vermischung mit Polymer

Das Pulver wird dann mit einem Kunststoff- oder Elastomer-Bindemittel sowie mit Gleitmitteln und Aushärtungsmitteln vermischt. Ziel ist es, jedes Pulverteilchen gleichmäßig zu beschichten.

3. Pressen und Aushärten

Die Ausgangsstoffmischung wird durch Pressen oder Spritzgießen in die Form des Scheibenmagneten gepresst. Sie härtet bei erhöhter Temperatur aus, wodurch das Polymer um die Pulverpartikel herum aushärtet.

4. Magnetisierung

Der ausgehärtete gebundene Magnetkörper kann wie ein gesintertes Teil magnetisiert werden. Aufgrund des nichtmagnetischen Bindemittels, das Volumen beansprucht, ist die Magnetkraft bei gleicher Größe jedoch geringer.

5. Beschichtung (optional)

Nach der Magnetisierung kann eine Schutzschicht aufgetragen werden, um die Korrosions- und Kratzfestigkeit zu erhöhen.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass gebundene Scheibenmagnete die Sinterphase durch eine verteilte Polymermatrix ersetzen, die die magnetischen Teilchen zusammenhält.

Das Bindemittel ermöglicht komplexere Formen, begrenzt aber die thermische und magnetische Leistung. Betrachten wir nun die konventionelle Herstellung von Keramikmagneten.

Zusammensetzung und Herstellung von keramischen Scheibenmagneten

1. Vorbereitung des Pulvers

Scheibenmagnete beginnen mit der Pulveraufbereitung. Eisenoxid wird aus einem Eisenvorprodukt reduziert und zu einer feinen Partikelgröße von etwa 2 Mikron kugelgemahlen. Nach Desoxidation und Trocknung weist das resultierende Eisenpulver ein weiches ferromagnetisches Verhalten auf.

Das Strontiumcarbonatpulver wird ebenfalls gewogen und gemahlen, um die gewählte Stöchiometrie zu erreichen.

2. Mischen und Kalzinieren

Das Eisen- und Strontiumcarbonatpulver wird gründlich gemischt, um die Homogenität der gesamten Charge zu gewährleisten. Das gemischte Pulver wird bei 900-1000 °C kalziniert, um flüchtige Verbindungen wie CO2 und die Oberflächenchemie des Pulvers anpassen.

3. Verdichtung

Nach dem Kugelmahlen und der Zugabe von Bindemitteln wird das Keramikpulver mit Hilfe eines Magnetfeldes zu Scheibenmagnet-Grünlingen verdichtet, ähnlich wie bei den NdFeB-Pendants. Ein Druck von etwa 100-300 MPa ist erforderlich, um die erforderliche Rohdichte zu erreichen.

4. Sintern

Die verdichteten Ferritscheiben werden dann in einer stark oxidierenden Ofenatmosphäre bei ca. 1200 °C gebrannt, um eine vollständige Verdichtung zu erreichen, ohne den Eisenoxidgehalt zu verringern.

5. Bearbeitung und Prüfung

Die gesinterten Ferritmagnete können bis zur Toleranz geschliffen werden, bevor die endgültigen Eigenschaften wie Magnetkraft und Widerstand geprüft werden. Es erfolgt keine weitere Magnetisierung, da der Ferrit bereits in der Verdichtungsphase magnetisiert wurde.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass die konventionelle Pulvermetallurgie eine wirtschaftliche Herstellung von keramischen Ferritmagneten ermöglicht, da sie einfache Ausgangsstoffe, eine unkomplizierte Verarbeitung und keine schweren Seltenen Erden erfordert.

Auswahl der richtigen Scheibenmagnetzusammensetzung

Nachdem wir nun einen Überblick über die Herstellungsverfahren der wichtigsten Scheibenmagnettypen gegeben haben, stellt sich die Frage, wie Sie das beste Material für Ihre Anwendung auswählen?

Hier ist eine kurze Vergleichstabelle, die den relativen Magnetische Stärke, Temperaturgrenzen, Korrosionsbeständigkeit und Kosten für die gängigen Scheibenmagnetwerkstoffe:

Neodym (NdFeB) Scheibenmagnete bieten mit großem Abstand die stärkste magnetische Leistung pro Volumeneinheit, sind jedoch anfällig für Oxidation und Magnetismusverlust bei Temperaturen über 80°C.

Samarium-Kobalt (SmCo) tauscht einen Teil der magnetischen Stärke von Neodym gegen eine weitaus höhere Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie gegen höhere Rohstoffkosten ein.

Gebundenes Neodym übernimmt die unübertroffene Leistung von NdFeB-Pulvern, kombiniert sie aber in einer leicht zu formenden Polymermatrix, die die maximale Betriebstemperatur senkt.

Endlich, keramische Magnete (Ferritmagnete) die aus Barium- oder Strontiumferrit bestehen, haben die geringste magnetische Leistung, jedoch die beste Korrosionsbeständigkeit und die besten thermischen Eigenschaften sowie sehr niedrige Kosten.

Die wichtigsten Erkenntnisse über die Zusammensetzung von Scheibenmagneten

Das ist der Abschluss unseres tiefen Einblicks in die modernen Scheibenmagnete hergestellt werden und wie die wichtigsten Herstellungsverfahren funktionieren. Hier sind einige der wichtigsten Erkenntnisse:

• Scheibenmagnete bestehen hauptsächlich aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), Samarium-Kobalt (SmCo), gebundenem NdFeB oder Keramik/Ferrit als Magnetmaterial.
• Neodym-Magnete bieten die höchste Festigkeit, haben aber eine geringere Wärme- und Korrosionsbeständigkeit. SmCo tauscht eine gewisse magnetische Leistung gegen eine radikal bessere thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit ein.
• Gebundene Magnete bieten eine mittlere magnetische Stärke und bequeme Formung, aber niedrigere Temperaturgrenzen. Keramik-/Ferritmagnete haben die geringste Leistung bei hervorragender thermischer und chemischer Beständigkeit.
• Fertigungsverfahren wie Induktionsschmelzen, Strahlfräsen, Pressen, Sintern, Bearbeiten, Beschichten und Magnetisieren verwandeln diese Legierungen in Präzisionsscheibenmagnete.
• Die Wahl der optimalen Scheibenmagnetzusammensetzung hängt von Ihren Anforderungen an die magnetische Stärke, den Betriebstemperaturbereich, die Umweltbeständigkeit, die mechanischen Anforderungen, die geometrischen Beschränkungen und das Budget sowie von anwendungsspezifischen Faktoren ab.

Ich hoffe, dieser Leitfaden hat Ihnen einen guten Einblick in die Materialwissenschaft und Technik moderner Scheibenmagnete gegeben. Lassen Sie es mich in den Kommentaren wissen, wenn Sie weitere Fragen haben!