DE1239606B - Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Kernen mit weitgehend rechteckfoermiger Hysteresisschleife - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/092

Nummer:

Aktenzeichen:

Arimeldetag:

1 239 606
S47355VIb/80b
3. Februar 1956
27. April 1967
20. Juni 1968

Auslegetag:
Ausgabetag:
Patentschrift weicht von der Aüslegeschrift ab

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Kernen aus Werkstoffen nach Art des Ferrits, die weitgehend rechteckförmige Hysteresisschleifen aufweisen und in Vorrichtungen zur magnetischen Aufzeichnung, sogenannten Speiehern, magnetischen Steuerorganen, magnetischen Verstärkern u. dgl., verwendet werden können. Bei diesen Anwendungen werden im allgemeinen ringförmige oder zumindest geschlossene Kerne aus diesen Werkstoffen verwendet.

Es sind bereits Werkstoffe mit rechteckförmiger Hysteresisschleife bekannt, insbesondere Legierungen aus Eisen und Nickel oder Eisen und Silicium, deren magnetische Eigenschaften meistens entweder durch Kaltwalzen oder durch eine Wärmebehandlung unter einem magnetischen Feld · anisotrop geworden sind. Diese Materialien weisen im allgemeinen hohe Sättigungsinduktionen und geringe Koerzitivkräfte

aUf. ; ·

Der Hauptnachteil dieser bekannten metallischen Werkstoffe mit hoher Sättigungsinduktion ist der im allgemeinen geringe Wert ihres spezifischen Widerstandes, der zu hohen Verlusten durch Wirbelströme führt. Diese hohen Verluste haben eine verlängerte Ansprechzeit sowie eine Verformung der Hysteresisschleife zur Folge, die bei hohen Frequenzen ihre Rechteckform verliert. Zur Vermeidung dieser nachteiligen Wirkungen müssen bei Frequenzen von mehreren Megahertz Kernbleche aus den genannten Materialien mit sehr geringer Dicke in der Größen-Ordnung von einigen Mikron ven /endet werden, so daß die Herstellungsko : außero dentlich hoch werden.

Es ist möglich, diesen Nachteil zu vermeiden, indem man ferromagnetische Werkstoffe aus der Ferritgruppe verwendet, die einen höheren Widerstand aufweisen und von denen eine Reihe eine weitgehend rechteckförmige Hysteresisschleife aufweisen. Andererseits haben diese Werkstoffe aber im allgemeinen einen zu geringen Sättigungsinduktionswert.

Ferrite mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife werden vor allem für Schalt- und Speicherzwecke verwendet. Sie sollen einen möglichst großen Rechteckkoeffizienten und eine möglichst große Sättigungsinduktion haben,, während die Koerzitivkraft möglichst gering sein soll, damit Signale hoher Spannung bei verhältnismäßig geringen Steuerströmen erhalten werden. .

Es sind zwar bereits Ferrite, ζ. B. Magnesium-Mangan-Ferrite und deren Herstellungsverfahren bekannt, bei denen einer dieser Werte den Erfordernissen entspricht, aber es sind bisher keine Ferrite Verfahren zur Herstellung von
ferromagnetischen Kernen mit weitgehend
rechteckförmiger Hysteresisschleife

Patentiert für:

Societe Lignes Telegraphiq'ues et Telephoniques, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Andre Pierrot,

Yves Charles Eugene Lescroel,

Bogdan Grabowski, Conflans-Sainte-Honorine;

Charles Louis Guillaud,

Bellevue, Seine-et-Oise (Frankreich)

Frankreich vom 3. Februar 1955 (684 899),
vom 3. Mai 1955 (55 332)

bekanntgeworden, bei denen alle diese Werte den Erfordernissen der Praxis in genügendem Maße Rechnung tragen.

Es sind bereits Rechteckferrite bekannt, die eine Sättigungsmagnetisierung von über 3000 Gauß aufweisen, allerdings haben diese Ferrite einen sehr schlechten Rechteckkoeffizienten. Andererseits sind Ferrite mit einem Rechteckkoeffzienten von 0,96 bekannt, deren Sättigungsmagnetisierung jedoch nur verhältnismäßig gering sind.

So ist aus der Zeitschrift »Electronics«, April 1953, S. 149, bekannt, daß aus Magnesiumferrit ein Ferrit entwickelt wurde mit einem Rechteckverhältnis von 0,9 und einer Sättigungsmagnetisierung von 1780 Gauß.

In der Zeitschrift »Tele-Tech« vom Mai 1952 sind auf S. 50 bis 52 und 82 bis 84 die magnetischen Eigenschaften einiger Ferrite beschrieben. Dort ist auch ein Rechteckferrit beschrieben, das eine Sättigungsmagnetisierung von 2350 Gauß, aber nur einen Rechteckkoeffizienten von 0,91 und eine Koerzitivkraft von 1,5 besitzt.

In der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Bd. 25, Nr. 2 vom Februar 1954, sind Ferrite beschrieben, die ein Rechteckverhältnis von 0,96 haben. Die

«09573/294

Sättigungsmagnetisierung beträgt jedoch nur 1950 Gauß.

Demgemäß werden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung Ferrite erhalten, die bei einem Rechteckverhältnis von mindestens 0,92 eine größere Sättigungsmagnetisierung als die bekannten Ferrite besitzen und dabei gleichzeitig eine Koerzitivkraft haben, die niedriger ist als die bei den bekannten Ferriten'mit hoher Sättigungsmagnetisierung.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung werden Magnetkerne mit im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife erhalten, bei denen gleichzeitig ein guter Rechteckkoeffizient, eine hohe Sättigungsmagnetisierung und eine niedrige Koerzitivkraft vorhanden sind. . Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt einerseits eine bestimmte Zusammensetzung der Ausgangsoxydmischung und andererseits verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung dieser Ferrite, die erst in der beanspruchten Kombination die angestrebte Wirkung ergeben.

Es sind zwar Ferrite der beanspruchten Zusammensetzung und auch einzelne Verfahrensschritte wie z. B. ¹ das Glühen in einer inerten Atmosphäre und die Verwendung von möglichst reinen Ausgangsstoffen an sich bekannt, jedoch werden durch die Zusammensetzung allein oder durch einzelne Verfahrensmerkmale noch nicht die Vorteile des Erfindungsgegenstandes erzielt. Allein durch die Kombination aller Maßnahmen werden Ferrite erhalten, bei denen die genannten magnetischen Eigenschaften insgesamt verbessert sind. Die Ferrite, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden, haben zusätzlich noch einen höheren spezifischen Widerstand.

Vor der Erläuterung der Erfindung seien zunächst einige Definitionen der die Hysteresisschleifen bestimmenden magnetischen Größen und ihrer Verhältniswerte, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, gegeben:

Eine annähernd rechteckförmige Hysteresisschleife, welche sich von einer größten Feldstärke +H_m zu einer Feldstärke —H_m erstreckt, ist durch die folgenden Größen bestimmt:

Bm = die der Feldstärke H_m entsprechende Induktion in Gauß;

Brm = die remanente Induktion in Gauß;
Hcm = die Koerzitivkraft in Oersted;

Bam = der Endwert der Induktion nach einer Änderung der magnetischen Feldstärke von

dem Wert¹ H_1n auf den Wert -—-.

Zur Beurteilung der Schleifenform werden folgende Koeffizienten herangezogen:

ßm = w'" = der »Rechteckigkeits-Koeffizient«;

R_m= -£--■= das »Rechteckigkeits-Verhältnis«; sowie die Größe

„ _ Brm + B_m _ 1' + ßm

TD D R /?

^Tm "dm Pm -**wi

Für eine weitgehend rechteckförmige Hysteresisschleife müssen ß_m und R_m gegen 1 streben und K_m möglichst groß werden.

Für die Permeabilität ist im folgenden stets die Anfangspermeabilität im entmagnetisierten Zustand mitgeteilt.

Die Ferrite gemäß der Erfindung haben einen negativen Magnetostriktionskoeffizienten. Durch die während der Sinterung und Abkühlung von Kernen aus diesen Ferriten auftretende lineare Schrumpfung von mindestens 8 °/₀ bis zu 30 °/₀ entstehen in. den Kernen mechanische Spannungen, die sich beim Vorliegen eines negativen Magnetostriktionskoeffizienten günstig auf die Rechteckform der „Hysteresisschleife auswirken.

Die magnetostriktiven Wirkungen können durch

den Wert des Koeffizienten der Magnetostriktion bei Sättigung X_s gekennzeichnet werden, welcher für den entmagnetisierten Zustand durch Extrapolieren der Kurve der relativen Veränderung der Länge der

Probe -γ- für sehr hohe Feldstärken erhalten wird.

2u Die »Ansprechzeit« wird durch die Betrachtung von zwei Wicklungen mit vernachlässigbaren Zeitkonstanten definiert, die auf einem Kern aus dem betreffenden magnetischen Werkstoff angeordnet sind. Dieser Kern wird einem Magnetfeld H_m zwischen H_cm und 2 H_cm

und dann dem Feld—.- ausgesetzt. Hierauf wird

einer der Wicklungen ein Stromimpuls mit sehr kurzer Anstiegszeit (beispielsweise weniger als 0,1 Mikrosekunden zugeführt, durch den das Magnetfeld auf den Wert — H_m gebracht wird. Die »Ansprechzeit« τ ist dabei die in Mikrosekunden ausgedrückte Zeit, in der die in der anderen Wicklung erzeugte Spannung von Null ausgehend nach Überschreiten eines Maximalwertes wieder auf 10% dieses Wertes abgeklungen ist.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Ferritkerne haben folgende Eigenschaften: Die Kerne nach den Beispielen 1 bis 4, welche sich für die Nachrichtentechnik eignen, haben einen Rechteckkoeffzienten ß_m von mindestens 0,92, eine Induktion5_TO von mehr als 3000 Gauß bei 20⁰C und eine Koerzitivkraft H_cm von weniger als 0,6 Oersted.

Die Ferritkerne nach den Beispielen 5 bis 8, welche für Speichervorrichtungen bestimmt sind, haben einen Rechteckkoeffizienten von mindestens 0,93, eine Induktion von mehr als 1850 Gauß und eine Koerzitivkraft von weniger als 1,2 Oersted.

Alle Kerne haben einen Curiepunkt von mehr als 12O⁰C und einen erhöhten spezifischen Widerstand (größer als 10³ Ohm · cm).

Infolge des höheren spezifischen Widerstandes weisen diese Kerne vernaehlässigbare Wirbelstromverluste auf, was ihre Verwendung bei hohen Frequenzen mit sehr kurzen Ansprechzeiten (τ < 5 Mikrosekunden) ermöglicht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von ferromagnetischen Kernen mit einer weitgehend rechteckförmigen Hysteresisschleife, bei dem ein homogenes Gemisch feiner Metalloxydpulver, das Eisen(III)-oxyd und gegebenenfalls Oxyde der dreiwertigen Metalle Aluminium und Chrom sowie ein Manganoxyd und gegebenenfalls Oxyde der zweiwertigen Metalle Magnesium, Zink und Cadmium enthält, gepreßt und das gepreßte Gemisch auf eine Temperatur zwischen 1200 und 135O°C erhitzt wird, worauf eine langsame Abkühlung in einer indifferenten Atmosphäre erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte derart kombiniert werden, daß ein Gemisch von χ Molpfozerit Fe₂O₃, >> Mol-

prozent Al₂O₃, ζ Molprozent Cr₂O₃, u Molprozent MnO, ν Molprozent MgO, s Molprozent ZnO und t Molprozent CdO in einer eisernen Kugelmühle mit Stahlkugeln mit dem doppelten Gewicht an destilliertem Wasser 24 bis 48 Stunden vermählen und anschließend mit einem Druck zwischen 0,5 und 15 t/cm² zu Kernen gepreßt wird, die dann 2 bis 6 Stunden in reinem Stickstoff, der höchstens 2 Volumprozent Sauerstoff enthält, auf 1200 bis 135O°C erhitzt und anschließend in reinem Stickstoff während etwa 15 Stunden abgekühlt werden, wobei die Mischung höchstens insgesamt 0,5 Gewichtsprozent Verunreinigungen, an Siliziumdioxyd, Bariumoxyd, Bleioxyd, jedoch höchstens 0,05 Gewichtsprozent Strontiumoxyd enthalten darf und für die molaren Anteile der Ausgangsmischung folgende Bedingungen eingehalten werden: . _:. _:

23 < χ + y + ζ < 52,

0 < y + ζ < 0,25 x,
40 < u + ν < 77,

0<v<20,

0 < s + t < 15, wenn ν < 8,

8 < s.+ t < 15, wenn 8 < ν < 20,

d. h. die

duktion B_rm = OP,

Induktion B_1n = OR, die remanente In-

f-f

die der Feldstärke „'" ent-

sprechende Induktion B^m = OS sowie die Koerzitivkraft Hem- Aus diesen Größen ergeben sich die Koeffizienten ß_m, R_m und K_m ; führt man noch das Größen verhältnis

"m orm .

B_m

ein, so erhält man R_1n < 1 —

3 Λ

jedoch mit der Einschränkung, daß

50,2 < χ < 52 und 40 < u < 48,8

47 < χ < 52 und 47 < u < 53

gewählt werden,

25

3°

₃₅

s-f ? = 0 und ν < 8 bzw. ν = 1 sind.

In der folgenden Beschreibung ist jeweils die Zusammensetzung vor dem Vermählen angegeben. Durch die Abnutzung der eisernen Zerkleinerungsvorrichtung während des Mahlvorganges erhöht sich der Eisengehalt der Mischung normalerweise um etwa 0,8 Moleküle Fe₂O₃ je 100 Moleküle gemahlenes Gut, so daß nach dem Mahlen ein um diese Menge erhöhter Gehalt an Fe₂O₃ zugrunde zu legen ist, wobei Berichtigungen vorgenommen werden müssen, wenn sich die Mahlvorrichtung langsamer oder rascher abnutzt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine weitgehend rechteckförmige Hysteresisschleife,

F i g. 2 Hysteresisschleifen für einen Kern gemäß der Erfindung aus einem 50°/₀ Fe₂O₃ und 50% MnO enthaltenden Stoff,

Fi g. 3, 4 und 5 für Kerne aus dem gleichen Stoff, auf den sich die F i g. 2 bezieht, Hysteresisschleifen für verschiedene Betriebstemperaturen, die Veränderungen von B_7n und H_cm in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und die Veränderung von R_m in Abhängigkeit von H_m für verschiedene Betriebstemperaturen,

F i g. 6 bis 13 Hysteresisschleifen für Beispiele von Kernen gemäß der Erfindung.

In F i g. 1, welche eine rechteckförmige Hysteresisschleife darstellt, die einer Feldstärke H_m entspricht, sind die vorangehend definierten Größen angegeben, Wie bereits aus den oben angegebenen Grenzen für die Summe der Bestandteiles und t hervorgeht, kann bei allen angegebenen Zusammensetzungen das Zinkoxyd ganz oder teilweise durch Cadmiurnoxyd ersetzt werden, ohne daß hierdurch praktisch die angegebenen Eigenschaften für das erhaltene Produkt verändert werden.

Bei den in der vorliegenden Beschreibung gemachten Angaben ist zu berücksichtigen, daß der Molekularprozentsatz des Manganoxyds in der üblichen Weise auf die Anzahl der Manganatome bezogen ist, so daß im nachfolgenden' das Manganoxyd in der üblichen Weise durch MnO dargestellt wird, obwohl in der Praxis verschiedene Oxyde verwendet werden können, wie MnO₂, Mn₃O₈ usw.

Herstellungsverfahren
Zusammensetzung und Art der verwendeten Oxyde

Man verwendet für die Gemische Eisen(III)-oxyd Fe₂O₃, körniges Manganoxyd Mn₃O₄ oder ein anderes Manganoxyd und gegebenenfalls Zinkoxyd ZnO, Aluminiumoxyd Al₂O₃, Chromoxyd Cr₂O₃, das aus Chromsäureanhydrid CrO₃ erhalten werden kann, und Magnesiumoxyd MgO.

Diese Oxyde müssen rein sein, und das Gemisch darf nicht mehr als 0,5 °/₀ Verunreinigungen enthalten. Siliciumdioxyd (SiO₂), Bariumoxyd (BaO), Bleioxyd (PbO), Strontiumoxyd (SrO) u. dgl. sind besonders schädlich, da diese Verunreinigungen die Ecken der Hysteresisschleife abrunden. Daher muß der Gehalt an jedem dieser Oxyde geringer als 0,05 Gewichtsprozent sein. .

Das gegebenenfalls verwendete Magnesiumoxyd kann aus mehr oder weniger hydratisierter Magnesia erhalten werden, die durch Brennen bei 500⁰C in MgO umgewandelt wird.

Die Vermahlung

Das Oxydgemisch wird in einer eisernen Kugelmühle mit Stahlkugeln im allgemeinen während eines Zeitraums von 12 bis 48 Stunden mit annähernd dem Doppelten seines Gewichts an destilliertem Wasser gemahlen.

Das Mahlen, Pressen und die Wärmebehandlung werden bei Anwesenheit von Al₂O₃ oder Cr₂O₃ nicht verändert.

Da sich während des Mahlvorganges, wie bereits oben angegeben, der Eisengehalt infolge des Eisenabriebes von den Mahlgefäßen und von den Stahlkugeln erhöht, müssen die für die Zusammensetzungen vor der Vermahlung angegebenen Molprozentsätze an Fe₂O₃ um den obengenannten Betrag erhöht werden, um die Molprozentsätze nach der Vermahlung zu erhalten.

Das Pressen

Die Mischung der Oxyde wird darauf durch Pressen in die gewünschte Kernform gebracht.

Der Einfluß des Preßdruckes ist groß. Der Preßdruck muß einerseits so hoch sein, daß die Sättigungsinduktion des Endproduktes ausreichend hoch ist und andererseits noch so niedrig, daß der Schwund beim Sintern groß ist.

Mit einem Druck von etwa 5 t/cm², welcher einen linearen Schwund von etwa 15% ergibt, wurden gute Ergebnisse erzielt. Es können jedoch auch Drücke von 0,5 bis 15 t/cm² angewendet werden.

Die Wärmebehandlung

Das in der beschriebenen Weise erhaltene Produkt wird einer Wärmebehandlung für eine Dauer von 2 bis 6 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1350⁰C unterzogen, und zwar in reinem Stickstoff, dem 0 bis 2 Volumprozent Sauerstoff zugesetzt worden sind, worauf eine langsame Abkühlung im Lauf von etwa 15 Stunden in reinem Stickstoff folgt.

Für das Erzielen optimaler Eigenschaften muß die Brenntemperatur für jede Zusammensetzung experimentell ermittelt werden.

Im allgemeinen muß die Temperatur um so höher sein, je mehr Magnesiumoxyd MgO das Ferrit enthält. Bei Werkstoffen ohne Magnesiumoxyd MgO lassen sich sehr gute Ergebnisse bei 1250⁰C erzielen, bei 10% MgO ist es zweckmäßig, bei 1275⁰C zu brennen, während bei einem MgO-Gehalt von 16% eine Temperatur von 1300°C befriedigende Ergebnisse liefert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das gemahlene Pulver vor dem Pressen zwischen 900 und 1100⁰C vorgesintert und dann vor dem Pressen und der endgültigen Wärmebehandlung erneut gemahlen werden. Die Temperatur dieser Vorsinterung muß so festgelegt werden, daß der endgültige Schwund des Stoffs mindestens größer als 8 % ist, da dieser Schwund die Spannungen und damit die Eigenschaften der Rechteckigkeit bestimmt. Es wurde beobachtet, daß Kerne aus einem Gemisch, das nach normaler Behandlung eine gute Rechteckform der Hysteresisschleife ergab, nach einem Vorsintern dieses Gemisches bei zu hoher Temperatur (z. B. 1200° C), das zu Schwunden in der Größenordnung von bloß 4 % führte, keine rechteckförmige Hysteresisschleife aufwiesen.

Beispiell

F i g. 2 zeigt Hysteresisschleifen, die für maximale Feldstärken von 2 und 10 Oersted an einem ringförmigen Kern von den folgenden Abmessungen gemessen wurden:

Außendurchmesser 34,1 mm

Innendurchmesser 26,9 mm

Höhe 12,2 mm

Die Ausgangszusammensetzung des Stoffes betrug:

50 Molprozent Fe₂O₃
50 Molprozent MnO

Die Vermahlung erfolgte während eines Zeitraumes von 48 Stunden in einer eisernen Kugelmühle mit einem Fassungsvermögen von 161, welche etwa 3 kg Gemisch, etwa 61 Wasser und etwa 20 kg Kugeln enthielt.

Die daraus hergestellten Kerne wurden bei 1240⁰C während eines Zeitraumes von 4 Stunden in reinem Stickstoff, der 1 % Sauerstoff enthielt, gesintert und in reinem Stickstoff abgekühlt.

Die Kerne wiesen nach der Sinterung einen Schwund von 14,8 % und bei einer Feldstärke H_7n = 10 Oersted folgende Eigenschaften auf:

eine geringe Koerzitivkraft H_cm = 0,5 Oersted, eine Induktion B_7n = 3660 Gauß,

einen »Rechteckigkeitskoeffizienten«

Brm _

— — U,y/.

B_7n

Der Magnetostriktionskoeffizient bei der magnetischen Sättigung beträgt ungefähr A₅ = — 4 · 10~~⁶ Der Curiepunkt 0_C liegt bei etwa 28O⁰C. Wie die Analyse zeigte, enthalten die Kerne kein FeO.

F i g. 3 zeigt die Hysteresisschleifen von Kernen aus diesem Stoff für 2 Oersted und bei verschiedenen Betriebstemperaturen.

F i g. 4 zeigt die Veränderung von B_m und von Hcm in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur.

F i g. 5, welche die Veränderung des »Rechteckigkeits-Verhältnisses« R_m in Abhängigkeit von der Feldstärke Hm für verschiedene Betriebstemperaturen darstellt, zeigt den Einfluß der Temperatur auf die Höhe der zu optimaler Rechteckigkeit führenden Feldstärke -Hm-

Bei der Anwendung für Speichervorrichtungen zur magnetischen Aufzeichnung soll sich das Verhältnis Rm niit der Temperatur möglichst wenig ändern, damit sich innerhalb eines größeren Temperaturbereiches geeignete Betriebsbedingungen ergeben. Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Kerne sind zu diesem Zweck besonders untersucht worden. Das »Rechteckigkeits-Verhältnis« R_m ändert sich mit der Temperatur nur sehr wenig.

Dieser Stoff wird in Form von Ringen in magnetischen Steuergliedern, magnetischen Kommutatoren, magnetischen Verstärkern u. dgl. verwendet.

Beispiel '2

F i g. 6 zeigt die bei H_m = 2 Oersted gemessene Hysteresisschleife eines Kernes mit folgender molaren Ausgangszusammensetzung:

48% Fe₂O₃
45,2% MnO
6,8% ZnO.

55 Es ergibt sich:

μ = 330

Bm = 3580 Gauß
Hcm = 0,35 Oersted

ß_m = 0,94
Brm = 3300 Gauß

0c= 260°C

Das Herstellungsverfahren war gleich dem für das Beispiel 1 angegebenen. Der Zusatz von Zink hat eine Verringerung der Koerzitivkraft H_cm zur Folge.

B e i s ρ i el 3

F i g. 7 zeigt die bei H_7n = 2 Oersted gemessene Hysteresisschleife eines Ringkernes entsprechend dem

9 10

im Beispiel 1 angegebenen, jedoch mit folgender Zu- Für diesen Stoff ergibt sich für eine Feldstärke

sammensetzung des Ausgangsgemisches in Molprozent- H_m — 20ersted:

sätzen:.

B_m = 2300 Gauß

50⁰Z₀Fe₂O₃ 5 5_m = 2140Gauß

40⁰Z₀MnO Hem= 0,9 Oersted

5% MgO ß*> = °'⁹³

5%ZnO

und für die optimale Feldstärke H_m = 1,4 Oersted:

Bei dem gleichen Herstellungsverfahren wie für das ίο _„_mr „

ispiel 1 erhält man folgende magnetische Eigen- ο ^

schäften: I

e de g g

Beispiel 1 erhält man folgende magnetische Eigen- ο

H_cm = 0,8 Oersted

B_m = 3260 Gauß ξ™ Ζ n'?r

B_rm = 3120 Gauß is Z^m Z i->

Hem= 0,45 Oersted ä_w - iz

pV = 0,96 BeispieI6

F i g. 10 zeigt für H_7n = 3 Oersted bzw. für die

F i g. 8 zeigt für H_m = 2 Oersted bzw: H_m = lOOer- ao optimale Feldstärke H_m = 1,8 Oersted die Hysteresis-

sted die Hysteresisschleifen eines ringförmigen Kernes schleifen eines Ringkernes der im Beispiel 1 be-

der im Beispiel 1 angegebenen Art, mit folgender Zu- schriebenen Art mit folgender Zusammensetzung des

sammensetzung des Anfangsgemisches in Molprozent- Ausgangsgemisches (in Molprozentsätzen):

sätzen:

_a5 40°/₀ Fe₂O₃

51,0% Fe₂O₃ . 55%MnO

44,0 °/₀ MnO 5°/₀Al₂O₃

5,0 /o MgO jjj_e Vermahlungs- und Behandlungsbedingungen

, entsprechen den im Beispiel 1 angegebenen. Die Bedingungen für die Vermahlung und die Her- 3°

stellung waren die gleichen wie für das Beispiel 1 an- _{Der Kern weist die folgenden} magnetischen Eigengegeben, schäften auf: für eine Feldstärke H_m = 3 Oersted:

Der Kern weist die folgenden magnetischen Eigen- ^H }¹* °|^rsted schäften auf: 35

Für eine Feldstärke H_m = 10 Oersted: . .

H_cm= 0 6 Oersted B_m = 3500'Gauß ßrn= 0,92 4°

und für eine Feldstärke H_m == 2 Oersted:

Hem= 0,6 Oersted ■

i?_m = 3060 Gauß „. _TT ^ ,_γ .„ . . _π . . , „.. .

ο _ η OS 45 Die Hysteresisschleifen einiger Beispiele fur ferro-

p»,-. u,vd magnetische Stoffe aus Fe₂O₃, Al₂O₃ und MnO sind

in Fig. 13 für verschiedene Molprozentsätze Al₂O₃

Der Zusatz von Calciumoxyd ermöglicht das dargestellt, um die Wirkung der Al₂O₃-Zugabe zu

Brennen bei einer niedrigeren Temperatur als 1300° C zeigen,

und liefert gute Ergebnisse bei 124O⁰C. 50 B ' " 1 7

Die in den folgenden Beispielen beschriebenen ^

Magnetkerne eignen sich besonders zur Verwendung F i g. 11 zeigt für H_m = 3 Oersted bzw. für die

in Magnetspeichern. optimale Feldstärke H_m = 2 Oersted die Hysteresis-

T₅ · . , , schleifen eines ringförmigen Kernes der in dem Bei-

¹^¹⁶ 55 spiel 1 beschriebenen Art mit der Ausgangszusammen-

F i g. 9 zeigt für H_m = 2 Oersted und für die setzung des Oxydgemisches (in Molprozentsätzen):

optimale Feldstärke H_m = 1,4 Oersted die Hyste- 45 0/ p_e q

resisschleifen eines Ringkernes gemäß dem Beispiel 1, 50°/°MnO³

jedoch mit folgender Zusammensetzung des Aus- 50/ Γ Ο

gangsgemisches (in Molprozentzusätzen): 60 ^{T% 3}

Der Kern wurde in der gleichen Weise wie für

40⁰Z₀Fe₂O₃ ■ Beispiel 1 beschrieben hergestellt.

8°/°ZnO Für diesen Kern ergibt sich: für eine Feldstärke

7% MnO , 65 ^» = 3 Oersted:

B_m = 2200 Gauß

Das Herstellungsverfahren war gleich dem be- H_cm = 1*40 Oersted

schriebenen. ß_m = 0,94

809 573/294

Hem	= 1,15 Oersted	1,8 Oersted:
Bm	= 2260 Gauß
ßm	= 0,94
	r die optimale Feldstärke H1n =
Hem	= 1,0 Oersted
Bm	= 1960 Gauß
ßm	= 0,94
Rm	= 0,77
JYm	= 12

für die optimale Feldstärke H_m = 2 Oersted:

Bm = 1880 Gauß
H_cm = 1,15 Oersted

ßm= 0,93

Rm — 0,70

Beispiele

Fig. 12 zeigt für die optimale Feldstärke H_m .= 2 Oersted die Hysteresisschleife eines Ringkernes mit den im Beispiel 1 angegebenen Abmessungen und mit folgender Ausgangszusammensetzung des Gemisches (in Molprozentsätzen):

45,0% Fe₂O₃

5,0% Al₂O₃
42,0% MnO

5,0% MgO

3,0% ZnO

20

Die Vermahlungs- und Wärmebehandlungsbedingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1 angegeben.

Der Stoff weist für H_m = 2 Oersted die folgenden magnetischen Eigenschaften auf:

Hem = 1,2 Oersted
Bm = 2320 Gauß

ßm= 0,94

Rm= 0,74

Km = 10

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Kernen mit einer weitgehend rechteekförmigert Hysteresisschleife, bei dem ein homogenes Gemisch feiner Metalloxydpulver, das Eisen(III)-oxyd und gegebenenfalls Oxyde der dreiwertigen Metalle Aluminium und Chrom sowie ein Manganoxyd und gegebenenfalls Oxyde der zweiwertigen Metalle Magnesium, Zink und Cadmium enthält, gepreßt und das gepreßte Gemisch auf eine Temperatur zwischen 1200 und 1350° C erhitzt wird, worauf eine langsame Abkühlung in einer indifferenten Atmosphäre folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte derart kombiniert werden, daß ein Gemisch von χ Molprozent Fe₂O₃, y Molprozent Al₂O₃, ζ Molprozent Cr₂O₃, u Molprozent MnO, ν Molprozent MgO, ί MolprozentZnO und tMolprozent CdO in einer eisernen Kugelmühle mitjStahlkugeln mit dem doppelten Gewicht an destilliertem Wasser 24 bis 48 Stunden vermählen und anschließend mit einem Druck zwischen 0,5 und 15 t/cm² zu Kernen gepreßt wird, die dann 2 bis 6 Stunden in reinem Stickstoff, der höchstens 2 Volumprozent Sauerstoff enthält, auf 1200 bis 135O⁰C erhitzt und anschließend in reinem Stickstoff während etwa 15 Stunden abgekühlt werden, wobei die Mischung höchstens insgesamt 0,5 Gewichtsprozent Verunreinigungen, an Siliziumdioxyd, Bariumoxyd, Bleioxyd, jedoch höchstens 0,05 Gewichtsprozent Strontiumoxyd enthalten darf und für die molaren Anteile der Ausgangsmischung folgende Bedingungen eingehalten werden:

23 < χ + y + ζ < 52,

0 < y + ζ < 0,25 x,
40<« + v<77,

0<v<20,

0 < s + t < 15, wenn ν < 8,

8 < s + t < 15, wenn 8 < ν < 20,

jedoch mit der Einschränkung, daß
50,2 < χ < 52 und 40 < u < 48,8

bzw.

47 < χ < 52 und 47 < u < 53

gewählt werden,

wenn y-\-z-\-s-\-t — 0 und ν < 8 bzw. ν < 1 sind.

2. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Kernen nach Anspruch 1, bei welchem das Ausgangsgemisch der Metalloxyde ausschließlich aus Oxyden der genannten dreiwertigen Metalle, ferner aus Manganoxyd und Mägnesiumoxyd besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 50,2 und 52 Molprozent der Oxyde dreiwertiger Metalle, zwischen 40 und 48,8 Molprozent Manganoxyd und zwischen 1 und 8 Molprozent Magnesiumoxyd verwendet werden.

3. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Kernen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Oxydgemisch nach dem Vermählen einer ersten Wärmebehandlung zur Vorsinterung in Luft bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100⁰C, sodann einer zweiten Vermahlung, einem Preßvorgang und einer zweiten Wärmebehandlung während einer Dauer von 2 bis 6 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1200.und 1350°C in einem Gemisch von reinem Stickstoff und 0 bis 2 Volumprozent Sauerstoff unterzogen wird, worauf eine langsame Abkühlung während etwa 15 Stunden in reinem Stickstoff erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung ST 4840, (bekanntgemacht am 9. 7.1953);

französische Patentschriften Nr. 1051851, 1074864; belgische Patentschrift Nr. 525 036;

britische Patentschrift Nr. 655 666;

USA.-Patentschrift Nr. 2 640 813;

J. applied Physics, 25 (1954), S. 152 bis 154;

Physica, Juni 1936, S. 463 bis 483;

Physikal. Zeitschrift, 39 (1938), S. 208 bis 212;

Elektrotechn. Z., Ausg. A, April 1954, S. 253 bis 256;

Philips' Techn. Rundsch., 16 (1954), S. 124 bis 134; Heft 4/5, S. 131, Tabellen;

TeIe Tech, Mai 1952, S. 50 bis 52, 82 bis 84:

Journal of appl. Physics, 25 (2), S. 152 bis 154 (1954);

»Electronics« vom April 1953, S. 149.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 976 406.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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