DE1471300A1 - Magnetischer Speicherkernkoerper aus einem Lithiumferrit und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Magnetischer Speicherkernkoerper aus einem Lithiumferrit und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
U71300
DR. ING. EHN8T MAIEK
8 MÜNCHEN S2
A 3^764 19. November 1968
EM/Has/MM
Aktenzeichen: P 14 71 3OO.9 (K 53 656 VIb/80b
KABUSHIKI KAISHA HITACHI SEISAKUSHO,
4t 1-Chome, Marunouchi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To/Japan
Magnetischer Speicherkernkörper aus einem Lithiumferrit und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Speicherkernkörper für einen weiten Betriebstemperaturbereich aus einem
gebrannten Lithiumferrit mit Metalloxidzusätzen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines sol
chen Speioherkernkörpers.
Speicherkernkörper aus Perriten mit rechteckigen
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-2- U71300
Hysteresisschleifen finden in weitem Umfang als Speicherelemente von Rechenmaschinen Anwendung. Es besteht vielfach
die Aufgabe, die Speicherkernkörper für einen weiten Betriebs· temperaturbereich, z.B. von -6O° Celsius bis +lOOo Celsius,
ohne besonderen Temperaturausgleich zu benutzen.
Bei Verwendung von Ferriten des Cu-Mn-Systems oder
des Mn-Mg-Systems, die bisher weitgehend als Speicherelementmaterialien
verwendet werden, sind deren Betriebsbereiche bei der Verwendung als Speichervorrichtungen für Rechenmaschinen
gewöhnlich auf 0 bis 60° Celsius selbst bei Temperaturausgleich beschränkt. Wenn diese Materialien bei einer Temperatur
von etwa 6o° Celsius oder höher verwendet werden, verlieren sie die Rechteckform ihrer Kennlinie und außerdem sind
die Temperaturkoeffizienten der Erregerströme groß. Solche Ferrite sind daher für Speichervorrichtungen von Rechenmaschinen
nicht zweckmäßig.
Außerdem sind Li-Mn-Al-Ferrite bekannt, wo mit steigendem
Lithiumanteil die Curietemperatur und damit auch der
Erregerstrom zunehmen. Ferner ist ein Mg-Zn-Ferrit mit einem
Lithiumoxidzusatz neben andgen Oxidzusätzen bekannt, dessen
Curiepunkt jedoch klein ist und daher zum Betrieb in einem breiten Temperaturbereich ungeeignet ist.
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Es ist bereits ein Lithium-Magnesium-Ferrit mit einem Magnesiumoxidanteil von 28,6 Molprozent bekannt. Das
Rechteckigkeitsverhältnis dieses Ferrits beträgt 0,55 und
erreicht durch eine Sonderbehandlung den Wert 0,55. Dieser Wert ist außerordentlich schlecht für einen Speicherkern,
obwohl ein hoher Magnesiumoxidanteil zugesetzt ist.
Für Hochfrequenzferrite sind bereits Lithiumferrite bekannt,
die eine hohe Curietemperatur besitzen. Aus der Größe der Curietemperatür bei einem Hochfrequenzferrit läßt sich
jedoch keinerlei Voraussage über die Größe der CUi-^etemperatur
eines Rechteck-Lithium-Ferrits machen, weil für denselben vollkommen andere Zusatzstoffe erforderlich sind.
Grundsätzlich ist, wenn die Curietemperatür eines
Ferrites eines Speicherkerns hoch ist, der Erregerstrom im allgemeinen hoch, d.h. diese beiden Eigenschaften kommen miteinander
in Konflikt. Es ist daher schwierig, ein Kernmaterial herzustellen, das gleichzeitig eine hohe Curietemperatur, eine
niedrige Koerzitivkraft, eine genaue Rechteckform, welche ein unerläßliches Merkmal von Speicherkernen ist und eine hohe
Kraftliniendichte im Verhältnis zur Ausgangsspannung hat. Bisher war es nicht möglich, ein Kernmaterial herzustellen, das
allen diesen Bedingungen gerächt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Speicherkernkörpers mit möglichst geringem Erregerstrom bei Erhaltung
eines breiten Betriebstemperaturbereiches. Die Herabsetzung des Erregerstromes ist Voraussetzung für die Anwendung
von Pestkörper-Schaltungsanordnungen für die Steuerstufen von Speicherkernen, da derartige Festkörper-Transistoren
nur Ströme bis etwa 1.000 mA führen können.
Diese Aufgabe wird durch Zusätze von 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxid und von 0 bis 10 Molprozent Zinkoxid zu
einem Lithiumferrit gelöst.
Ein solcher Speicherkernkörper hat einen Erregerstrom zwischen etwa 700 und 1.100 mA und liegt damit in einem für
die praktische Verwendung geeignetem Bereich. Trotz dieses vergleichsweise niedrigen Erregerstromes, der auch bei Mn-Mg-Zn-Perriten
benutzt wird, liegt der Curiepunkt oberhalb 400° Celsius, so daß man für einen Speicherkernkörper nach
der Erfindung einen geringen Temperaturkoeffizienten erhält. Infolgedessen ist der Betriebstemperaturbereich sehr groß.
Allerdings muß man dabei eine gewisse Verschlechterung des Störverhältnisses inkaufnehmen. Dieses ist zuläßig, da
der Ferrit trotzdem in vollem Umfang benutzbar bleibt. Es
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.5. U71300
läßt sich jedoch eine wesentliche Verringerung des Erregerstromes durch Erhöhung der Curietemperatur erzielen, worauf
es für die Verwendung in Verbindung mit Pestkörperschaltungen
hauptsächlich ankommt. Das Rechteckigkeitsverhältnis behält seinen hohen Wert.
Die Erfindung wird nunmehr anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Zeitdiagram einer Prüfimpulsfolge
für einen Speicherkernkörper,
Fig. 2 eine grafische Darstellung von Kennlinien eines Speicherkernkörpers nach dem unten
angegebenen Ausführungsbeispiel 1,
Fig. 5 eine ähnliche Darstellung der Kennlinien
eines Speicherkernkörpers nach dem Ausführungsbeispiel 2,
Fig. 4 den Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Erregerstrom und
Fig. 5 einen Vergleich zwischen Temperaturkoeffizient
und Curietemperatur bei Mn-Mg-Zn-Ferriten und bei Ferriten nach der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird zur Herstellung eines Kernmaterials, das über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden kann,
die Eigenschaft von Lithium-Ferrit, welches eine Curietemperatur von etwa 6000C und außerdem ein bestimmtes Rechteckigkelts
verhältnie hat, verwendet.
Im besonderen wurde festgestellt, daß es durch die Ver-
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Wendung dieses Lithium-Perrites als Grundmaterial und
durch Zusetzen von 1-10 Molprozent Magnesiumoxyd zu diesem möglich ist, ein Speicherkernmaterial zu erzielen,
das ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis hat und außerdem über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden kann.
Es wurde ferner festgestellt, daß es, wenn diesem Lithium-Magnesium-Ferrit
eine Menge Zinkoxyd innerhalb des Bereiches ^ von 0-10 Molprozent zugesetzt, wird, möglich ist, den Erregerstrom
des Kernmaterials herabzusetzen. In diesem Falle jedoch besteht bei dem Betriebetemperaturbereich die Neigung,
etwas enger zu werden.
Von den Lithium-System-Ferriten sind das Lithium-Nickel-System
und das Lithium-Kupfer-System bereits bekannt, jedoch sind diese Ferrite niemals speziell zur Verwendung als Speicherkernmaterialien
für den Betrieb über einen weiten Temperaturbereich in Betracht gezogen worden. In der Tat kann man
* nichtsagen, daß diese Ferrite dem Erfordernis der Rechteckform
gerecht werden. Ferner sind Ferrite des Lithium-Magnesium-Systems
bekannt. Es wurde jedooh der Zusetz von Zinkoxyd zu einem Lithium-Magnesiutä.-System-Ferrit zur Herabsetzung des
Erregerstroms gemäß der Erfindung bisher niemals vorgeschlagen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die nachfolgenden Beispiele gegeben, von denen das Beispiel 1 sich auf
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U71300 - 7 - ■
ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Speicherkernmaterials mit einem weiten Temperaturbereich bezieht und das Beispiel
2 auf das Material des Beispiels 1, dem eine niedrige Erregerstromcharakteristik
gegeben worden ist.
• Beispiel 1
Lithiumcarbonat (Li2CO^) und ^C - Eisenoxyd (oC.
wurden in Anteilen mit einem Molverhältnis von 1 : 5 mehrere ύ
Stunden lang in einer Kugelmühle gemischt (ein kraftgetriebener Mörser kann ebenfalls verwendet werden). Das erhaltene
Gemisch wurde bei 1000°C eine Stunde lang vorgebrannt, dann gekühlt und in einem Mörser vermählen, wodurch ein magnetisches
Material mit der Zusammensetzung LiQcFe2,cO^ erhalten wurde.
Es wurden verschiedene Mengen Magnesiumoxyd (MgO) Proben dieses Li0,cFe2,j-Oij. zugesetzt und mit diesen gemischt, um Gemische
von der allgemeinen Formel
Li0,t-Fe2,5O/j. + X (Molprozent) MgO g
zu erhalten.
Aus diesen Gemischen wurde mit einem geeigneten Bindemi t ta 1 ein Granubt gebildet, worauf aus dem Granulat Ringe geformt
wurden, deren Abmessungen nach dem Brennen Je 51 mm in
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der Dicke betrugen. Die so erhaltenen Ringe wurden bei einer Temperatur von 1100 bis 12000C 10 Stunden lang in
einem Sauerstoffgasstrom gebrannt. Das Sauerstoffgas
würde verwendet, da die Rechteckform beeinträclügt werden
würde, wenn die Ringe aus Kernraaterial in Luft gebrannt werden würden.
Die auf diese Weise hergestellten Kerne wurden hinsichtlich ihrer Speichercharakteristik unter Verwendung einer
Stromimpulsfolge gemessen, wie in Pig. I angegeben. Die Impulsdauer
betrug 2,5 Mikrosekunden und die Impulsanstiegszeit o,2 Mikrosekunden. Ferner wurden Messungen mit einem
Störverhältnis (Id/Im) von 0,5 durchgeführt wurden und eine
wl"-Störausgangsspannung dVl beim Impuls J abgelesen wurde,
während eine w0"-Störausgangsspannung dVo beim Impuls S abgeisen
wurde. Nachfolgend werden die "1"-Störausgangsspannung
dV^, die "0"-Störausgangsspannung dVo und die Schaltzeit
Vs an dem Punkt* an welchem die n0M-Störausgangsspannung
dVQ plötzlich zunimmt, als Kennwerte des Kerns verwendet.
Die Veränderung in den Eigenschaften, wenn die Menge
X (Molprozent) des erwähnten zugesetzten Magnesiumoxyds
(MgO) verändert wird, ist in Fig. 2 angegeben. Wie sich aus
den in dieser gezeigten Kurven ergibt, ist die "1"-Störausgangsspannung dV1 für X=O niedrig und ungeeignet, Jedoch
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nimmt dVx bei X = 1,0 plötzlich zu und zeigt gute Eigenschaften.
Hieraus ergibt sich, daß die Rechteckform verbessert worden ist.
Wenn die zugesetzte Menge MgO größer als 2,0 Molprozent wird, nimmt bei Werten von X, die höher als 10 Molprozent
sind, dV zu, so daß das Material unbrauchbar wird.
Das Atomverhältnis zwischen Lithium und Eisen beträgt %
bei der Zusammensetzung Lig,tjFe2,50i|. + XMgO dieses Beispiels
1 : 5, jedoch werden, wenn eine Abweichung von diesem Verhältnis stattfinden, die Eigenschaften schlecht. Die Curietemperatur
dieses Li-Mg-System-Perrites ist höher als 5000C und die
Veränderung mit der Temperatur der Stör-Eins-Ausgangsspannung UV1 und des Erregerstroms Im ist 0,21 %/° C bzw. 0,17 #/°C,
was Verbesserungen von 1/5 bis 1/6 der herkömmlichen Kernmaterialien
entspricht. Das nach diesem Beispiel hergestellte Kernmaterial ist daher in dem Betriebsbereich von -50 bis |
+ lOCPC betriebsfähig.
Der Erregerstrom In, des Kerns nach Beispiel 1 beträgt,
wie in Pig. 1 angegeben, zwischen 1100 bis 1200 mA, was ziemlich hoch ist. Zur Verringerung dieses Stroms wurde Zinkoxyd
++ nimmt dVj wieder ab, und
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(ZnO) dem erwähnten Li-Mg-System-Ferrit zugesetzt. Das
Verfahren bei der Herstellung der Kerne war das gleiche wie zu Beispiel 1 beschrieben. Die Speichercharakteristik
des gebrannten Kernmaterials von der Formel
1,7 Molprozent Mg + X(Molprozent)
ZnO,
das auf diese Welse erhalten wurde, wurde gemessen. Die Ergebnisse
dieser Messung sind in Fig. 3 gezeigt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, nimmt der Erregerstrom
Im, wie erwartet, mit der Menge des zugesetzten ZnO ab, jedoch nimmt die "l"-Störausgangsspannung dVi ebenfalls entsprechend
ab. Die Grenze für die Menge des zugesetzten ZnO beträgt 10 Molprozent und hat jede weitere Erhöhung der zugesetzten
Menge eine BeeInträohtigung der Rechteckform zur
Folge, wodurch der Kern zur Verwendung als Speicherkern ungeeignet wird.
Der Zusatz von ZnO hat die weitere Wirkung, daß die Curie· temperatur herabgesetzt wird, die etwa 400<>C bei einem Zusatz
von ZnO von 10 Molprozent wird. Dementsprechend wird der Betriebs temperaturbereich des Kerns ebenfalls eng. Bei einem
Kern mit 10 Molprozent ZnO liegt der Betriebetemperaturbereich
etwa bei -10 bis 60OC.
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- li -
Figur 4 zeigt den Temperaturkoeffizienten von Im und dVi· Die Werte beruhen auf Messungen innerhalb des
Temperaturbereiches zwischen O0C und 80°C, mit 200C als
Bezugswert. Noch bei einem Zusatz von 10 Molprozent ZnO beträgt der Temperaturkoeffizient von Im nur 0,54 %/° C.
Ein solcher Temperaturkoeffizient ist außerordentlich gering und daher für die praktische Anwendung sehr günstig.
Figur 5 zeigt die Beziehung zwischen Temperaturkoeffizient und Curietemperatur für Mn-Mg-Zn-Perrite und für
Li-Mg-Zn-Ferrite nach der Erfindung. Man erkennt, daß dieses
Verhältnis für die Ferrite nach der Erfindung außerordentlich günstig liegt.
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009834/1324
Claims (1)
- Η7Ί300(NEUE) PATENTANSPRÜCHE1. Magnetischer Speicherkernkörper für einen weiten Betriebstemperaturbereich aus einem gebrannten Lithiumferrit (LiQjCjFe2XrO^) mit Metalloxidzusätzen, gekennzeichnet durch Zusätze von 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxid (MgO) und von 0 bis 10 Molprozent Zinkoxid (ZnO).2. Verfahren zur Herstellung eines Speicherkernkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 1 und 10 Molprozent Magnesiumoxid und als Rest Lithiumferrit gemischt werden, das erhaltene Gemisch durch Verwendung eines Bindemittels zu einem Granulat geformt, das Granulat in die geometrische Gestalt eines Speicherkerns gebracht und der geformte Kern bei einer Temperatur im Bereich von 1.100 bis 12000C in einem Sauerstoffstrom gebrannt wird.5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsmischung neben 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxid außerdem 0 bis 10 Molprozent Zinkoxid beigegeben werden.•*8Ue Unterlagen ,v· 7 * : .\.-s..; Nr. ι Sau 3 de·00983 W13 2Leerseite
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Also Published As
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