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NANOKRISTALLINE WEICHMAGNETISCHE LEGIERUNGEN

Die nanokristallinen VITROPERM® Legierungen sind Werkstoffe auf der Basis von Fe, Si und B mit Zusätzen von Nb und Cu. Sie werden mit der Rascherstarrungstechnologie als dünne Bänder hergestellt. Zur Ausbildung der nanokristallinen Mikrostruktur werden die im Herstellzustand amorphen Bänder einer Wärmebehandlung bei 500 - 600 °C unterzogen. Dabei entsteht eine sehr feinkörnige Mikrostruktur mit einer Korngröße im Bereich von 10 nm - daher stammt die Bezeichnung "nanokristallin".

Diese nanokristallinen Werkstoffe verbinden eine kleine magnetische Anisotropie mit einer kleinen Magnetostriktion, beides sind Voraussetzungen für eine hohe Permeabilität in Verbindung mit einer hohen Flussdichte.

Die Tatsache, dass eine sehr feine Kornstruktur zu ausgezeichneten weichmagnetischen Eigenschaften führt, war zunächst ein überraschendes Ergebnis. Bei konventionellen kristallinen Werkstoffen war bekannt, dass die Koerzitivfeldstärke Hc mit abnehmender Korngröße D 1/D Gesetz nach Mager zunimmt. Die Entdeckung der nanokristallinen VITROPERM-Legierungen machte jedoch deutlich, dass ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften auch bei extrem kleinen Korngrößen im Bereich von 20 nm möglich sind.

Kurz nach der Entdeckung dieser Werkstoffe ist es den Wissenschaftlern der VAC gelungen, die fundamentalen Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Mikrostruktur und Korngröße und den daraus resultierenden magnetischen Eigenschaften wie Anisotropie, Magnetostriktion, Koerzitivfeldstärke und Permeabilität zu erklären. Über Ergebnisse dieser VAC-Entwicklungsarbeiten wurde in verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen berichtet.

Die Graphik zeigt die Beziehung zwischen Koerzitivfeldstärke Hc und der Korngröße D. Im Bereich der konventionellen kristallinen Werkstoffe (D > 1µm) gilt das 1/D-Gesetz  nach Mager, während bei sehr kleinen Korngröße (D < 100 nm) das D6-Gesetz nach Herzer Anwendung findet.

Basierend auf den detaillierten Kenntnissen dieser Werkstoffe und ihrer Anwendungen wurden die nanokristallinen Legierungen von VAC in verschiedene innovative Anwendungsbereiche eingeführt.

  • Hochpermeable VITROPERM-Kerne mit einer flachen Hystereseschleife in Verbindung mit temperaturunabhängigen magnetischen Eigenschaften für Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter)
  • VITROPERM-Übertrager mit kleiner Baugröße und niedrigen Verlusten für Schaltnetzteile im Leistungsbereich bis 100 kW
  • Bauteiloptimierte S0-Signalübertrager für ISDN-Netzwerke
  • VITROPERM-Kerne mit einer sehr großen magnetischen Flussdichte für kompakte Transduktordrosseln (MagAmps)

Letztes Update : 29.11.2012

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