Magnete sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken: Vom Kühlschrankverschluss bis zu Hochleistungsgeneratoren in Windkraftanlagen – ihre Einsatzgebiete sind vielfältig. Doch wie werden Magnete eigentlich hergestellt? Die Antwort hängt stark von der Art des Magneten ab: Es gibt permanente Magnete, Elektromagnete und temporäre Magnete. In diesem Beitrag liegt der Fokus auf der industriellen Herstellung von permanenten Magneten, insbesondere Hartferritmagneten und seltenen Erden-Magneten wie Neodym-Eisen-Bor (NdFeB).
1. Überblick: Der Herstellungsprozess von Magneten
Die Herstellung von Magneten erfolgt in mehreren Schritten – von der Rohstoffgewinnung über die Formgebung bis zur Magnetisierung. Je nach Magnettyp unterscheidet sich der Prozess in Details.
Grundsätzlich lassen sich folgende Phasen beschreiben:
• Auswahl und Mischung der Rohstoffe
• Pulvermetallurgie bzw. Schmelzverfahren
• Formgebung und Sintern
• Wärmebehandlung und Magnetisieren
• Endbearbeitung (Schleifen, Beschichten, Testen)
2. Rohstoffe und Zusammensetzung: Die Basis der Magnetherstellung
Die Wahl der Rohstoffe ist entscheidend für die Magneteigenschaften. Bei Ferritmagneten kommen meist Eisenoxid (Fe₂O₃) und Barium- oder Strontiumcarbonat zum Einsatz. Bei Hochleistungsmagneten wie Neodym-Magneten sind es:
• Neodym (Nd)
• Eisen (Fe)
• Bor (B)
Diese Rohstoffe werden in präzisen Mischungsverhältnissen kombiniert, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erzielen. Bei NdFeB-Magneten werden zusätzlich oft Dysprosium oder Praseodym beigemischt, um Temperaturstabilität zu erreichen.
3. Herstellung von Ferritmagneten: Der Klassiker
Ferritmagnete (auch Keramikmagnete genannt) gehören zu den am häufigsten produzierten Magnettypen. Ihr Herstellungsprozess ist vergleichsweise kostengünstig:
1. Rohstoffmischung: Eisenoxid und Strontium- oder Bariumcarbonat werden gemischt und bei etwa 1000 °C vorgebrannt.
2. Mahlprozess: Das gesinterte Material wird zu feinem Pulver zermahlen.
3. Formgebung: Das Pulver wird in Pressformen gegeben und unter Magnetfeldern ausgerichtet (anisotrope Pressung).
4. Sintern: Das gepresste Material wird bei ca. 1200 °C gebrannt.
5. Magnetisierung: Nach dem Sintern sind die Magnete noch nicht magnetisch – erst ein starkes äußeres Magnetfeld macht sie zu permanenten Magneten.
4. Herstellung von Neodym-Magneten: Hightech für starke Felder
Neodym-Magnete gehören zu den stärksten bekannten Permanentmagneten. Ihre Herstellung ist technisch anspruchsvoll:
1. Schmelzen und Legieren: Die Rohstoffe werden in Vakuumöfen geschmolzen und zu einer Legierung verarbeitet.
2. Zerkleinern und Mahlen: Die Legierung wird zu Mikropulver verarbeitet – ein kritischer Schritt für die spätere Ausrichtung.
3. Pressen unter Magnetfeld: Das Pulver wird in einem starken Magnetfeld isostatisch gepresst (HIP – Hot Isostatic Pressing).
4. Sintern: Die gepressten Rohlinge werden bei rund 1100–1150 °C gesintert.
5. Bearbeiten und Beschichten: Da Neodym korrosionsanfällig ist, erhalten die Magnete eine Nickel-, Epoxid- oder Goldbeschichtung.
6. Magnetisieren: Ein Pulsfeld mit bis zu mehreren Tesla Magnetfeldstärke erzeugt den permanenten Magnetismus.
5. Elektromagnete: Herstellung per Wickeltechnik
Elektromagnete funktionieren anders: Sie bestehen aus einem Eisenkern, der von Kupferdraht umwickelt ist. Wird Strom durch die Spule geschickt, entsteht ein Magnetfeld.
Ihre Herstellung erfordert:
• Auswahl eines ferromagnetischen Kerns (meist Eisen oder Ferrit)
• Präzise Wicklung von Kupferlackdraht
• Isolation und thermische Stabilisierung
• Einbau in Gehäuse oder Systeme
Der Vorteil: Elektromagnete lassen sich steuern und abschalten – ideal für Industrieroboter, Relais oder MRT-Geräte.
6. Magnetisierung: Der finale Schritt
Unabhängig vom Magnettyp ist der letzte Schritt die Magnetisierung. Hierbei wird das Material einem kurzen, sehr starken Magnetfeld ausgesetzt – oft mit speziellen Magnetisiergeräten, die Feldstärken von über 3 Tesla erzeugen. Dabei richten sich die magnetischen Domänen im Material dauerhaft aus.
7. Qualitätsprüfung und Einsatzbereiche
Moderne Magnete werden mit hochsensiblen Messgeräten (wie Gaussmetern) getestet. Die wichtigsten Qualitätskriterien sind:
• Remanenz (magnetische Restfeldstärke)
• Koerzitivfeldstärke (Widerstand gegen Entmagnetisierung)
• Energieprodukt (maximale Feldleistung)
Die Anwendungsgebiete reichen von Lautsprechern über Elektromotoren bis hin zu medizinischen Geräten und Windkraftanlagen.
Magnetherstellung ist eine hochentwickelte Technologie, die von der einfachen Pulverpressung bis zu Hightech-Verfahren reicht. Jede Magnetart hat ihre eigene industrielle Logik – und ihre individuellen Stärken.
