KomMa - Nanoskalige Seltenerd-freie Magnete und Magnetkomposite

Fuß einer Windkraftanlage

Abbildung 1 Mikrostruktur und Anwendungen für Permanentmagnete (Quelle: Siemens AG)

Das Verbundvorhaben KomMa setzt sich zum Ziel, neuartige werkstoffliche Konzepte für Magnetwerkstoffe zum Einsatz in Stromgeneratoren (u.a. für Windkraftanlagen) und Elektromotoren (u.a. für Elektrofahrzeuge) zu erforschen und zu erproben. Dadurch soll der Bedarf an Seltenerd-basierten Permanentmagneten reduziert werden. Fernziel ist es, diese vollständig durch neue Permanentmagnete zu ersetzen.

Magnetwerkstoffe und insbesondere Permanentmagnete sind wesentliche Leistungskomponenten in heutigen elektrischen Systemen wie z.B. Elektromotoren für die Industrieautomatisierung und Generatoren für die Energiewandlung. Es wird erwartet, dass der zukünftige Bedarf leistungsfähiger und kostengünstiger Permanentmagnete durch den Ausbau der regenerativen Energien, vorwiegend der Windenergie, und der Elektromobilität überproportional anwachsen wird. Heutige Hochleistungs-Permanentmagnete basieren ausschließlich auf intermetallischen Verbindungen der Seltenerd-Metalle im System Nd-Fe-B und unterliegen deshalb bezüglich Preisvolatilität, Versorgungs- und Ressourcensituation der Seltenen Erden Problematik. Die begrenzte Verfügbarkeit von Neodym und dem als zusätzlichem Legierungselement benötigten Dysprosium macht es dringend erforderlich, nach Alternativen zu Seltenerd-basierten permanent-magnetischen Werkstoffen zu suchen bzw. an einer Minderung der benötigten Menge an Seltenen Erden (insbes. Dy und Nd) zu arbeiten. 

Der Lösungsansatz des Projekts beruht auf der Entwicklung neuer hartmagnetischer Materialien auf der Basis von Hartferriten und Übergangsmetallen. Dabei sollen hartmagnetische mit weichmagnetischen Materialsystemen im Nanometerbereich nach dem Konzept der Austauschwechselwirkung so kombiniert werden, dass der Anteil an Seltenen Erden vollständig vermieden oder zumindest reduziert werden kann.

Ein besonders großes Potential für Seltenerd-freie Permanentmagnete wird in der internationalen Forschung einem speziellen Eisen-Nitrid zugewiesen. Dieses System eignet sich sowohl als eigenständiger Magnetwerkstoff als auch als Komponente für die angeführten austauschgekoppelten Magnete. Dabei ist aus Sicht der Materialeffizienz und Verfügbarkeit der Rohstoffe entscheidend, dass das ferromagnetische Basismaterial Eisen praktisch unbegrenzt verfügbar ist. Obwohl in Dünnschichtsystemen bereits erfolgreich eingesetzt sind für die Herstellung von Eisen-Nitrid-basierten Volumenmagneten noch einige Herausforderungen zu meistern. 

 


Koordinator:  Dr. Michael Krispin, Siemens Aktiengesellschaft - Corporate Technology - CT RTC MAT MSR

Projektpartner (Karte):

  • Siemens Aktiengesellschaft - Corporate Technology - CT RTC MAT MSR
  • TRIDELTA Hartferrite GmbH
  • Technische Universität Darmstadt - Fachbereich Material- und Geowissenschaften - FG Funktionale Materialien
  • Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena - Fachbereich SciTec

Laufzeit: 01.05.2013 bis 30.04.2016

FKZ: 03X3582