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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Prozessinnovationen bei der Herstellung von Magnetischen Formgedächtnismaterialien

Donnerstag (19.09.2019)
11:00 - 11:30 Uhr Appendix

Magnetische Formgedächtnismaterialien (MSM) basierend auf Ni-Mn-Ga-Legierungen ermöglichen neue Antriebe für elektromagnetische Aktoren mit hoher Schaltgeschwindigkeit, großem Hub, langer Lebensdauer oder multistabilen Eigenschaften. Mögliche Anwendungsfelder liegen insbesondere in der Automatisierungstechnik, der Energietechnik, in Consumer-Produkten oder in der Medizintechnik [1]. Typische MSM-Materialien sind einkristalline quaderförmige Elemente mit definierten kristallografischen Achsen. Der MSM-Effekt beruht auf der Reorientierung martensitischer Zwillingsvarianten bei ausreichend niedriger Zwillingsspannung, so dass moderate Magnetfelder von ca. 0,6 T für den Schaltvorgang ausreichen.

Die typische Herstellprozesskette für MSM-Elemente besteht im Ziehen von Kristallen im Bridgman-Stockbarger-Verfahren, einer Wärmebehandlung, der Bestimmung der kristallographischen Orientierung, dem Trennen der Kristalle in quaderförmige Elemente mit anschließender Elektropolitur und magnetomechanischem Training. Die Applikation gerade in großvolumigen Anwendungen erfordert die Skalierung der Herstellprozesse sowie eine maximierte Ausbeute in allen Prozessschritten, einhergehend mit der Reduzierung der Herstellkosten.

In diesem Beitrag werden ausgewählte Innovationen in der Herstellprozesskette und deren Auswirkungen auf die Qualität der MSM-Elemente sowie deren Eigenschaftsstreuung vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf der Verbesserung der Kristallqualität durch die Reduzierung von chemischen und kristallographischen Störungen im Kristall sowie in der Erprobung von alternativen Trennverfahren zum etablierten Drahterodieren, hier insbesondere das Diamantdrahtsägen. Der Bewertungsmaßstab für die Prozessinnovationen basiert auf wichtigen magnetomechanischen Kenndaten wie der Arbeitsabgabe pro Materialvolumen (work output density) und deren Verhalten mit der Zyklenzahl. Eine hohe Zahl von Versuchselementen und umfangreiche Messdaten werden herangezogen, um statistisch belastbare Aussagen zu erhalten.

Zusammenfassend wird gezeigt, dass eine deutliche Verbesserung der magnetomechanischen Performance, stabileres Lebensdauerverhalten und eine erhöhte Prozessausbeute durch geringere Exemplarstreuung erreichbar ist. Dies rückt viele Anwendungen näher an die technische und kommerzielle Machbarkeit heran.

[1] E. Pagounis und M. Müllner, 16th International Conference on New Actuators And Drive Systems ACTUATOR 2018, Bremen, S. 205- 211.

 

Sprecher/Referent:
Dr. Emmanouel Pagounis
ETO MAGNETIC GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Markus Laufenberg
    ETO MAGNETIC GmbH