[发明专利]用于制造可磁化的金属成型体的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造可磁化的金属成型体的方法、一种通过该方法制造的成型体以及这种成型体的应用。

由现有技术已知很多用在实现各种最为不同的电磁设备，如电磁致动器、变压器之类的可磁化的金属体。所有这些应用的共同之处是，制造可磁化的组成部分或组件所使用的材料一方面应该具有良好的磁性特性，即在激励较小和矫顽磁场强度较低时具有尽可能高的(饱和)磁通密度，其中，鉴于这种磁性特性，纯铁(或由铁或由硅铁合金制成的材料)特别有利。

另一方面，尤其在用交流电流控制的磁体中(材料在此随着交流电流的频率去磁化)，产生尤其为涡流损耗形式的损耗；这些损耗是由交变磁场感应的电压造成的，该电压促成了垂直于交变磁场的涡旋电流并且削弱磁场(因此造成能量损耗)。为了减少这种涡流损耗，又已知的是，影响可磁化的材料，使其电阻升高，例如以变压器中的铁板的形式或通过在磁性材料中形成混合晶体(例如铁化镍)。这种(比)电阻的升高减少了所述的涡流损耗，但同时减弱了饱和磁通密度，并且还影响了机械性能，如强度。

在使用直流电流时也不能完全忽略涡旋电流的负面影响；与开关过程相关联的充磁造成涡旋电流，该涡旋电流抵消磁性并且使用直流驱动的磁体限制了致动器等的动力或可达到的运动速度。

此外，涡流损耗与频率密切相关，使得尤其在高频应用中也已知的是，使用由金属粉末制成的粉末复合材料提高比电阻，该金属粉末由例如聚合的粘结剂压实而成。除了例如相对于铁板具有较高的电阻外，这种操作方法还具有这样的优点，即可以三维地抑制涡旋电流。然而，这种粉末复合材料的磁性性能通常不充足，因此金属的典型的饱和磁通密度大约比这种在塑料中粘结的金属粉末的饱和磁通密度高1.5至大约5倍。在此，这样制造的成型体也具有不完善的机械性能，例如表现为机械强度的形式。

由此，从已知的现有技术中可知的挑战是，通过恰当地选择和形成可磁化的材料，根据各自的应用优化所述存在潜在相互冲突的性能，也就是在必要的机械性能，如可接受的强度下，使尽可能良好的磁性性能与尽可能低的涡流损耗相协调。

因此本发明所要解决的技术问题在于，创造一种可磁化的金属成型体以及一种制造该成型体的方法，对此一方面可以有效地抑制在能量方面不利的涡旋电流或将其减至最小，另一方面可以一如既往地确保良好的磁性性能，尤其是较高的(饱和)磁通密度和较低的矫顽磁场强度，其中，这种成型体也应该具有(如相对于已知的粉末材料或烧结材料)改善了的机械性能。此外，应实现对这种方法或由此制造的成型体的恰当的应用。

该技术问题由带有独立权利要求的特征的方法、通过该方法制造的成型体以及该成型体的应用方案解决；本发明有利的扩展设计在从属权利要求中描述。

首先，本发明基于这样的认知，即如果涡旋电流已经被限制在微观范围内(也就是在粉末状的铁磁性原材料的颗粒大小范围内)，则达到了产生的成型体的良好的磁性性能。相应地，按本发明的方法实现了，通过形式为第一次压实原材料这一步骤的预压实，通过在相邻颗粒之间的形状配合式连接或材料接合式连接(例如以桥键的形式)已经形成一种(机械稳定)的坯体，其中，按照本发明，在接下来在颗粒上形成电绝缘的表面涂层的步骤中使用空腔(按照扩展设计，通过引入一种相应的反应气体)，以便为在连接到各自相邻颗粒的连接区段(桥键)之外的颗粒的表面区段设置一个(相对于颗粒大小而言)极薄的局部涂层。然后，接着的第二次压实致使空腔被消除或剧烈减小，使得最终形成了一种强烈压实的、带有绝缘的(表面)涂层的涂层区段的颗粒结构，这种涂层区段—以微观尺寸分布在坯体内--在微观尺寸范围内产生了按本发明追求的、阻挡涡旋电流的效果。换而言之，本发明可以制造一种作为成型体的可磁化的金属材料，在其中(三维地)分布有不导电的、薄的(层厚通常只在纳米范围内)、用作有效的涡旋电流阻挡层的涂层区段。

这样产生的成型体不仅具有所期待的高磁性功率密度(其潜在地可与纯铁材料匹敌)，而且也通过三维地分布在坯体内的涂层区段的作用显著地减少了涡流损耗。因此例如产生了这种可能性，即，设计电磁单元，例如致动器具有改善的能量效率(节省资源)，其中，在较小激励时实现的高磁通密度使紧凑的、相应节省构造空间的并且带来其它优点的设备成为可能。