DE1062611B

DE1062611B - Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes fuer Magnetkerne mit nahezu rechteckfoermiger Hystereseschleife

Info

Publication number: DE1062611B
Application number: DEN9555A
Authority: DE
Inventors: Pieter Van Den Ban; Pieter Geldermans
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-10-07
Filing date: 1954-10-02
Publication date: 1959-07-30
Also published as: GB788727A; CH340561A; BE532384A; FR1109365A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife und eine Koerzitivkraft < 2 Oe aufweisen und die aus MgO, 50 bis 70 Gewichtsprozent Fe₂O₃ und MnO₂ bestehen.

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen von Bedeutung. Man verwendet diese Art von Kernen unter anderem für sogenannte «magnetische Gedächtnisse« (siehe z. B. W. N. Papian, Proceedings of the I. R. L, April 1952, ίο S. 475 bis 478, und D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg, »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Gedächtnisse benutzt man unter anderem in Rechenmaschinen und für automatische Kontrollen. Diese Kerne finden eine weitere Anwendung bei magnetischen Schaltern.

Das Maß der Rechteckigkeit der Hystereseschleife kann auf verschiedene Weise quantitativ zum Ausdruck gebracht werden. Ein Maß für die Rechteckigkeit ist z. B. der Quotient B_r/B_d. Zur Erläuterung der Bedeutung dieses Quotienten wird auf Fig. 1 verwiesen, die eine schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungsmagnetisierungskurve ist. In dieser Figur bezeichnet B_r die remanente Induktion und B_d diejenige Induktion, bei der sich die Hystereseschleife gerade schließt. In der Praxis ist es häufig nicht einfach, B_d mit großer Genauigkeit zu messen. Man findet aber leicht einen annähernd richtigen Wert für B_d auf Basis des Mittelwertes der Induktionen nach teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit z\vischenzeitlicher Sättigung), wobei die beiden Induktionen bei derselben Feldstärke gemessen werden, die derart gewählt wird, daß die Induktionen um mehr als 1%, jedoch um weniger als 3°/₀ voneinander abweichen. Bei den beim Zustandekommen der vorliegenden Erfindung durchgemessenen Proben wurde auf diese Weise verfahren. Der Quotient B_r/B_d wurde stets gemessen an einem ringförmigen Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Außendurchmesser, der höchstens das 1,6 fache des Innendurchmessers beträgt.

Ein weiteres Maß für die Rechteckigkeit der Hystereseschleife des ferromagnetischen Werkstoffes ist das sogenannte Rechteckigkeitsverhältnis {R_s)_max· F^ür die Bedeutung dieser Größe wird auf die vorerwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber folgt hier noch einekurze Erläuterung unter Verweisung auf Fig. 2, gleichfalls eine schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve, die sich auf einen Fall bezieht, in dem vor dem Erreichen der magnetischen Sättigung mit der Entmagnetisierung angefangen wurde. Die Größe [R_s)_max wird als

Verfahren zur Herstellung

eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne

mit nahezu rechteckförmiger

Hystereseschleife

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 7. Oktober 1953.

Pieter Geldermans und Pieter van den Ban,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

definiert. Der Quotient

*(-l/2 H_m)

-B(H

m)

ist eine Funktion der angelegten Feldstärke H_m. Es ergibt sich, daß dieser Quotient für einen bestimmten Wert von H_m, der meist wenig von der Koerzitivkraft H₀ abweicht, einen Höchstwert hat. Dieser Höchstwert des Quotienten wird mit dem Symbol (R_s)_max angedeutet. Die zur Bestimmung von (Rsjmax erforderlichen Messungen von B(H_m) und #(—1/2 H_m) würden beim Zustandekommen der Erfindung gleichfalls an ringförmigen Magnetkernen mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials längs des ganzen Umfanges des Ringes und mit einem Außendurchmesser von höchstens dem 1,6 fachen des Innendurchmessers durchgeführt.

Unter einem Werkstoff mit nahezu rechteckförmiger Hystereseschleife soll im Rahmen der Erfindung ein solcher verstanden werden, bei dem der Wert des Quotienten B_rjB_d wenigstens 0,7 und/oder der (i?_s)_Aail.-Wert wenigstens 0,5 betragen.

Magnetkerne mit nahezu rechteckförmiger Hystereseschleife sollen ferner eine möglichst niedrige Koerzitiv-

909 579/379

kraft besitzen, um den Energieverbrauch beim Umschalten des Kernes von einem Remanenzzustand in den anderen klein zu halten.

Es sind bereits Magnetkerne mit nahezu rechteckfqrmiger Hystereseschleife bekannt, die aus 10 bis 30 Gewichtsprozent MgO, 50 bis 70 Gewichtsprozent Fe₂O₃ und Rest MnO₂ bestehen. Diese Magnetkerne weisen aber Koerzitivkräfte von über 2 Oe, teilweise sogar über 3 Oe auf.

Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß man Magnetkerne mit nahezu rechteckförmiger Hystereseschleife und sehr kleiner Koerzitivkraft bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art dadurch erhalten kann, daß ein Gemisch aus Magnesium-, Mangan- und Eisenverbindungen, vorzugsweise in einer sauerstoffarmen, insbesondere in einer Stickstoffatmosphäre, auf eine Temperatur von 1150 bis 145O⁰C, vorzugsweise auf 1250 bis 1350⁰C, erhitzt wird, wobei die Anteile an Magnesium-, Mangan- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß im Endprodukt 3 bis 8 Gewichtsprozent Mg O, 50 bis 70 Gewichtsprozent Fe₂O₃ und Rest MnO₂ vorhanden sind.

Es sei noch erwähnt, daß ferner Manganferrite bekannt sind, die kein Magnesium enthalten. Diese bekannten Manganferrite weisen aber keine rechteckförmige Hystereseschleife auf.

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ein Gemisch von Fe₂O₃, MnCO₃ und MgO wird 2 Stunden mit Alkohol in einer rotierenden Kugelmühle gemahlen, darauf getrocknet, durch Erhitzung auf etwa 700⁰C 1 Stunde vorgesintert; die vorgesinterte Masse wird abgekühlt und 16 Stunden lang mit Alkohol in einer Vibrationsmühle gemahlen. Das so erhaltene Pulver wird getrocknet und gesiebt und nach dem Zusatz eines Bindemittels körnig gemacht und mit einem Druck von 4 t/cm² zu Ringen gepreßt. Darauf folgt die End-.sinterung.

Für die Messungen von B_rjB_d und {R_s)_max> ^aue bei Zimmertemperatur durchgeführt, wurden die so erhaltenen Ringe, die einen Innendurchmesser von 3,8 mm und einen Außendurchmesser von 5,9 mm hatten, mit zwanzig Sekundärwindungen Litzen draht und vier Primärwindungen dünnem Kupferdraht versehen. Die Ringe wurden vorher dadurch entmagnetisiert, daß durch die Primärwicklung ein Wechselstrom von stetig abnehmender Stärke geleitet wurde. Die Messungen erfolgen nach dem sogenannten » ballistischen « Verfahren (vgl. B ο ζ ο r t h, »Ferromagnetisrru, 1951, S. 843 usw.).

In Tabelle 1 sind B_r/B_a und {R_s)_max von einigen Werkstoffen nach der Erfindung mit den entsprechenden Zusammensetzungen, auf Gewichtsprozente MgO, MnO₂ und Fe₂O₃ umgerechnet, angegeben.

Tabelle 1 Tabelle 2

35

45

Rohstoffe, entsprechend dem nachstehenden	Mn	Fe	Zusammensetzung, umgerechnet auf	MgO	MnO₂	Fe₂O₃	(■"-) max*	(Hm)max
atomaren ^	0,75	2	Gewichtsprozent	8,2	26,6	65,2
^er-	1,00	2	der Oxyde	7,5	32,6	59,9
hältnis abgewogen	1,25	2	7,0	37,6	55,4	0,53	1,6
Mg	1,50	2	6,5	42,0	51,5	0,77	1,2
0,50		0,61	1,4 .
0,50	0,61	1,4
0,50
0,50

Bei der Herstellung der Proben, auf die sich die Tabelle 2 bezieht, wurde immer bei 1320⁰C in Luft gesintert.

Tabelle 3

Rohstoffe, entsprechend dem nachstehenden	Mn	Fe	Zusammensetzung, umgerechnet auf	MgO	MnO₂	Fe₂O₃	[Rs) ma x	(Ei m) max
2O_{1 Tr} atomaren Ver	1,00	2	Gewichtsprozent	3,9	33,8	62,3
hältnis abgewogen	1,25	2	der Oxyde	3,6	39,3	57,2
Mg	1,50	2	3,3	43,5	53,2	0,78	1,3
0,25	1,75	2	3,1	47,3	49,6	0,82	1,3
²⁵ 0,25		0,76	1,2
0,25	0,61	1,2
0,25

Bei der Herstellung der Proben, auf die sich die Tabelle 3 bezieht, wurde immer bei 1300⁰C in Stickstoff gesintert.

Die Werte von (H_m)_max sind in den Tabellen verzeichnet. Da, wie bereits früher bemerkt wurde, (H_m)_r, nur wenig von der Koerzitivkraft H₀ abweicht, geben diese Zahlenwerte also einen Eindruck von der Größe der Koerzitivkraft.

Auch hat sich nach der Erfindung ergeben, daß (R_s)_max durch die Wahl der Endsintertemperatur beeinflußt wird. Die Tabelle 4, die dies beweist, bezieht sich auf Proben mit einer Zusammensetzung entsprechend 7,5 Gewichtsprozent MgO, 32,6 Gewichtsprozent MnO₂ und 59,5 Gewichtsprozent Fe₂O₃. Diese Proben wurden durch Sintern in Luft bei verschiedenen Temperaturen erhalten.

Tabelle 4

Sintertemperatur ⁰C	(Rs)max	(Hm) max
1250	0,65	2,0
1320	0,77	1,2
1355	0,65	1,2
1390	0,55	1,2
1400	0,54	1,4

Zusammen	32,5	Fe₂O₃	Sinter	Sinter	Br/Ba	(-"s) max	(Hm) max
setzung Gewichtsprozent	41,9	59,9	tempe	atmo
MgO I MnO₂	39,0	51,6	ratur ° C	sphäre	0,98	0,84	1,2
7,6	47,2	57,4	1320	Luft	0,96	0,80	1,5
6,5	49,7	1300	N₂	0,91	0,76	1,2
3,6-	1275	Luft	0,95	0,74	1,0
3,1	1250	O₂

Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf Werkstoffe, die als Mangan-Magnesium-Ferrite mit einem Überschuß an Mangan aufzufassen sind. In den Tabellen 2 und 3 sind diese Ferrite angegeben.

Es ergab sich, daß eine Sinterung in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1300⁰C zur Erzielung eines hohen [Rg) _{ma x}-Wertes besonders günstig ist. So hatte eine Probe mit einer Zusammensetzung entsprechend 7,0 Gewichtsprozent MgO, 37,6 Gewichtsprozent MnO₂ und 55,4 Gewichtsprozent Fe₂O₃, welche durch Sinterung in Stickstoff bei 1300⁰C erhalten wurde, einen (/?_s)_maa.-Wert von 0,80 bei einem (H_m)_max-WeTt von 1,5, während eine Probe mit einer Zusammensetzung entsprechend 3,6 Gewichtsprozent MgO, 39,3 Gewichtsprozent MnO₂ und 57,1 Gewichtsprozent Fe₂O₃, unter gleichen Verhältnissen gesintert, einen (R_s)_max-Weit von 0,82 bei einem (i?_m)_maa!-Wert von 1,3 hatte.

Aus den vorstehenden Angaben ergibt sich, daß eine Sintertemperatur von 1250 bis 135O⁰C im allgemeinen

günstig ist; die Zusammensetzung beeinflußt naturgemäß die Höhe der günstigsten Sintertemperatur. Eine Sinterung in Stickstoff bei einer Temperatur von etwa 1300⁰C kann zu hohen (R_s)_max-Werten, sogar von 0,80 und höher führen, wenigstens bei einem hinreichenden Überschuß an Mangan, der allerdings auch wieder nicht zu groß sein darf.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife und eine Koerzitivkraft < 2 Oe aufweisen und die aus MgO, 50 bis 70 Gewichtsprozent Fe₂O₃ und MnO₂ bestehen, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Gemisch aus Magnesium-, Mangan- und Eisenverbindungen, vorzugsweise in einer sauerstoffarmen, insbesondere in einer Stickstoffatmosphäre, auf eine Temperatur von 1150 bis 145O⁰C, .vorzugsweise auf 1250 bis 135O⁰C, erhitzt wird, wobei die Anteile an Magnesium-, Mangan- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß im Endprodukt 3 bis 8 Gewichtsprozent MgO, 50 bis 70 Gewichtsprozent Fe₂O₃ und Rest MnO₂ vorhanden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 983 712;
Physica, III, 1936, S. 470/71, Fig. 2 und 3;
deutsche Patentanmeldung St 4840 IVc/806 (bekanntgemacht am 9. 7. 1953).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen