DE60019697T2

DE60019697T2 - Herstellungsverfahren eines weichmagnetischen amorphen Körpers

Info

Publication number: DE60019697T2
Application number: DE60019697T
Authority: DE
Inventors: Isamu Sakai-shi Otsuka; Toru Toyonaka-shi Kawai; Atsunobu Hirakata-shi Shintani; Hiroshi Higashiosaka-shi Yamamoto; Isao Ikoma-shi Endo
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: EP1083580A2; EP1083580B1; JP2001073062A; EP1083580A3; DE60019697D1; US6368423B1; CA2317880A1; ATE294447T1; KR20010067174A; KR100650354B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung amorpher weichmagnetischer Körper unter Verwendung eines Glases mit einem niedrigen Erwei-chungspunkt als Bindemittel und auch als Isolator.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass amorphe weichmagnetische Legierungen ausgezeichnetere Eigenschaften in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit, Verschleißwiderstand, Festigkeit, magnetische Permeabilität etc. besitzen als kristalline Materialien. Diese Legierungen werden als magnetische Materialien verwendet, zum Beispiel für magnetische Kerne von verschiedenen Vorrichtungen zur Verwendung bei elektrischen oder elektronischen Anwendungen.
Die amorphe weichmagnetische Legierung liegt im Allgemeinen in Form eines dünnen Streifens, dünnen Drahtes oder Pulvers aus Gründen vor, welche sich aus dem Abschreckvorgang zur Gewährleistung des amorphen Zustandes ergeben. Sollen demzufolge Teile mit spezieller Gestalt unter Verwendung einer solchen Legierung in Form eines dünnen Streifens oder Drahtes erhalten werden, muss die Legierung zuerst zu einem Pulver pulverisiert werden und dann unter Erhitzen auf eine vorgegebenen Temperatur zu Körpern verpresst werden.
Das Pulver der amorphen weichmagnetischen Legierung muss zu einem Körper bei einer Temperatur geformt werden, welche niedriger liegt als die Kristallisationsanfangstemperatur der Legierung, um den amorphen Zustand beizubehalten. Das Legierungspulver kann bei dieser Temperatur jedoch nicht zu einer Masse verschmelzen. Amorphe weichmagnetische Körper werden daher durch Mischen eines Glaspulvers mit niedrigem Erweichungspunkt mit dem Legierungspulver hergestellt, um ein Materialpulver zu erhalten, Füllen die Materialpulvers in eine beheizbare Form, Formen des Materialpulvers in der Wärme bei einer Temperatur, welche höher ist als der Erweichungspunkt des Glases aber niedriger als die Kristallisationsanfangstemperatur des Legierungspulvers, um die Legierungsteilchen mit dem erweichten und als Bindemittel dienen Glas aneinander zu binden.
Wird das in die Form gefüllte Materialpulver auf die vorgegebene Formungstemperatur erhitzt, besitzt das pulverförmige Material viele Hohlräume zwischen den Teilchen, und besitzt daher insgesamt eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und ist dafür verantwortlich, dass ein großer Temperaturunterschied zwischen dem der Wand benachbarten Materialteil der Form und dem Materialteil in deren Mitte auftritt. Um das pulverförmige Material zum einheitlichen Formen zu Erhitzen, muss das Pulver etwa 20 bis etwa 40 Minuten erhitzt werden, was die Produktivität herabsetzt.
Wird das Pulver zu einem amorphen weichmagnetischen Körper mit unterschiedlicher Wandstärke geformt, nimmt das Pulver aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken weiterhin eine uneinheitliche Temperatur an und kann keinen Körper mit einheitlichen Eigenschaften liefern.
Andererseits tritt bei dem Versuch, die Form auf eine höhere Temperatur aufzuheizen, um dem Pulver einen erhöhte Wärmemenge zu verabreichen, die Aufheizzeit zu verkürzen und eine bessere Produktivität zu erzielen, ein noch größerer Temperaturunterschied zwischen dem Materialanteil nahe der Wand und dem Materialanteil in der Mitte auf, was das Problem beinhaltet, dass die Temperatur des ersteren Anteils die Kristallisationsanfangstemperatur der Legierung überschreitet, wenn der letztere Anteil die Bildungstemperatur erreicht, um ihm die amorphe Eigenschaft zu verleihen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körper zu ermöglich, indem ein Materialpulver zuerst zu einem Körper vorgeformt und der vorgeformte Köper ohne Pressen erhitzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die vorstehende Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen amorphen weichmagnetischen Körper her, indem ein Materialpulver zuerst zu einem Körper vorgeformt und der vorgeformte Körper ohne Pressen erhitzt wird.
Genauer gesagt, wird ein amorpher weichmagnetischer Körper aus einem Materialpulver hergestellt, welches ein Pulver einer amorphen weichmagnetischen Legierung, einem Glas mit einem Erweichungspunkt der niedriger ist als die Kristallisationsanfangstemperatur der Legierung, und ein Bindemittelharz umfasst, dadurch, dass das Materialpulver zur Vorformung in eine Form gepresst wird, um mithilfe des Bindevermögens des Harzes einen vorgeformten Körper herzustellen und Befeuern des vorgeformten Körpers ohne Pressen bei einer Temperatur, welche höher als der Erweichungspunkt des Glases und niedriger als die Kristallisationsanfangstemperatur der Legierung ist, um die Teilchen der Legierung mit dem Glas zu verbinden.
Das Materialpulver wird nach Einbringen in die Vorformungsform gepresst und dadurch mit dem Bindemittelharz zu einem vorgeformten Körper verfestigt.
Der erhaltene vorgeformte Körper wird ohne Pressen erhitzt, wobei das Bindemittelharz verdampft wird und das Glas erweicht, um die Teilchen der amorphen weichmagnetischen Legierung mit dem Glas zu verbinden. Erfindungsgemäß wird zuerst der vorgeformte Körper hergestellt, welcher kompakter ist als Pulver und daher eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt. Der vorgeformte Körper kann folglich beim Aufheizen mit einer erhöhten Temperaturaufheizrate in seiner Gesamtheit auf einer einheitlichen Temperatur gehalten werden ohne örtlich überhitzt zu werden.
Der vorgeformte Körper muss während des Aufheizens nicht gepresst werden und braucht daher nicht in einer Form untergebracht zu werden, sondern kann direkt in einem Ofen erhitzt werden. Das Herstellungsverfahren der Erfindung erzielt demzufolge eine höhere Produktivität und gewährleistet die Massenproduktion. Das Bindemittelharz kann weiterhin wirkungsvoller abgedampft werden, um im Körper in einer geringeren Menge zu verbleiben als wie wenn der vorgeheizte Körper nach Einbringen in eine Form beheizt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, welche ein Materialpulver I zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung welche ein Materialpulver II zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung, welche ein Materialpulver III zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, welche ein Materialpulver III' oder III'' zeigt;
5 schließt Darstellungen eine, welche ein Pulverbeschichtungsgerät wiedergeben;
6 ist eine Ansicht im Querschnitt eines hergestellten amorphen weichmagnetischen Körpers; und
7 ist ein Diagramm, welches die magnetische Permeabilität μ' eines aus dem Pulver III' hergestellten amorphen weichmagnetischen Körpers zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es werden die amorphen weichmagnetischen Legierungen, Gläser und Bindemittelharze zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Amorphe weichmagnetische Legierungen
Beispiele von verwendbaren amorphen weichmagnetischen Legierungen sind Fe-Legierungen (wie Fe-Si-B), Co-Legierungen (wie Co-Fe-Si-B) und dergleichen. Diese Legierungen besitzen eine Kristallisationsanfangstemperatur von üblicherweise etwa 500°C.
Pulver von amorphen weichmagnetischen Legierungen können nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt werden, wie dem Hochgeschwindigkeitswasserstrahlzerstäubungsverfahren und dem Flüsigkeitsrotationszerstäubungsverfahren.
Es ist erwünscht, dass das amorphe weichmagnetische Legierungspulver eine Teilchengröße bis zu etwa 250 μm besitzt. Die mittlere Teilchengröße beträgt, damit sie geeignet ist, etwa 30 bis etwa 100 μm.
Gläser
Das zu verwendende Glas ist eines, welches einen um etwa 80 bis etwa 400°C niedrigerem Erweichungspunkt aufweist als die Kristallisationsanfangstemperatur der amorphen weichmagnetischen Legierung. Der Erweichungspunkt beträgt vorzugsweise etwa 100 bis etwa 400°C, damit er eine Wärmebehandlung über einen breiten Temperaturbereich zulässt. Beispiele von Glasmaterialien dieses Typs sind Gläsern mit niedrigem Erweichungspunkt wie Bleioxid enthaltendes Boratglas (PbO·B₂O₃) und Dreikomponentengläser, umfassend das Boratglas im Gemisch mit ZnO und SiO₂.
Das Glas wird vorzugsweise in einem Anteil von 1 bis 20 Vol.-% verwendet, bezogen auf das Materialpulver. In diesem Bereich wird ein Anteil in Übereinstimmung mit der gewünschten magnetischen Permeabilität verwendet. Wird es in geringerem Anteil verwendet, kann das Glas nicht uneingeschränkt als Bindemittel wirken und verursacht Schwierigkeiten bezüglich des Verbackens des amorphen weichmagnetischen Legierungspulvers und beinhaltet die Wahrscheinlichkeit, dass die Legierungsteilchen gegeneinander nicht wirksam isoliert werden. Wird das Glas andererseits in überschüssiger Menge verwendet, resultiert eine zu hohe mechanische Festigkeit, wo hingegen der Anteil der amorphen weichmagnetischen Legierung im resultierenden Körper abnimmt, was die Wahrscheinlichkeit beinhaltet, dass der Körper keine zufrieden stellenden magnetischen Eigenschaften aufweist.
Bindemittelharze
Das zu verwendende Bindemittelharz ist ein Harzmaterial mit solchen Bindeeigenschaften, das es die Teilchen der Materialpulvers zu einer Masse verfestigt, welche bis zu einem gewissen Grad während der Vorformung verfestigt wird, was den vorgeformten Körper befähigt, die spezielle Gestalt aufrechtzuerhalten, nachdem er aus der Form zur Vorformung entnommen worden ist, sofern der Körper nicht einer übermäßigen Krafteinwir kung ausgesetzt wird. Beispiele für solche Bindemittelharze sind Epoxidharz, PVA und organische Bindemittel, einschließend weiches Phenolharz und Acrylharz.
Das Materialpulver wird, wie vorstehend beschrieben, aus der amorphen weichmagnetischen Legierung, Glas und Bindemittelharz hergestellt.
Materialpulver
Die verwendbaren Materialpulver schließen die folgenden drei Beispiele ein.
Pulver I: Ein Pulver, umfassend eine Mischung aus amorphem weichmagnetischem Legierungspulver, Glaspulver und Bindemittelharz.
Pulver II: Ein Pulver, umfassend eine Mischung aus Kompositteilchen, erhalten durch oberflächliches Beschichten eines amorphen weichmagnetischen Legierungspulvers mit Glas und ein mit den Teilchen gemischtes Bindemittelharz.
Pulver III: Ein Pulver, umfassend eines amorphes weichmagnetisches Legierungspulver, dessen Oberfläche sowohl mit Glas als auch mit Bindemittelharz beschichtet ist.
Die Materialpulver I bis III werden nach den nachstehend nacheinander beschriebenen Verfahren hergestellt.
Materialpulver I
Das Materialpulver I umfasst ein amorphes weichmagnetisches Legierungspulver, Glaspulver und Bindemittelharz. Das zu verwendende Bindemittelharz liegt in Form eines Pulvers, einer Flüssigkeit oder eines Gels vor. 1 ist eine schematische Darstellung, welche das Materialpulver zeigt, welches ein amorphes weichmagnetisches Legierungspulver 3, Glaspulver 32 und pulverförmiges Bindemittelharz 34 umfasst.
In dem Fall, in dem ein pulverförmiges Bindemittelharz verwendet wird, wird das Materialpulver durch Herstellen des amorphen weichmagneti schen Pulvers, Glaspulvers sowie Bindemittelpulvers und Zusammenmischen dieser Pulver erhalten. Besitzt das Legierungspulver eine Teilchengröße von etwa 100 bis etwa 150 μm, ist es wünschenswert, dass das Glaspulver eine Teilchengröße von etwa 3 bis etwa 7 μm aufweist und das Bindemittelharzpulver eine Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 10 μm besitzt. Beträgt die Teilchengröße des Legierungspulvers alternativ etwa 30 bis etwa 100 μm, ist es wünschenswert, dass das Glaspulver eine Teilchengröße von etwa 1 bis etwa 5 μm aufweist und das Bindemittelharzpulver eine Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 5 μm besitzt.
In dem Fall, in dem das zu verwendende Bindemittelharz in Form einer Flüssigkeit oder eines Gels vorliegt, wird durch Zusammenmischen des Legierungspulvers und des Glaspulvers und Zugeben des flüssigen oder gelförmigen Bindemittelharzes zu der Mischung oder zu den Legierungs- und Glaspulvern während des Zusammenmischens ein pastöses Materialpulver hergestellt. Vorzugsweise werden die Pulver miteinander gemischt oder das Bindemittelharz wird mit den Pulvern in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum gemischt.
Materialpulver II
Das Materialpulver II wird durch Mischen eines Bindemittelharzes 34 mit einem Pulver aus Kompositteilchen, welche durch Beschichten der Oberfläche eines amorphen weichmagnetischen Pulvers 3 mit einem Glas 36 erhalten wurden, hergestellt 2 ist eine schematische Darstellung, welche dieses Materialpulver zeigt.
Das Kompositteilchenpulver kann zum Beispiel unter Verwendung des in 5 dargestellten Pulverbeschichtungsapparates hergestellt werden. 5 schließt Ansichten ein, welche den Pulverbeschichtungsapparat zur Verwendung bei der Herstellung der Kompositteilchen zeigen, d. h. Ansichten im Schnitt entlang der Richtung rechtwinklig zur Achse eines zylindrischen Behälters 10 des Apparats in einer Stellung nahe einem Ende des Behälters.
Bezug nehmend auf 5, besitzt der zylindrische Behälter 10, welcher hermetisch abschließbar ist, in seinem Innern einen ersten Arm 12, der von einer Nabe 11, die an einer Welle 20 befestigt ist, sich radial erstreckt.
Der erste Arm 12 ist an seinem äußeren Ende mit einem Anpressteil 14 in Form eines sich axial zum Behälter 10 erstreckenden Balkens ausgerüstet, welcher an seiner äußeren Oberfläche einen bogenförmigen Querschnitt aufweist. Die Oberfläche des Anpressteils 14 weist von der inneren Oberfläche des Behälters 10 einen vorgegebenen Abstand auf, um Druck auszuüben und um ein Pulver 22 zu komprimieren. In der Gegenrichtung zum ersten Arm 12 erstreckt sich von der Nabe 11 des Behälters 10 ein zweiter Arm 16 in radialer Richtung. Der zweite Arm 16 ist an seinem äußeren Ende mit einem Schaber 18 in Form einer parallel zur Achse des Behälters 10 verlaufenden Platte ausgerüstet. Der Schaber ist so angeordnet, dass er die innere Oberfläche des Behälters beinahe berührt, um das Pulver 22 abzuschaben. An den Behälter 10 kann Vakuum oder eine Inertgasatmosphäre angelegt werden.
Die Welle 20 ist an eine Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt. Der erste Arm 12 und der zweite Arm 16 sind mit der schnell laufenden Welle 20 verbunden. 5(a) ist eine Ansicht, welche den Apparat mit dem Schaber 18 in der untersten Stellung zeigt, und 5(b) ist eine Ansicht, welche den Apparat mit dem Anpressteil 14 in der untersten Stellung zeigt.
Unter Verwendung dieses Pulverbeschichtungsapparates wird das Pulver der Kompositteilchen auf die folgende Weise hergestellt.
Der Behälter 10 wird mit einem amorphen weichmagnetischen Legierungspulver und einem Glaspulver beschickt und diese unter Abschaben mit dem Schaber 18 gerührt. Die Pulver werden dann gepresst, indem das Anpressteil 14 gegen die innere periphäre Oberfläche des Behälters 10 gepresst wird und dadurch einer intensiven Druckreibung ausgesetzt wird. Die Pulver werden auf diese Weise wiederholt bei hoher Geschwindigkeit behandelt, wobei die teilchenförmige Legierung und das teilchenförmige Glas miteinander an ihren Oberflächen verschmolzen und die Glasteilchen thermisch aneinander gebunden werden. Als Folge davon werden die amorphen weichmagnetischen Legierungsteilchen 3 unter Bildung der Kompositteilchen (vergleiche 2) mit einer Glasschicht 36 überzogen.
Die Glasschicht ist vorzugsweise bis zu etwa 3 μm dick, weil dann, wenn die Dicke 3 μm überschreitet, die Glasschicht für die Bildung von Chips verantwortlich ist und die Dicke ungleich wird, was zu einer schadhaften Isolation führt.
Um die Oxidation zu verhindern werden die Kompositteilchen in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum hergestellt. Es wird vorzugsweise Vakuum verwendet, weil dann keine Gasmoleküle anwesend sind, welche die Feststoff-Feststoff-Vereinigung behindern und folglich die Bildung von Kompositteilchen fördern würden.
Das erhaltene Kompositpulver wird mit einem Bindemittelharz in Form eines Pulvers, einer Flüssigkeit oder eines Gels auf die gleiche Weise wie im Fall des Pulvers I gemischt, um ein Materialpulver zu bilden.
Materialpulver III
Das Materialpulver III umfasst Kompositteilchen, welche durch oberflächliches Beschichten eines amorphen weichmagnetischen Legierungspulvers, mit beiden, mit Glaspulver und Bindemittelharz, hergestellt werden. 3 ist eine schematische Darstellung, die dieses Materialpulver zeigt.
Das amorphe weichmagnetische Legierungspulver kann mit dem zur Herstellung des Materialpulvers II verwendeten Pulverbeschichtungsapparat mit Glas und Bindemittelharz beschichtet werden. Wird der Apparat mit einem dem Behälter 10 zugeführten amorphen weichmagnetischen Legierungspulver, einem Glaspulver und einem Bindemittelharzpulver betrieben, werden die teilchenförmige Legierung, das teilchenförmige Glas und das teilchenförmige Harz an ihren Oberflächen miteinander durch eine Druckreibungswirkung verschmolzen, wobei die Oberflächen der Legierungsteilchen 3 mit einer Schicht 38 aus Glas und Bindemittelharz überzogen werden, um Kompositteilchen zu liefern.
Der Überzug auf den Oberflächen der Legierungsteilchen besitzt eine Dicke von bis zu etwa 3 μm, weil dann, wenn die Dicke 3 μm überschreitet, die Beschichtung für die Bildung von Chips verantwortlich ist und die Dicke ungleich wird, was zu einer schadhaften Isolation führt.
Zur Modifizierung des Materialpulvers III kann die Oberfläche der amorphen weichmagnetischen Teilchen 3 mit einer Glasschicht 36 und weiter hin mit einer auf der Schicht 36 gebildeten Bindemittelharzschicht 39 beschichtet werden, wie in 4 dargestellt, indem der Pulverbeschichtungsapparat mit den Legierungsteilchen und dem Glaspulver beschickt wird, die Legierungsteilchen mit dem Glas unter Bildung einer Glasschicht auf die Oberflächen der Legierungsteilchen beschichtet werden und danach der Apparat mit dem Bindemittelharzpulver beschickt wird [Das resultierende Pulver wird hierin nachstehend als "Pulver III' oder III''" bezeichnet].
In diesem Fall ist es erwünscht, dass die Glasschicht eine Dicke von bis zu etwa 3 μm besitzt, weil dann, wenn die Dicke 3 μm überschreitet, die Beschichtung für die Bildung von Chips verantwortlich ist und die Dicke ungleich wird, was zu einer schadhaften Isolation führt.
Das Bindemittelharz verdampft, wenn der vorgeformte Körper erhitzt wird, so dass dann, wenn die Bindemittelharzschicht eine übermäßige Dicke aufweist, der erzeugte amorphe weichmagnetische Körper viele Hohlräume aufweist, welche darin bleiben und wird wahrscheinlich eine schlechtere Festigkeit besitzen. Die Bindemittelharzschicht weist daher vorzugsweise eine Dicke von bis zu etwa 1 μm auf.
Herstellung eines vorgeformten Körpers
Das nach dem vorangehenden Verfahren hergestellte Materialpulver wird in eine Form zur Vorformung gefüllt und zur Formung verpresst. Der aufgebrachte Druck liefert einen vorgeformten Körper, in dem die Teilchen durch das Bindemittelharz verfestigt sind. Das Materialpulver wird folglich vorzugsweise bei Raumtemperatur geformt, kann jedoch, entsprechend dem Erweichungsgrad des Harzes, zum Formen auch in geeigneter Weise erwärmt werden. (Selbst in diesem Fall sollte die Aufheiztemperatur während des Pressens niedriger sein als der Erweichungspunkt des Glases).
Der beim Vorformen angewendete Druck beträgt vorzugsweise 500 bis 3000 MPa. Ein derart hoher Druck wird beim Vorformen angewendet, weil beim anschließenden Befeuerungsschritt kein Druck auf den vorgeformten Körper ausgeübt wird und weiterhin, weil die Kompaktheit des amorphen weichmagnetischen Körpers von dem bei der Vorformung verwendeten Druck bestimmt wird.
Bei der Vorformung wird ein kompakter massiger Körper erhalten. Bei der Entformung aus der Vorformungsform behält der vorgeformte Körper seine Gestalt bei, sofern er nicht einer übermäßigen Krafteinwirkung ausgesetzt wird.
Die Pulver III' und III'', bei denen die Legierungsteilchen oberflächlich mit der Glasschicht beschichtet sind und weiterhin die Glasschicht mit dem Bindemittelharz beschichtet ist, weist die Bindemittelharzschicht als äußerste Schicht eines jeden Teilchens auf. Das Pulver besitzt demgemäß den Vorteil, dass die Teilchen beim Pressen durch die Harzschicht auf der Teilchenoberfläche leicht zu einem Körper verfestigt werden und dass der erhaltene vorgeformte Körper formstabil ist.
Bildung eines amorphen weichmagnetischen Körpers
Der erhaltene vorgeformte Körper wird ohne Pressen erhitzt, wobei ein amorpher weichmagnetischer Körper erzeugt wird.
Die Aufheiztemperatur, d. h. die Befeuerungstemperatur, wird auf ein Niveau eingestellt, welches höher ist als der Erweichungspunkt des Glases und niedriger als die Kristallisationsanfangstemperatur der amorphen weichmagnetischen Legierung. Wird sie zum Beispiel aus der amorphen weichmagnetischen Fe-Legierung Fe-Si-B mit einer Kristallisationsanfangstemperatur von etwa 500°C und einem Boratglas mit einem Erweichungspunkt von etwa 320 bis etwa 400°C hergestellt, kann der vorgeformte Körper während 5 bis 30 Minuten mit einer Temperatur von etwa 400 bis etwa 480°C befeuert werden.
Wird der vorgeformte Körper auf eine Temperatur erhitzt, welche höher als der Erweichungspunkt des Glases ist, fließt das Glas. In diesem Zustand dringt das fließfähige Glas in die Hohlräume zwischen den Legierungsteilchen ein und füllt sie aus.
Das Glas wirkt als Bindemittel und verleiht dem erhaltenen amorphen weichmagnetischen Körper die gewünschte mechanische Festigkeit und dient auch als Isolator zwischen den Legierungsteilchen. Dies verleiht dem Körper den Vorteil geringerer Energieverluste infolge von Wirbelströmungen und eine geringere Abnahme der magnetischen Permeabilitätt im Hochfrequenzbereich.
Der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte amorphe weichmagnetische Körper besitzt eine magnetische Permeabilität μ' von etwa 20 bis etwa 100 und ist zur Verwendung als Umformer und Drosselspiralen geeignet.
Der nach dem Herstellungsverfahren der Erfindung erhaltene amorphe weichmagnetische Körper wird gleichzeitig mit dem Befeuern einer Entspannungstemperung unterworfen.
BEISPIELE
Es werden hierin nachstehend spezielle Beispiele beschrieben, in denen amorphe weichmagnetische Körper hergestellt werden.
<Herstellung von Materialpulvern>
Materialpulver I
Es wird ein Pulver aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung Fe₇₈Si₉B₁₃ (mit etwa 147 μm (100 mesh) maximaler Teilchengröße), einem Glaspulver aus PbO·B₂O₃·SiO₂-Glas (etwa 10 μm mittlere Teilchengröße, 360°C Erweichungspunkt) und einem als Bindemittelharz dienenden pulverförmigen Epoxidharz (etwa 147 μm (100 mesh) maximale Teilchengröße) hergestellt. Anteile an Legierungspulver, Glaspulver und Epoxidharz werden so abgewogen, dass sie in Anteilen von 80 Vol.-%, 5 Vol.-% bzw. 15 Vol.-% vorliegen, in eine Kugelmühle gefüllt und miteinander 24 Stunden gemischt, um ein Materialpulver I zu erhalten.
Materialpulver II
Es wird ein Pulver aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung Fe₇₈Si₉B₁₃ (mit etwa 147 μm (100 mesh) maximaler Teilchengröße) und einem Glaspulver aus PbO·B₂O₃·SiO₂-Glas (etwa 10 μm mittlere Teilchengröße, 360°C Erweichungspunkt) hergestellt. Anteile an Legierungspulver und Glaspulver werden so abgewogen, dass sie in Anteilen von 90 Vol.-% bzw. 10 Vol.-% vorliegen, in die Pulverbeschichtungsapparatur von 5 eingefüllt, welche betrieben wurde, um die als Basisteilchen dienenden Legierungsteilchen oberflächlich mit einer Glasschicht zu beschichten, wobei ein Kompositteilchenpulver erzeugt wurde. Die Legierungsteilchen der erhaltenen Kompositteilchen besaßen eine mittlere Größe von etwa 75 μm und die Glasschicht eine Dicke von etwa 2 μm.
Die pulverförmigen Kompositteilchen wurden in einem Anteil von 90 Vol.-% zusammen mit 10 Vol.-% als Bindemittelharz dienendem pulverförmigem Epoxidharz (etwa 147 μm (100 mesh) maximale Teilchengröße) in eine Kugelmühle eingefüllt und 24 Stunden miteinander gemischt, um ein Materialpulver II zu erzeugen.
Materialpulver III
Es wird ein Pulver aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung Fe₇₈Si₉B₁₃ (mit etwa 147 μm (100 mesh) maximaler Teilchengröße), einem Glaspulver aus PbO·B₂O₃·SiO₂-Glas (etwa 10 μm mittlere Teilchengröße, 360°C Erweichungspunkt) und einem als Bindemittelharz dienenden pulverförmigem Epoxidharz (etwa 147 μm (100 mesh) maximale Teilchengröße) hergestellt. Die Mengen an Legierungspulver, Glaspulver und Epoxidharz werden so abgewogen, dass sie in Anteilen von 80 Vol.-%, 10 Vol.-% bzw.10 Vol.-% vorliegen, in die Pulverbeschichtungsapparatur von 5 eingefüllt, die betrieben wurde, um die als Basisteilchen dienenden Legierungsteilchen oberflächlich mit einer Glasschicht und mit dem Bindemittelharz zu beschichten, wobei ein Kompositteilchen umfassendes Materialpulver III erzeugt wurde. Die Legierungsteilchen der erhaltenen Kompositteilchen besaßen eine mittlere Größe von etwa 85 μm und eine etwa 3 μm dicke Schicht aus Glas und Bindemittelharz.
Materialpulver III'
Es wird ein Pulver aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung Fe₇₅Si₁₂B_12,5 (mit etwa 147 μm (100 mesh) maximaler Teilchengröße), einem Glaspulver aus PbO·B₂O₃·SiO₂-Glas (etwa 10 μm mittlere Teilchengröße, 360°C Erweichungspunkt) und einer als Bindemittelharz dienenden PVB-Lösung hergestellt.
Als erstes wurden die Mengen Legierungspulver und Glaspulver abgewo gen, so dass sie in Anteilen von 95 Vol.-% bzw. 5 Vol.-% vorlagen, in die Pulverbeschichtungsapparatur von 5 eingefüllt, die betrieben wurde, um die als Basisteilchen dienenden Legierungsteilchen oberflächlich mit einer Glasschicht zu beschichten.
Dem erhaltenen Pulver wurden 5 Gew.-% PVB-Harz und 0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% als Gleitmittel dienende Stearinsäure zugesetzt und die erhaltene Mischung in einem Mischer geknetet, um die Glasschicht der Legierungsteilchen zusätzlich mit einer Bindemittelharzschicht zu überziehen, wobei ein Kompositteilchen umfassendes Materialpulver III' erzeugt wurde. Die Legierungsteilchen der erhaltenen Kompositteilchen besaßen eine mittlere Größe von etwa 85 μm und eine etwa 2 μm dicke Schicht aus Glas und eine etwa 0,5 μm dicke Bindemittelharzschicht.
Materialpulver III''
Es wird ein Pulver aus einer amorphen weichmagnetischen Legierung Fe₇₅Si₁₂B_12,5 (mit etwa 147 μm (100 mesh) maximaler Teilchengröße), einem Glaspulver aus PbO·B₂O₃·SiO₂-Glas (etwa 10 μm mittlere Teilchengröße, 360°C Erweichungspunkt) und einem als Bindemittelharz dienenden PVA-Lösung hergestellt.
Als erstes wurden die Mengen Legierungspulver und Glaspulver abgewogen, so dass sie in Anteilen von 95 Vol.-% bzw. 5 Vol.-% vorlagen, in die Pulverbeschichtungsapparatur von 5 eingefüllt, die betrieben wurde, um die als Basisteilchen dienenden Legierungsteilchen oberflächlich mit einer Glasschicht zu beschichten.
Dem erhaltenen Pulver wurde 5 Gew.-% PVA-Harz und 0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% als Gleitmittel dienende Stearinsäure zugesetzt und die erhaltene Mischung in einem Mischer geknetet, um die Legierungsteilchen auf der Glasschicht zusätzlich mit einer Schicht aus Bindemittelharz zu überziehen, wobei ein Kompositteilchen umfassendes Materialpulver III'' erzeugt wurde. Die Legierungsteilchen der erhaltenen Kompositteilchen besaßen eine mittlere Größe von etwa 85 μm und eine etwa 2 μm dicke Schicht aus Glas und eine etwa 0,5 μm dicke Bindemittelharzschicht.
<Herstellung eines vorgeformten Körpers>
Das Materialpulver wurde zum Vorformen in einer Kaltpressform (hergestellt aus SKD11) eingefüllt und mit 1500 MPa in einer Atmosphäre bei Raumtemperatur verpresst, um einen vorgeformten ringförmigen Körper mit einem Außendurchmesser von 30 mm, einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Höhe von 8 mm herzustellen. Der vorgeformte Körper wurde entformt und festgestellt, dass die Kompositteilchen mit dem Bindemittelharz zu einem Körper verfestigt worden waren. Bei der Entnahme aus der Vorformungsform behielt der vorgeformte Körper seine spezielle Gestalt bei ohne zu zerfallen.
<Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körpers>
Der vorgeformte Körper wurde unter Vakuum 15 Minuten bei 480°C befeuert. Als Folge davon verdampfte das Bindemittelharz aus dem Körper, das Glas auf der Oberfläche begann zu erweichen, wobei eine amorpher weichmagnetische Körper erzeugt wurde, in dem die Teilchen an Stelle mit dem Bindemittelharz mit dem Glas aneinander gebunden sind, wie in 6 dargestellt. Es wurde festgestellt, dass von den 40 durch das Verdampfen des Bindemittelharzes gebildeten Hohlräumen manche sukzessive mit dem erweichten Glas gefüllt wurden und der erzeugte amorphe weichmagnetische Körper ein geringfügig kleineres Volumen aufwies als der vorgeformte Körper.
Auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, wurden amorphe weichmagnetische Körper aus den jeweiligen Materialpulvern I, II, III, III' und III'' hergestellt, die bei der Prüfung relative Dichten von 80%, 85%. 87% bzw. 87% aufwiesen und alle verdichtete Formkörper darstellten. Der Ausdruck "relative Dichte" bezieht sich übrigens auf das Verhältnis des tatsächlichen Gewichts eines amorphen weichmagnetischen Körpers zum Gewicht des Körpers, von dem unterstellt wird, dass er ein vollständig verdichteter Körper ist. Das Gewicht des vollständig verdichteten Körpers ist ein Wert, der sich aus dem Mischungsverhältnis zwischen der amorphen weichmagnetischen Legierung und dem Glaspulver berechnet.
<Fertige Körper>
Bei der Prüfung der magnetischen Eigenschaften besaßen die erhaltenen amorphen weichmagnetischen ringförmigen Körper eine magnetische Permeabilität μ' von etwa 50 bis etwa 100. Diese Körper bildeten magnetische Kerne in denen Wirbelströmungen, welche zwischen den Teilchen auftreten, unterdrückt wurden, was zu einem geringeren Kernverlust führt und welche hervorragende Hochfrequenzeigenschaften aufwiesen.
7 gibt die magnetische Permeabilität μ' der aus dem Pulver III' hergestellten amorphen weichmagnetischen Körper wieder. 7 zeigt, dass der nach dem erfindungemäßen Verfahren hergestellte Körper zufrieden stellende Hochfrequenzeigenschaften aufweist, ohne dass die magnetische Permeabilität μ' im Hochfrequenzbereich beeinträchtigt wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch dazu verwendet werden, pressgeformte Pulverkörper mit einer feinkristallinen Phase aus einem amorphen weichmagnetischen Legierungspulver als Ausgangslegierung herzustellen. Die Befeuerungstemperatur ist in diesem Fall die Kristallisationsanfangstemperatur.
Die vorliegende Erfindung kann von einem Fachmann offensichtlich modifiziert oder geändert werden ohne von der Erfindung abzuweichen. Solche Modifikationen sind im Rahmen der Erfindung eingeschlossen, wie er in den anliegenden Ansprüchen formuliert ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körpers, umfassend: Pressen eines Pulvermaterials, umfassend ein Pulver einer amorphen weichmagnetischen Legierung, ein Glas mit einem Erweichungspunkt, der niedriger ist als die Kristallisationsanfangstemperatur der Legierung, und ein Bindemittelharz, zur Herstellung eines vorgeformten Körpers durch die Bindeeigenschaft des Harzes, und Erhitzen des vorgeformten Körpers ohne Pressen bei einer Temperatur, die höher ist als der Erweichungspunkt des Glases und niedriger als die Kristallisationsanfangstemperatur der Legierung, um Teilchen der Legierung mit dem Glas zu verbinden.
Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körpers nach Anspruch 1, wobei das in dem Pulvermaterial enthaltene Glas in Form eines Pulvers vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körpers nach Anspruch 1, wobei das in dem Pulvermaterial enthaltene Glas auf die Oberflächen der Teilchen der Legierung durch Beschichtung aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körpers nach Anspruch 1, wobei das Glas und das Bindemittelharz, welche in dem Pulvermaterial enthalten sind, auf die Oberflächen der Teilchen der Legierung durch Beschichtung aufgebracht werden.
Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Körpers nach Anspruch 4, wobei das Pulvermaterial hergestellt wird durch Beschichten der Teilchen der Legierung mit dem Glas über deren Oberflächen zur Bildung einer Glasschicht, und Beschichten der Oberfläche der Glasschicht mit dem Bindemittelharz.