Magnete künftig deutlich besser herstellbar
North Carolina State University: Weniger Energiebedarf, schnellere Herstellung, mehr Qualität
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Versuchsanordnung: So entsteht aus Pulver ein massiver Magnet (Illustration: ncsu.edu) |
Raleigh (pte003/22.08.2025/06:10)
Forscher der North Carolina State University machen Permanentmagnete für Windenergieanlagen, E-Autos und andere Geräte deutlich billiger und qualitativ besser herstellbar. Bharat Gwalani und sein Tam nutzen dafür die Herstellungstechnik der sogenannten Reibrührkonsolidierung (FSR), die ursprünglich für das Recycling von Aluminium verwendet wird.
Reibungswärme durch Rotation
Bei FSR-Verfahren werden die Ausgangsmaterialien - beispielsweise Eisen, Nickel, Kobalt und Neodym - in Pulverform in einen Behälter gefüllt und unter Druck gesetzt. Das Pulver erwärmt sich durch Reibung, die ein rotierender Löffel erzeugt. Wärme und Druck fügen die pulverisierten Partikel äußerst homogen zusammen. Es entstehen magnetische Festkörper. "Die Reibungswärme entsteht genau da, wo sie benötigt wird, nämlich an der Oberfläche der Teilchen, sodass diese sich fest miteinander verbinden", sagt Gwalani.
"Die Energie aus Drehbewegung und Druck sintert das Pulver zu einem Feststoff, ohne dass die Partikel zu schmelzen. Da das Metall auch keinen hohen Temperaturen ausgesetzt wird, gibt es weniger Oxidation und kaum unerwünschte Phasenübergänge im Material, die die Qualität beeinträchtigen", ergänzt Gwalani. Zudem werde viel Energie eingespart, da das Material nicht bis zum Schmelzpunkt erhitzt wird, wie es bei der normalen Magnetherstellung üblich ist. Auch reiche ein Druck von weniger als einem Megapascal (MPa), während bei herkömmlichen Magnetherstellungstechniken mehr als 100 MPa nötig seien.
Positiver Einfluss auf Wirkungsgrad
"Derzeit werden Magnete durch Sintern von Metalllegierungspulvern bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck hergestellt. Das ist ein komplexer, zeitaufwendiger Prozess, der viel Energie erfordert und häufig zu fehlerhaften Magneten führt", unterstreicht Gwalani. So seien die Poren im Material ungleich verteilt. Das bedeute, dass auch die magnetischen Eigenschaften des Materials ungleichmäßig verteilt seien, was zu Lasten des Wirkungsgrades bei Motoren und Generatoren führe.
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