DE2721463A1 - Mangan-zink-ferrit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Mangan-Zink-Ferrit.
Durch die DT-AS 1 646 686 ist ein Ferrit bekannt, der 54 bis 65 Mol% Fe[tief]2O[tief]3, 4 bis 22 Mol% ZnO, Rest MnO enthält und mit einer Kombination aus 0,05 bis 1 Gew% GeO[tief]2 und 0,05 bis 1 Gew% CaO versetzt ist. Dieser Ferrit dient für Nachrichtenübermittlungszwecke und soll sich sowohl durch eine hohe Anfangspermeabilität sowie große µ x Q-Werte (Permeabilität x Güte) bei Frequenzen bis in den MHz-Bereich auszeichnen. Erzielt wird diese Wirkung - so die genannte DT-AS - durch den kombinierten Zusatz von GeO[tief]2 und CaO, wobei als unterste Eisengrenze 54 Mol% angegeben werden. Darunter werden die µ x Q-Produkte sehr klein.
Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, dass GeO[tief]2-Zusätze bei Eisengehalten weit unter 54 Mol% extrem günstige Verlustbeiwerte in weiten Frequenz- und Temperaturbereichen ergeben und bei stark herabgesetzten Sintertemperaturen einen großen verdichtungsfördernden Einfluss auf die Materialien haben. Das ist insofern wichtig, als sich in den letzten Jahren zunehmend eine Verschiebung der Sintertemperatur zu niedrigeren Werten als wünschenswert und zum Teil notwendig erwiesen hat. Wünschenswert, weil damit eine Kostensenkung, d.h. insbesondere eine Verminderung des Energiebedarfs beim Herstellungsverfahren, eine Standzeitverlängerung der Sinterhilfsmittel wie Sinterbehälter und dergl. und eine
Verringerung der Ofenreparaturen erreicht wird, und notwendig, weil ein Teil der Ferrite mit niedrigeren Permeabilitäten als bisher erzeugt wird. Ein Problem dabei ist die erreichbare Dichte im Endsintergut, d.h. im Ferrit, die z.B. für eine übliche Klebung von Ferrit-Schalenkernhälften eine bestimmte Größe, insbesondere eine Dichte >/= 4,7 gcm[hoch]-3 haben muss, weil dann praktisch keine offene Porosität mehr vorhanden ist. Eine große Porosität bewirkt nämlich beim Klebvorgang, beispielsweise von zwei Schalenkernhälften, eine hohe Saugfähigkeit des Ferrits und damit eine nur mangelhafte Verbindung der beiden Schalenkernhälften. Zusätzlich kann eine hohe Porosität eine hohe Oxidation des Ferrits und damit eine Beeinflussung der elektrischen und magnetischen Werte verursachen.
Ein Ferrit ohne nennenswerte offene Porosität ist bei Sintertemperaturen unter 1200°C und Sinterzeiten von etwa einer Stunde nur schwer zu erreichen. Das Problem wurde bisher je nach Anforderung an die magnetischen Eigenschaften durch hohen Pressdruck, d.h. hohe Rohteildichte und/oder durch hohe Sintertemperaturen gelöst, mit dem Nachteil hoher Kosten für Sinterhilfsmittel und Energieverbrauch sowie Reparaturanfälligkeit der Öfen.
Ausgehend von diesem Stand der Kenntnis hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Lösung auf zu zeigen, die unter Vermeidung der vorstehend aufgeführten nachteiligen Verfahrensschritte und Beibehaltung der gleichfalls vorstehend genannten Vorteile wie Energieersparnis, Standzeitverlängerung der Sinterhilfsmittel und dergl. zu einem Ferrit mit hoher Dichte führt.
Überraschenderweise hat sich dabei gezeigt, dass die gestellte Aufgabe lösbar ist, d.h. dass bei sonst ungeänderten magnetischen und elektrischen Eigenschaften die gewünschte Verdichtung bei niedrigen Sintertemperaturen erreichbar ist, wenn man einem Kalziumoxid-haltigen Mangan-Zink-Ferrit mit folgender Zusammen-
setzung
etwa 49 bis < 54 Mol% Fe[tief]2O[tief]3
10 bis 40 Mol% MnO
Rest ZnO
0,05 bis 1,0 Gew% GeO[tief]2
zusetzt.
Gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung kann bis zu etwa 5 Mol% Fe[tief]2O[tief]3 durch TiO[tief]2 und/oder SnO[tief]2 ersetzt sein.
Als Ausgangskomponenten eignen sich Rohstoffe mit handelsüblicher Reinheit mit einem Gesamt-SiO[tief]2-Gehalt von etwa 0,005 bis etwa 0,05 Gew%.
Neben den bereits angedeuteten Vorteilen hinsichtlich niedriger Sintertemperatur usw. zeichnen sich die gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung geschaffenen Ferrite auch durch enge Maßtoleranzen aus, was insbesondere im Hinblick auf den Einsatz von Wicklungen, Halterungen usw. in mit diesen Ferriten bestückten induktiven Bauteilen wichtig ist und zwar umso mehr, je kleiner diese induktiven Bauteile sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, einer Tabelle und einem Kurvenblatt näher erläutert.
1. Ausführungsbeispiel:
Einem Mangan-Zink-Ferrit mit folgender Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten
53,80 Mol% Fe[tief]2O[tief]3
32,59 Mol% MnO
13,61 Mol% ZnO
mit einem Gesamt-SiO[tief]2-Anteil von ca. 0,005 bis < 0,05 Gew% wurden 0,1 Gew% CaCO[tief]3 und 0,17 Gew% GeO[tief]2 zugefügt, die Komponenten
in üblicher Weise gemischt, bei 850°C vorgesintert, zwei Stunden nass gemahlen, wobei vorher die CaCO[tief]3-Menge zugefügt wurde, und das getrocknete, mit Bindemittel versetzte Pulver mit einem Druck von 1 kBar cm[hoch]-2 zu Ringkernen verpresst. Die Kerne wurden in N[tief]2-Atmosphäre auf die Sintertemperatur von 1200°C aufgezeigt, bei dieser Temperatur in einer sauerstoffhaltigen N[tief]2-Atmosphäre gesintert und in N[tief]2-Atmosphäre mit abnehmendem O[tief]2-Gehalt abgekühlt.
Die Dichte der so hergestellten Ferrite beträgt 4,84 gcm[hoch]-3, was einer Porosität von ca. 5 % bei einer Röntgendichte von 5,10 gcm[hoch]-3 entspricht.
Die übrigen magnetischen Werte sind:
µ[tief]i ungefähr 1850
tan kleines delta/µ[tief]i = 1,5 x 10[hoch]-6 (100 kHz)
eta[tief]B = 0,25 x 10[hoch]-6/mT (100 kHz).
Ein gleichartig zusammengesetzter Kern ohne den erfindungsgemäßen Zusatz besitzt nur eine Dichte von 4,5 bis 4,6 gcm[hoch]-3 (Porosität 10 bis 12 %). Die magnetischen Daten dieser beiden in Vergleich stehenden Ferrite sind praktisch gleich.
2. Ausführungsbeispiel:
Einem aus handelsüblichen, SiO[tief]2-haltigen Rohstoffen hergestellten Mn-Zn-Sn-Ti-Ferroferrit mit folgender Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten
52,25 Mol% Fe[tief]2O[tief]3
32,60 Mol% MnO
13,50 Mol% ZnO
0,5 Mol% SnO[tief]2
1,1 Mol% TiO[tief]2
mit einem CaO-Gehalt von 0,06 Gew% wurden steigende Mengen GeO[tief]2
zugefügt. Die dabei erzielten Werte für die Dichte, Porosität, Anfangspermeabilität, den bezogenen Verlustfaktor des Ferrits tan kleines delta/µ[tief]i, den Hysteresebeiwert des Werkstoffes und den bezogenen Temperaturbeiwert des Werkstoffes alpha/µ[tief]i sind in der beiliegenden Tabelle in Abhängigkeit vom GeO[tief]2-Anteil aufgetragen. Die Herstellung der Presslinge erfolgte wie im Ausführungsbeispiel 1 erläutert. Die Sinter- und Abkühlbedingungen sind in der Tabelle mit aufgeführt. Man erkennt, dass mit zunehmendem GeO[tief]2-Anteil die Dichte zu und die Porosität abnimmt.
Das Kurvenblatt, das den Einfluss von GeO[tief]2-Zusätzen auf die
-Kurve von Mn-Zn-Sn-Ti-Ferriten zeigt, lässt erkennen, dass der Zusatz von GeO[tief]2 zu Ferriten der vorstehend genannten Zusammensetzung nicht nur eine schrumpffördernde bzw. die Dichte steigernde Wirkung, sondern auch einen starken Einfluss auf die Permeabilitäts-Temperaturkurve besitzt. So ändert sich der Temperaturbeiwert alpha/µ[tief]i für die vier wichtigen technischen Temperaturbereiche
+20 +60°C
+20 0°C
+20 -20°C
+20 -40°C
bei den gegebenen Sinterverfahren von großen positiven Werten (siehe die Stoffe GE0 und GE1) zu Stoffen mit einem Temperaturkoeffizienten TK ungefähr 0 bei sonst ungeänderten Eigenschaften und unter Zunahme der Dichte. Die Herstellung der in ihrem Temperaturverhalten im Kurvenblatt dargestellten Ferrite erfolgte gemäß dem 1. Ausführungsbeispiel. Die Sintertemperatur betrug hierbei 1150°C.
Tabelle 1: Magnetische Eigenschaften und Dichte von Ge-dotierten Mn-Zn-Sn-Ti-Ferriten
Claims (6)
1. Mangan-Zink-Ferrite hoher Güte und geringer Porosität, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten:
etwa 49 bis < 54 Mol% Fe[tief]2O[tief]3
10 bis 40 Mol% MnO
Rest ZnO
__________________________________________
0,05 bis 1,0 Gew% GeO[tief]2
0,03 bis 1 Gew% CaO.
2. Mangan-Zink-Ferrit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung seiner Ausgangskomponenten:
49 bis < 54 Mol% Fe[tief]2O[tief]3,
wobei bis zu etwa 5 Mol% Fe[tief]2O[tief]3 durch TiO[tief]2 und/oder SnO[tief]2 ersetzt ist,
10 bis 40 Mol% MnO
Rest ZnO
______________________________________
0,05 bis 1,0 Gew% GeO[tief]2
0,03 bis 1 Gew% CaO.
3. Mangan-Zink-Ferrit nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Ausgangskomponenten handelsüblicher Reinheit mit einem Gesamt-SiO[tief]2-Gehalt von etwa 0,005 bis etwa 0,05 Gew%.
4. Verfahren zur Herstellung eines Mangan-Zink-Ferrits nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch, bestehend aus folgenden Ausgangskomponenten:
etwa 49 bis < 54 Mol% Fe[tief]2O[tief]3,
wobei ggf. bis zu etwa 5 Mol% Fe[tief]2O[tief]3 durch TiO[tief]2 und/oder SnO[tief]2
ersetzt sind,
10 bis 40 Mol% MnO
Rest ZnO
______________________________________
0,05 bis 1,0 Gew% GeO[tief]2
ggf. vorgesintert, gemahlen, mit einer der Menge 0,03 bis 1 Gew% CaO entsprechenden Menge CaCO[tief]3 gemischt, gepresst, in Stickstoff auf Sintertemperatur, insbesondere 1150 bis 1250°C aufgeheizt, in O[tief]2-haltiger N[tief]2-Atmosphäre gesintert und in N[tief]2-Atmosphäre mit abnehmendem O[tief]2-Gehalt abgekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Ferrits durch Zusatz von GeO[tief]2 gesteuert und mit zunehmendem GeO[tief]2-Anteil erhöht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbeiwert alpha/µ[tief]i von großen positiven Werten durch Zusatz von geringen Mengen GeO[tief]2, insbesondere etwa 0,05 Gew% und weniger bis zu Temperaturbeiwerten mit TK ungefähr 0 durch Zusatz von höheren GeO[tief]2-Anteilen gesteuert wird.
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| DE19772721463 DE2721463A1 (de) | 1977-05-12 | 1977-05-12 | Mangan-zink-ferrit |
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| DE2721463A1 true DE2721463A1 (de) | 1978-11-16 |
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| DE (1) | DE2721463A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4246128A (en) * | 1979-08-08 | 1981-01-20 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of making MnZn ferrites |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB923991A (en) * | 1959-02-04 | 1963-04-18 | Nippon Electric Co | Oxide magnetic material |
-
1977
- 1977-05-12 DE DE19772721463 patent/DE2721463A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB923991A (en) * | 1959-02-04 | 1963-04-18 | Nippon Electric Co | Oxide magnetic material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4246128A (en) * | 1979-08-08 | 1981-01-20 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of making MnZn ferrites |
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