用於製造磁體的方法以及磁體和電機的製作方法

2023-05-06 09:48:41

專利名稱：用於製造磁體的方法以及磁體和電機的製作方法
用於製造磁體的方法以及磁體和電機本發明涉及一種用於製造磁體的方法，其中，磁體至少由ー種磁性材料和ー種粘結劑形成(模製成形)並且接著被硬化(時效硬化)。本發明此外涉及ー種磁體以及ー種電機。
現有技術開頭所述類型的方法已經由現有技術公開。磁性材料例如是鐵或鐵氧體。磁性材料在此情況下常常以粉末的形式呈現，粉末被燒結或壓カ燒結，以製造磁體。備選地或附加地磁性材料也可以與粘結劑混合。接著磁體由磁性材料-粘結劑混合物形成並被硬化。該形成在此情況下例如可以包括澆注或注射。粘結劑可以是ー種塑料，尤其是PPS(硫化聚苯醚)，或者包括這種塑料。在磁體被硬化之後，磁性材料由粘結劑以物理方式包圍住或者被容納在粘結劑中。但是如果這樣製造的磁體接觸到氧氣或腐蝕性介質，則它容易受到強腐蝕，因此必須保護磁體。在此情況下廣泛應用的是金屬保護層，它例如具有鎳和/或鋅，藉此保護尤其是壓カ燒結的磁體不受腐蝕。還已知氧化保護層，其以在溶劑中的金屬醇鹽溶液形式被塗覆到磁體上。相對於直接燒結磁性材料，在將磁性材料與粘結劑混合下製造磁體，對於許多應用情況來說，具有明顯更高的靈活性並且因此被優先採用。同樣，通過將磁性材料滲入到粘結劑，例如塑料(最好是塑料顆粒的形式)中，保證磁性材料得到一定的保護免受腐蝕。但是，尤其是在磁體與燃料和其添加劑接觸吋，這種磁體在短時間之後也發生強烈腐蝕，這最終可以導致具有該磁體的系統失靈。本發明的公開
與此相對地，具有在權利要求I中所述特徵的方法具有優點，製造的磁體具有比從現有技術已知的磁體更好的耐腐蝕性，尤其是針對燃料及其添加剤。這按照本發明是如此實現的，即由粘結劑在硬化期間產生ー種化學地結合到磁性材料上的金屬氧化物。因此在硬化之後由金屬氧化物形成ー個基體，磁性材料被包圍或埋入該基體中。此時金屬氧化物基體被化學地結合到磁性材料上。磁性材料因此被金屬氧化物基體或金屬氧化物結構保持住。在以這種方式製造的磁體情況下不需要設置附加的保護層。在從現有技術中已知的粘結劑，主要是有機粘結劑如例如塑料(PPS)的情況下，在與腐蝕性介質如燃料接觸時產生浸漲，這提高了促進腐蝕的物質如例如水和鹽的滲透。此外，如前已述，磁性材料僅僅以物理學方式集成到粘結劑中。在磁性材料和粘結劑之間沒有化學結合，由此在處於腐蝕情況下，促進腐蝕的物質向磁體中的滲透性甚至還被提高。這種滲透作用在按照本發明的方法製造的磁體不會發生，因為磁性材料是用化學方式結合到金屬氧化物上。例如使用一種以矽氧烷為基的粘結劑。基於這種粘結劑的化學結構，磁性材料在粘結劑或矽氧烷基體上形成化學結合。後者是滲透密封的(不滲透的)。不僅磁性材料在粘結劑上的化學鍵聯而且不滲透的矽氧烷基體都對顯著提高的防腐蝕保護作出貢獻。附加地可以使用凝結劑和/或流變極限形成劑(如部分交聯的聚丙烯酸)，以防止磁性材料沉澱。
本發明的一種改進方案規定，金屬氧化物在一種溶膠-凝膠エ藝(溶膠-凝膠法)中產生。磁性材料由此應該嵌入到ー種防腐蝕的、通過溶膠-凝膠エ藝製造的金屬氧化物基體中。溶膠-凝膠エ藝用於由膠態分散體製造非金屬的、無機的或雜化聚合物的材料。膠態分散體也稱為溶膠。溶膠在此情況下可以由不同的前體形成。通過凝膠處理，溶膠轉變成凝膠，其中，凝膠是ー種膠體。在溶膠-凝膠エ藝期間產生金屬氧化物的網絡的形成或磁性材料化學地結合在該金屬氧化物上。本發明的一種改進方案規定，作為磁性材料使用至少ー種稀土材料。由稀土材料製成的磁體超過由鐵製成的常規磁體的性能的數倍並且因此被優選使用。元素鈧、釔和氧化鑭以及鑭系元素被稱為稀土金屬。屬於鑭系元素的有鋪，鐠，釹，鉕，衫，銪，禮，鋪，鏑，欽，鉺，銩，鐿和鑥。該稀土材料具有至少ー種稀土金屬。例如使用由釹，鐵和硼組成的合金(Nd2Fe14B)。但是，具有稀土材料的磁體比常規磁體更容易受到腐蝕。因此，尤其是在由這種磁性材料製成的壓カ燒結的磁體情況下，要設置金屬的、尤其是具有鎳和/或鋅的保護層。備選地，如前所述，可以使用氧化保護層，其中將金屬醇鹽溶液施加到磁體上。這種保護層通常可以在將磁性材料嵌入金屬氧化物基體中情況下被去除，但是其被設置用於實現附加的更好的保護。本發明的一種改進方案規定，作為粘結劑的組成部分，使用至少ー種矽氧烷，矽 烷，尤其是烷氧基矽烷或こ氧基矽烷，特別優選地四こ氧基矽烷，金屬南化物，金屬醇鹽和/或金屬氧化物-納米顆粒。所述的材料在此處形成所謂的前體。在此情況下可以使用僅僅ー種前體或者多種前體的組合。尤其是可以使用不同的矽醇鹽，如例如四こ氧基矽烷(TEOS)和它的變種。對於後者可以通過有機分子替代ー個或多個醇鹽族。在此情況下形成的物質也稱為「有機功能性矽烷」。也可以使用こ氧基矽烷。在こ氧基矽烷情況下在形態上用こ醇族(類)使矽酸酯化。備選地，也可以使用這樣的物質，在該物質情況下，矽酸用醇，如例如甲醇,丙醇,丁醇和類似物,ニ醇,如例如こニ醇,丙ニ醇或類似物,或三元醇,如例如丙三醇，進行酯化。粘結劑也可以具有鋯，鋁，鈰，鈦和/或其它的過渡金屬的前體。附加地或備選地，可以使用尤其是由Al203,Zr02和/或TiO2，製成的金屬氧化物-納米顆粒，和/或無機的納米顆粒。矽酸，尤其是致熱性矽酸，也可以是粘結劑的組成部分。前述的矽烷，尤其是烷氧基矽烷，與水反應生成矽酸，它本身接著凝結成由金屬氧化物(在此處=SiO2)構成的3D網絡。接著，主要是除去揮發性反應物。也為對水敏感的磁性材料準備好這樣的前體，該前體在不添加水情況下可以聚合成金屬氧化物或金屬氧化物基體。其中包括金屬滷化物(例如1-，2_或3 —氯甲基矽烷)與金屬氧化物(Metallaloxiden)(例如四こ氧基矽烷(TEOS)的組合體或所有前面已述的變型)。金屬滷化物比金屬醇鹽具有更強的反應性，因此在這種組合中，可以通過簡單地提高磁性材料-粘結劑混合物的溫度來啟動聚合。這樣，也形成3D-金屬氧化物基體，它包圍磁性材料並且化學地結合在磁性材料上。作為副產品只形成滷素烷烴，它們在製造磁體之後與可能存在的溶劑一起被去除棹。代替所述的元素鋯，鋁，鈰，鈦和另外的過渡金屬，也可以使用這些元素的化合物作為前體。本發明的一種改進方案規定，粘結劑和/或磁性材料被置於ー種溶劑中。溶劑主要被設置用於簡化對磁性材料和/或粘結劑的處理，尤其是實現磁體的形成。溶劑優選在硬化磁體期間被從磁體中析出。溶劑可以是水和/或醇類或具有水和/或醇。備選地或附加地，也可以使用質子惰性的溶剤。磁性材料和粘結劑被分散到該溶劑中。本發明的一種改進方案規定，向粘結劑和磁性材料中供給添加劑，尤其是由納米顆粒，聚合物溶液和/或矽酸組成的添加剤。即在形成磁體之前將添加劑加入到由磁性材料和粘結劑組成的混合物中。添加劑在此情況下可以具有納米顆粒，聚合物溶液和/或矽酸。納米顆粒例如是由金屬氧化物製成的納米顆粒，而聚合物溶液優選是有機聚合物溶液並且矽酸是熱原(質)性的矽酸。如果設置了溶劑，那麼添加劑也被分散到該溶劑中。本發明的一種改進方案規定，磁性材料，粘結劑和/或溶劑被澆注到一個模具中，在該模具中實施所述硬化。磁體因此是模製件。在硬化期間將磁性材料以化學方式結合到金屬氧化物上，而該金屬氧化物形成金屬氧化物基體。磁體由此可以以幾乎任何形狀簡單地通過澆注到模子中進行製造。所述硬化在該模具中實施。在此情況下硬化在乾燥過程和/或燒結過程之前或在其期間實施。在第一種情況下，金屬氧化物例如先藉助於溶膠-凝膠 エ藝製造並且接著實施乾燥過程，以便從磁體中消除可能存在的溶剤。但是備選地，也可以規定，在與乾燥過程和/或燒結過程同時地實施硬化，尤其是當所述硬化是通過對磁體或磁性材料-粘結劑混合物施加熱量實施時。也可以的是，通過直接地施加磁性材料和粘結齊U，最好是溶解在溶劑中，而將磁性塗層施加到ー個表面上。該塗層可以藉助於常用的施加技術，如例如噴塗，浸入，滾塗，旋塗和類似方式進行塗覆，尤其也可以大面積地塗覆。備選地，可以選擇地形成被分片的磁性表面，例如在使用掩膜情況下。本發明的一種改進方案規定，磁體至少分區域地設置塗層，尤其是溶膠-凝膠塗層。磁體，其由磁性材料和與該磁性材料化學地連接的金屬氧化物組成，非常好地適用於塗層的化學連接，尤其是當設置溶膠-凝膠塗層吋。最好使用溶膠-凝膠漆，以便施加塗層。在此情況下使用功能性的溶膠-凝膠漆，以便產生附加的表面效果。這樣可以進ー步提高磁體的耐腐蝕性。但是原則上可以設置任何類型的塗層。本發明此外涉及ー種磁體，尤其是在使用前述方法下製造的磁體，其中，磁體至少由ー種磁性材料和ー種粘結劑形成並且接著被硬化。在此情況下規定，磁性材料被包圍在ー種在硬化期間產生的以化學方式結合到磁性材料上的金屬氧化物裡面。該磁體的特點在於，它在沒有附加的塗層下就已經具有及其高的耐腐蝕性，尤其是在與燃料和其添加劑接觸的情況下。由於這個原因，該磁體突出地適用於電機，尤其是電動機，例如作為燃料泵的部件。一般地，該磁體可以應用於可能與燃料產生接觸或者具有不能夠或者只能夠非常困難地製造出來的複雜的幾何結構的任何磁性部件。本發明此外涉及ー種電機，尤其是電動機，包括至少ー個磁體，尤其是按照前述設計方案和尤其是在使用按照前述設計方案的方法製造的電機，其中，磁體至少由ー種磁性材料和ー種粘結劑形成並且接著被硬化。在此情況下規定，磁性材料被包圍到在硬化期間產生的、化學地結合到磁性材料上的金屬氧化物裡面。在硬化期間，由粘結劑產生所述金屬氧化物。該金屬氧化物與磁性材料連接並且形成ー種金屬氧化物基體(母體)。以這種方式，不僅保證了磁體的突出的形狀穩定性，而且保證了好的耐腐蝕性。本發明以下依據在附圖
中示出的實施例詳細地說明，但不是對本發明進行限制。附圖中所示
圖I是ー個磁體的一種實施方式，
圖2是磁體的第一製造步驟的示意圖，
圖3是磁體的另ー個製造步驟的示意圖，以及圖4是磁體的示意結構圖，其中磁體由ー種磁性材料和ー種以化學方式粘結在該磁性材料上的金屬氧化物構成。圖I顯示了磁體1，它固定在由金屬製成的軸2上。優選將磁體I澆鑄在軸2上並且由此固定在軸上。磁體I由磁性材料3 (在此處沒有示出)和粘結劑4 (在此處也沒有示出)製成，它們被一起成型(模製成形)並且接著被硬化(時效硬化)。在硬化期間由粘結劑產生ー種金屬氧化物，該金屬氧化物被化學地結合到磁性材料上並且形成ー種金屬氧化物基體，它包圍住磁性材料。以這種方式保護磁體I的磁性材料3免受外部的影響，尤其是腐蝕影響。圖2顯示了用於製造磁體I的第一製造步驟。磁性材料3，粘結劑4和一種或多 種添加剤6被投入到一種溶劑5中進行分散，從而形成由磁性材料3，粘結劑4，溶劑5和添加劑6組成的均勻的分散體(彌散體)。分散體被作為溶膠在溶膠-凝膠エ藝(法)中使用。在該過程中溶膠被膠化成凝膠7 ( 「溼的凝膠」)。正常情況下由粘結劑4產生金屬氧化物8。金屬氧化物的金屬此時例如是SiO2, ZrO2, Al2O3或類似物。金屬氧化物8至少在硬化之後以化學方式結合到磁性材料3上。這種化合物9在圖3中被突出並且在圖4被放大地示出。圖4顯示了由磁性材料3和金屬氧化物8構成的化合物9的ー個局部。在所示的示例中，金屬氧化物8是Si02。水(H2O)被作為溶劑5使用。但是,原則上矽可以用另外的金屬例如鋯或鋁，替代。作為磁性材料優選使用稀土材料，例如Nd2Fe14B,即含有釹的材料。這種磁體I比由常規磁性材料，如例如鐵或鐵氧體(鐵素體)製成的的磁體具有明顯更大的工作能力。通過在磁性材料3和金屬氧化物8之間的化學的結合，磁體I具有極高的耐腐蝕能力。有利地，由金屬氧化物8形成的基體10附加地是不可滲透的，從而促進腐蝕的介質至少被部分地阻止滲透到基體10中。優選將磁體I作為模製件進行澆鑄，其中，這在ー個模具中實施，在該模具中也實施硬化。備選地，磁性材料3和粘結劑4，尤其是在投入到溶劑5之後，可以直接地施加到一個表面上，以便製造ー個磁性的塗層。也可以的是，在塗覆期間使用掩膜技術，例如為了選擇地製造分片的磁性表面。
權利要求
1.用於製造磁體(I)的方法，其中，磁體(I)至少由一種磁性材料(3)和一種粘結劑(4)形成並且接著被硬化，其特徵在於，在硬化期間由粘結劑(4)產生一種化學地結合在磁性材料(3)上的金屬氧化物(8)。
2.按照權利要求I所述的方法，其特徵在於，金屬氧化物(8)在一種溶膠-凝膠工藝中產生。
3.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，作為磁性材料(3)使用至少一種稀土材料。
4.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，作為粘結劑(4)的組成部分，使用至少一種娃氧燒，娃燒，尤其是燒氧基娃燒或乙氧基娃燒，特別優選地是四乙氧基矽烷，金屬滷化物，金屬醇鹽和/或金屬氧化物-納米顆粒。
5.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，粘結劑(4)和/或磁性材料(3)被置於一種溶劑(5)中。
6.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，對粘結劑(4)和磁性材料(3)施加添加劑(6)，該添加劑尤其是由納米顆粒，聚合物溶液和/或矽酸構成的。
7.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，磁性材料(3)，粘結劑(4)和/或溶劑(5)被澆鑄在一個模具中，所述硬化在該模具中實施。
8.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，磁體(I)至少被局部地施加一種塗層，尤其是溶膠-凝膠塗層。
9.磁體(I)，其尤其是在使用按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法下製造，其中，磁體(I)至少由一種磁性材料(3)和一種粘結劑(4)形成並且接著被硬化，其特徵在於，磁性材料被包圍在一種在所述硬化期間產生的、化學地結合在磁性材料(3)上的金屬氧化物(8)中。
10.電機，尤其是電動機，包括至少一個磁體(I)，尤其是按照權利要求9所述的並且尤其是在使用按照權利要求I至8中的一項或多項所述的方法下製造的磁體，其中，磁體(I)至少由一種磁性材料(3)和一種粘結劑(4)形成並且接著被硬化，其特徵在於，所述磁性材料被包圍在一種在所述硬化期間產生的、化學地結合在磁性材料上的金屬氧化物(8)中。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造磁體(1)的方法，其中，磁體(1)至少由一種磁性材料(3)和一種粘結劑(4)形成並且接著被硬化。按照本發明，在硬化期間由粘結劑(4)產生一種化學地結合在磁性材料(3)上的金屬氧化物(8)。本發明還涉及一種磁體(1)和一種電機。
文檔編號H01F1/057GK102667971SQ201080050036
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月29日 優先權日2009年11月5日
發明者I.蔡特勒, U.莫克 申請人:羅伯特·博世有限公司