Mikro- und nanostrukturierte hartmagnetische Materialien und Bauteile für mikrotechnischen Anwendungen "MiNaMag"

Permanentmagnete werden vielfältig und zunehmend in technischen Produkten vor allem zur Datenspeicherung, in Energietechnik und Sensorik sowie für Transport- und Trennverfahren eingesetzt. Dieser große Markt wird meist durch Seltenerd-Magnete oder durch Ferritbasierte Materialien bedient, wobei die Seltenerd-Magnete die besten magnetischen Eigenschaften haben und die Ferrite am kostengünstigsten sind. Die begrenzte Verfügbarkeit der Seltenerdmetalle hat den Druck erhöht, nach alternativen, seltenerdfreien magnetischen Materialien zu suchen sowie nach prozesstechnologischen Möglichkeiten, die magnetische Anisotropie für diese Materialien durch Nano­strukturierung zu steuern. Für viele neue Produkte ist die Skalierbarkeit der magnetischen Bauteile bis in den Submillimeter-Bereich von entscheidender Bedeutung. Hart­magnetische Werkstoffe, die in magnetischen MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) bspw. als Stellglieder in Energiegewinnungssystemen und Elektromotoren, als magnetische Sättigungsquelle in Magnetfeldsensoren (als Ersatz für Elektromagnete) oder als magnetische Skalen in Positionsmesssystemen ihren Einsatz finden, erfordern einen IC/CMOS-kompatiblen Herstellungsprozess, um einen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber gängigen hartmagnetischen Werkstoffen, wie NbFeB, SmCo oder auch Hartferriten, zu erreichen. An dieser Stelle setzt das geplante Projekt an. Am Beispiel von hartmagnetischen Co-Legierungen soll das magnetische Leistungspotential durch gezielte Beeinflussung der Anisotropie für die Magnetfeldsensorik eingestellt werden. Mittels Magnetfeldsensorik können geometrische Größen, wie bspw. Abstand und Position oder auch Fehlstellen in Werkstoffen, gemessen bzw. detektiert werden. Zur Funktionserfüllung werden Werkstoffe mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften kombiniert. Seltenerdmetalle wie bspw. Neodym zeichnen sich nicht nur durch ihre beschränkte Verfügbarkeit aus, sondern sind zudem auch giftig und brennbar, wodurch auch hier die Lagerung und Bearbeitung nicht unproblematisch ist. Durch die Verwendung von Co-basierten Legierungen, die über elektrochemische Abscheidungsprozesse hergestellt werden, können integrierte Permanentmagnete mit großen geometrischen Freiheitsgraden hergestellt werden, ohne dass weitere Bearbeitungen erforderlich werden. Anwendungen und Verwertung der Projektergebnisse sind deshalb zum einen im MEMS-Bereich in mikrotechnischen Sensoren und Aktoren zu sehen. Einsatzbereiche dieser Sensor- und Aktorsysteme sind z.B. in Industrieanlagen, im Automobilbereich sowie in einer breiten Palette von Konsumerprodukten. Die im Projektantrag vorgesehene Anwendung in Positions­messsystemen für Industrieanlagen ist also nur eines von vielen MEMS-Anwendungs­möglichkeiten. Ein zweites großes Anwendungspotential ist der Ersatz von Seltenerdmetall-Bauteilen in elektromagnetischen Aktoren (Motoren, Generatoren), die typischerweise laterale Abmessungen im Zentimeterbereich und Dicken von einigen Millimetern aufweisen. Der im Projektantrag vorgestellte Abscheideprozess ist beliebig skalierbar, bezüglich 2,5 D-Geometrien sehr variabel und erfordert nur moderate Temperaturen (ca. 25-50°C). Eine Übertragbarkeit auf die Herstellung von Bauteilen für die oben genannten in elektromagnetischen Aktoren ist deshalb problemlos möglich. Anwendungen sind elektrische Antriebe, Messtechnik und Automobilindustrie.

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Projekt CNT- Verbundmaterial, Projekt Hallsensoren FB IMST, Projekt Lab-on-Chip-Methoden für die Prozesskontrolle FB IMST, Projekt Magnetische Aktoren und Sensoren FB IMST, Projekt Nano-Oberflächen, Projekt Nano-Prägestempel FB IMST, Projekt Random Nanostructures for Biomedical Analytics, Projekt Tissue Engineering von Geweben mittels elektrischer und magnetischer Stimulation, Projekt Weichmagnetische Funktionsschichten

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Studiengangsleitung: "Automatisierungstechnik, Bachelor" "Industrial Engineering, Bachelor" "Mechatronik berufsbegleitend, Bachelor" "Prozessingenieurwesen, Bachelor", Fachbereichsrat AING

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Studiengangsleitung "Elektrotechnik und Informationstechnik, Master", Fachbereichsrat AING, Forschungsschwerpunkt Hocheffiziente technische Systeme, Institut Energieeffiziente Systeme (IES), Prüfungsausschuss AING Master

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Wissenschaftlicher Mitarbeiter