Tetragonal verzerrte Mn3-xGa Heusler Verbindungen: Neue hartmagnetische Materialien ohne 4f Elektronen

• Antragstellerin: Dr. Sabine Wurmehl
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249893109

Permanentmagnete finden heutzutage in vielen Anwendungsbereichen Verwendung. Klassische Einsatzmöglichkeiten sind z. B. in Motoren, Generatoren, Lautsprechern, zur Datenspeicherung oder als einfache Haftmagneten. Die Materialien die typischerweise die AlNiCo Legierungen, Ferrite und Seltenerd-Verbindungen (SE). Zusammen decken diese Materialien etwa 99% des globalen Marktes an Permanentmagneten ab. Die charakteristischen Kenngrößen für hartmagnetische Materialien sind eine hohe Koerzitivfeldstärke, Remanenz und maximales Energieprodukt (BH)max. Bedingt durch die Vielfalt an Anwendungsgebieten ergeben sich auch unterschiedliche Anforderungen an die Permanentmagnete mit unterschiedlichen Forderungen an die Hysterese-Schleifen. Die Wahl eines bestimmten Materials wird oft basierend auf wirtschaftlichen Aspekten getroffen. Die auf SE Legierungen basieren Permanentmagnete zeigen die besten magnetischen Eigenschaften, haben aber leider einige entscheidende Nachteile. So führt der Abbau und die Verarbeitung von SE zu radioaktiven Nebenprodukten mit allen damit verbundenen ökologischen Problemen. SE Materialien reagieren chemisch leicht und korrodieren schnell ohne Schutz, was eine zusätzliche Oberflächenvergütung erfordert, die sowohl die Produktionskosten erhöht als auch weiteren Abfall produziert. Die Curie-Temperaturen von SE Legierungen sind relativ niedrig (NdFeB, TC=583 K) und nicht zuletzt sind der hohe und zunehmend ansteigende Preisentwicklung ungünstig für die Wirtschaft. Eine klare Strategie muss es nun sein, neue magnetische Materialien zu finden, deren magnetischen Kenngrößen den Anforderungen der Industrie entsprechen.In diese Richtung stößt die neue Familie von Heusler Legierungen der Zusammensetzung Mn3-xGa, die ferrimagnetisch ordnet und eine hohe magnetische Anisotropie besitzt. Neben der hohen Anisotropie besitzen die Mn-Ga Legierungen auch eine hohe Curie-Temperatur und eine deutlich höhere chemische Stabilität. Bis jetzt gibt es aber nur einige wenige sich teilweise widersprechende Studien zur Koexistenz verschiedener Phasen und zur Struktur, weshalb systematische, tiefergehende Untersuchungen zur kristallographischen Struktur, zur Mikrostruktur, zum Magnetismus, also zu den Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, gefordert sind. Im Rahmen des hier vorliegenden Projektes wollen wir den Ursprung der hartmagnetischen Eigenschaften im System Mn-Ga untersuchen und verstehen. Dazu wird der Präparationsprozess der zu besten magnetischen Kenngrößen (Remanenz, Koerzitivfeld und maximales Energieprodukt) führt iterativ, basierend auf den Untersuchungen der (magnetischen) Struktur und Mikrostruktur, optimiert sowie sowohl Mn als Ga gezielt substituiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Bernd Büchner