Was ist das Sinterverfahren bei Magnetwerkstoffen?

Definition

Das Sinterverfahren ist ein pulvermetallurgisches Fertigungsverfahren zur Herstellung dichter, fester Magnete aus Metallpulvern oder Oxidpulvern. Die Pulver werden geformt und anschließend unterhalb der Schmelztemperatur des Hauptbestandteils erhitzt, sodass sich die Partikel durch Diffusion verbinden und das Bauteil verdichtet. Das Verfahren ist der wichtigste Herstellungsweg für Hochleistungsmagnete wie Neodym-, Ferrit- und Samarium-Kobalt-Magnete.

Typische Prozessschritte:

1. Herstellung des Pulvers: Die Legierung wird erschmolzen und zu Pulver gemahlen, bei Neodym-Magneten meist per Strahlmahlung auf wenige Mikrometer. Feine Partikel sind wichtig für eine hohe Koerzitivfeldstärke.

2. Pressen im Magnetfeld: Das Pulver wird in einer Form unter einem äußeren Magnetfeld verdichtet. Dabei richten sich die Kristallite aus, was eine anisotrope, d. h. richtungsabhängige Magnetisierung ergibt.

3. Isostatisches Nachpressen (optional): Zur gleichmäßigeren Dichte wird das Grünling-Bauteil in einer Flüssigkeit mit allseitigem Druck nachverdichtet.

4. Sintern: Die Grünlinge werden im Ofen erhitzt, je nach Werkstoff unter Vakuum, Schutzgas oder an Luft. Dabei schrumpfen sie erheblich und erreichen typischerweise Dichten von über 95 % bis nahezu 100 % der theoretischen Dichte.

5. Wärmebehandlung: Ein nachgelagertes Tempern (Anlassen) optimiert die Gefügestruktur und die magnetischen Eigenschaften.

6. Bearbeitung und Veredelung: Schleifen, Schneiden und Beschichten (z. B. Nickel, Zink oder Epoxid) schützen vor Korrosion und bringen die Endmaße.

7. Magnetisierung: Das fertige Bauteil wird in einem starken Impulsfeld aufmagnetisiert.

Werkstoffspezifika (Richtwerte)

Werkstoff	Sintertemperatur (ca.)	Besonderheit
Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)	1.000–1.100 °C	Höchste Energiedichte; Vakuum oder Argon; Flüssigphasensintern über eine neodymreiche Phase; empfindlich gegen Korrosion
Ferrit (Hartferrit, Sr/Ba)	1.200–1.300 °C	Kostengünstig, hohe Temperaturbeständigkeit; Sintern an Luft; Ausgangsstoffe sind Oxide
Samarium-Kobalt (SmCo)	1.100–1.200 °C	Hohe Temperaturstabilität; Lösungsglühen und Auslagern nach dem Sintern
AlNiCo	1.200-1250 °C	Gesintert nur in Sonderfällen; hohe Temperaturbeständigkeit

Vorteile

Hohe Magnetwerte und gezielte Ausrichtung der Magnetisierung
Gute Reproduzierbarkeit und Serientauglichkeit
Komplexe Geometrien bei vergleichsweise geringem Materialverlus

Grenzen

Starke Schwindung beim Sintern (je nach Werkstoff etwa 15–20 % linear), die die Maßhaltigkeit beeinflusst
Sprödigkeit: Bearbeitung nur durch Schleifen oder Erodieren möglich
Bei NdFeB ist Korrosionsschutz zwingend erforderlic

Verwandte Begriffe: Pulvermetallurgie, Grünling, Anisotropie, Koerzitivfeldstärke, Remanenz, Energieprodukt (BH_max), Flüssigphasensintern