CD-Labor für Pulvermetallurgische Weichmagnete

Dieses CD-Labor erforscht Wege zur Herstellung von Magneten für Hochfrequenzanwendungen, die unter anderem in der Elektromobilität benötigt werden. Es werden dafür neuartige Metalllegierungen entwickelt und ihre Eigenschaften erforscht.

Die Pulvermetallurgie ist eine Methode, wo Metallpulver unter hohem Druck in Form gepresst werden und diese sogenannten „Grünlinge“ dann unter Sinterung oder mechanischer Bearbeitung, z.B. durch Walzen, zum fertigen Formteil verdichtet werden. Mit diesem Verfahren können Metalle auch unterhalb ihres oft sehr hohen Schmelzpunktes in Form gebracht werden. Die Werkstücke zeichnen sich durch eine sehr hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte aus. Obwohl grundsätzlich viele Metalle und Legierungen zur Anwendung kommen können, basiert die mengenmäßig größte Produktgruppe auf Eisen und Stahl.

Das wichtigste Anwendungsgebiet ist die Automobilindustrie. Die Pulvermetallurgie unterliegt jedoch einem großen Wandel durch Entwicklungen wie der Abkehr vom Verbrennungsmotor hin zum Elektromotor, sowie der Hinwendung zur additiven Fertigung (auch 3D-Druck). Für viele dieser neuen Produkte ist die Werkstoffentwicklung allerdings noch nicht in ausreichendem Maße ausgereift.

Das CD-Labor für pulvermetallurgische Weichmagnete widmet sich speziellen weichmagnetischen Eisenbasiswerkstoffen. Diese sogenannten SMCs (soft magnetic compounds) zeichnen sich dadurch aus, dass sie das Konzept der laminierten Stahlbleche auf die dritte Dimension erweitern, indem die laminierten Bleche durch isolierte Eisenpulverpartikel substituiert werden.

Der Begriff „laminierte Bleche“ bezeichnet in der Elektrotechnik und Elektronik die Anordnung dünner Weicheisenbleche, die zur Herstellung des Magnetkreises einer Reihe von Spulen in Transformatoren verwendet werden. Das Laminieren durch elektrisch isolierenden Lack reduziert dabei Wirbelstromverluste und verhindert ein Erwärmen des Magnets. Alle metallischen Weichmagnete haben derzeit noch zu hohe Wirbelstromverluste bei hohen Frequenzen. Daher müssen hier neuartige Werkstoffkonzepte entwickelt werden, damit diese Verluste massiv verringert werden können, um die derzeit eingesetzten Ferrite zu substituieren, da diese durch ihre geringe magnetische Flussdichte eine geringe Sättigung aufweisen und damit in ihren Anwendungen eingeschränkt sind.

Die Verbesserung der magnetischen Effizienz soll durch spezielle Herstellungskonzepte gelingen und so der Anwendungsbereich von SMCs auf deutlich höhere Frequenzen, als die derzeit erreichbaren ca. 1000 Hertz, ausgeweitet werden. Dafür sind spezielle Legierungskonzepte nötig, sowie das Erreichen einer isolierenden Beschichtung auf Ebene des Pulverpartikels, die auch bei einer mäßigen Temperaturbehandlung stabil bleiben. Da diese Legierungen in Pulverform am Markt nicht erhältlich sind, sollen sie im Labormaßstab durch Ultraschallzerstäubung einer Schmelze, die durch Abschmelzen eines Stabes entsprechender Zusammensetzung hergestellt wurde, erzeugt werden. Wenn diese Materialien selbst als Stab oder Draht nicht zur Verfügung stehen, muss man eine Fertigungsroute für diese Vormaterialien entwickeln. Dies ist ebenfalls durch pulvermetallurgische Fertigung möglich. Somit stehen im Idealfall neuartige Legierungen für die Fertigung von pulvermetallurgischen Magneten zur Verfügung.