Nachhaltige elektrische Antriebssysteme erfordern eine ausgeklügelte Kombination aus Poldesign und magnetischen Werkstoffen, um das benötigte Drehmoment in einem breiten Drehzahlbereich bereitzustellen. Der Einsatz maßgeschneiderter magnetischer Werkstoffe bietet vielversprechende Möglichkeiten. Magnetische Verbundwerkstoffe fungieren oft als Funktionswerkstoffe mit Eigenschaften, die auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind. Durch mikrostrukturelle Veränderungen können Parameter wie Koerzitivfeldstärke (Hc), Remanenzflussdichte (Br), Sättigungsmagnetisierung (Ms) und das maximale Energieprodukt (BHmax) optimiert werden.
In dieser Arbeit wird die Herstellbarkeit von magnetischen Verbundwerkstoffen durch Hochdrucktorsion (HPT) untersucht. Die magnetischen Verbundwerkstoffe werden mit Hilfe der segmentierten Proben Methode (Tortenstücktechnik) für Bulk- Materialien, sowie mittels Pulvermischen gefolgt von HPT hergestellt. Erste HPTExperimente mit einphasigen Materialien werden mit Polymeren (PTFE, PEEK, POM, PVC, PP) und handelsüblichen Y35-Ferritkeramiken durchgeführt. Zur Untersuchung der Co-Verformung von Polymeren werden Kupfer (Cu)-Polymer-Verbundwerkstoffe mit Hilfe der segmentierten Proben Methode hergestellt. In einem zweiten Schritt werden Verbundwerkstoffe mit einer Sr-M-Typ Hexaferritphase als hartmagnetische Komponente und Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Chrom (Cr) und PTFE als Matrix hergestellt.
Darüber hinaus werden die Auswirkungen der HPT-Verformung auf handelsübliche Y35-Ferrite und die AlNiCo-Legierungen: AlNiCo 3, AlNiCo 5, und AlNiCo 8 untersucht. Mikrostrukturanalysen werden mittels Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie durchgeführt.
Die magnetischen Eigenschaften von unbehandelten Magneten, verformten Y35- Ferriten, Pulververbundwerkstoffen und verformten AlNiCo-Legierungen werden untersucht. Für magnetische Messungen wird ein Hystograph verwendet. Zur Bestimmung der mikrostrukturellen Entwicklung werden handelsübliche Y35-Ferrit Proben bei 300 ◦C, 500 ◦C, 700 ◦C, 900 ◦C und 1100 ◦C unter atmosphärischen Bedingungen geglüht und mittels Röntgenbeugung und Lichtmikroskopie analysiert. HPT-Experimente zeigen eine begrenzte Verformbarkeit von Polymeren. Die Eigenschaften von PTFE und POM sind geeignet für die Herstellung von Verbundwerkstoffen mittels HPT. Die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften von Ferritkeramik, Metallen und Polymeren behindern eine erfolgreiche Herstellung mittels segmentierter Proben Methode. Polymer-Metall-Verbundwerkstoffe werden erfolgreich mit dieser Methode hergestellt.
Die Anwendung von Wärmebehandlung nach der Verformung (PDA) in Kombination mit Pressen erhöht die Haftung zwischen den Schichten in Polymer-Metall- sowie Polymer-Keramik-Verbundwerkstoffen. DesWeiteren werden Pulververbundwerkstoffe mit Keramik-Metall und Polymer-Keramik Materialkombinationen erfolgreich hergestellt.
Trotz einer homogenen Verteilung und auftretender Kornfeinung wird keine Kopplung zwischen den magnetischen Phasen beobachtet. Magnetische und strukturelle Eigenschaften zeigen eine Abhängigkeit von der verwendeten Pulverkombination und steht in guter Übereinstimmung mit der Literatur. HPT von handelsüblichen Y35-Ferriten führt zum Brechen von Körnern, gefolgt von erneuter Kompaktierung durch Pressen und Verhaken von Partikeln. Diese Ergebnisse stehen in guter Übereinstimmung mit der Literatur. Glühversuche zeigen ein ausreichend stabilisiertes Gefüge.
Zusätzlich beobachtete Substitutionseffekte von Kalzium (Ca) und Aluminium (Al) führen zu einer Schrumpfung der Einheitszelle, begleitet von einem Anstieg von Hc.