DE3333015C2

DE3333015C2 - Ferrit-Verbundstruktur sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE3333015C2
Application number: DE3333015A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hashimoto; Kenichi Tokio/Tokyo Ichihara; Ken Ishino; Yoshikazu Narumiya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1987-02-05
Also published as: US4515850A; GB2127739A; GB2127739B; GB8324509D0; DE3333015A1

Abstract

Die Ferrit-Verbundstruktur stellt ein Ferrit-Textilverbunderzeugnis dar, das aus einer Mischung aus Ferritpulver und einem Bindemittel zum Verbinden des Ferritpulvers besteht. Das Bindemittel kann ein hochmolekularer Verbundstoff, wie etwa Kunststoff, oder Glas mit niedrigem Schmelzpunkt sein. Das Textilverbunderzeugnis kann dadurch hergestellt werden, daß entweder ein auf einem Kunststoffsubstrat aufgebrachtes Ferritverbundblatt zerschnitten wird, auf dem - ähnlich wie beim Herstellungsprozeß eines elektrischen Drahts - ein Ferritverbundüberzug um den textilen Kern aufgebracht wird, oder einfach dadurch, daß Ferritpulver mit Kunststoff oder Glas gemischt wird. Das Ferrit-Textilverbunderzeugnis wird zu einem Ferrit-Verbundgewebe gewoben, das biegsam und in jede gewünschte Form zu bringen ist und außerdem viele Anwendungsmöglichkeiten besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ferrit-Verbundstruktur sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7.
Herkömmlicherweise wird ein gesinterter Ferritkörper verwendet für einen Transformatorkern, einen Permagnetkern, einen Absorber für elektromagnetische Wellen und/oder für Bauteile von elektronischen Geräten. Der Ferritwerkstoff hat jedoch den Nachteil, daß er leicht bricht und es schwierig ist, komplizierte Formen herzustellen. Um dieses Problem zu lösen, wurde bereits ein gummiartiger Ferritverbundkörper vorgeschlagen, der eine Zusammensetzung aus Ferritpulver und einem hochmolekularen Verbundstoff, wie etwa Kunststoff, ist. Der Ferritverbundkörper hat den Vorteil, daß die Struktur stabil und das Herstellungsverfahren für eine komplizierte Struktur leicht ist. Ein derartiger Ferritverbundkörper wird durch Spritzgießen, Strangpressen und/oder Formpressen hergestellt (DE-PS 13 02 093).
Der bekannte Ferritverbundkörper hat immer noch den Nachteil, daß die Eigenschaften des Werkstoffes nicht so beschaffen sind, daß ein im Vergleich zum Kunststoff einfaches Herstellungsverfahren möglich wäre.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, den bekannten ferromagnetischen Körper bzw. Werkstoff so zu verbessern, daß die bekannten Nachteile und Beschränkungen überwunden werden, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Ferrit-Verbundstruktur durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Damit wird ein Ferrit-Textilverbunderzeugnis geschaffen, das biegsam genug ist, um jede gewünschte Form zu bilden, und das in einem einfachen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben. So können insbesondere die Ferrit-Textilverbunderzeugnisse zu einem Ferrit-Verbundgewebe gewoben sein, so daß die Erfindung in vielfältiger Form verwendet werden kann, z. B. als ferromagnetisches Material für elektronische Bauteile, als Absorber oder Abschirmeinrichtung für elektromagnetische Wellen, als Kern für einen Transformator und/oder elektronische Bauteile.
In den Ansprüchen 7 bis 9 sind zwei erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Textilverbunderzeugnisses beschrieben.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ferritverbundblatts oder einer Ferritverbundfolie zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ferrit-Verbundgewebes, das aus erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnissen gewoben ist,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses,
Fig. 5 eine Veränderung der Ausführungsform nach Fig. 4,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses,
Fig. 7 das Herstellungsverfahren des Ferrit-Textilverbunderzeugnisses nach Fig. 6,
Fig. 8 Kurvenschaubilder, die die Beziehung zwischen dem zwischen dem Ferritpulver und dem Ferrit- Textilerzeugnis bestehenden Volumenverhältnis zum maximalen Energieprodukt (BH) zeigt, und
Fig. 9 Kurvenschaubilder, die die Beziehung zwischen dem Mischvolumenverhältnis des Ferritpulvers und der elektromagnetischen Energiedämpfung aufzeigen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses wird anhand der Zeichnungen 1 bis 3 beschrieben. Dabei wird unter Textilerzeugnis allgemein ein aus Faserstoffen aller Art hergestelltes, fadenförmiges, bändchenförmiges oder flächiges Gebilde verstanden. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein dünnes Kunststoffsubstrat, beispielsweise aus Polyester mit einer Dicke von weniger als 50 µm gekennzeichnet. Eine Ferritverbundschicht 2 ist auf der dünnen Schicht 1 aufgebracht bzw. die dünne Schicht 1 ist damit überzogen. Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein aus dem Substrat 1 und der Ferritschicht 2 gebildetes Ferritverbundblatt bzw. eine Ferritverbundfolie gekennzeichnet. Die Ferritverbundschicht 2 befindet sich zuerst in einem flüssigen Zustand mit einem hochmolekularen Verbundstoff und Ferritpulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,3 bis 20 µm. Dabei soll das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zum Verbundmaterial bzw. der Mischung im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 liegen und der hochmolekulare Verbundstoff soll Adhäsionseigenschaften besitzen, um das Ferritpulver zu binden. Wenn das Volumenverhältnis des Ferritpulvers kleiner als 0,2 ist, so ist die magnetische Eigenschaft des Textilerzeugnisses nicht ausreichend, und wenn das Volumenverhältnis größer als 0,8 ist, so sind die mechanischen Eigenschaften des Textilerzeugnisses nicht ausreichend, d. h. das Textilerzeugnis wäre bei hohem Volumenverhältnis an Ferritpulver zu schwach. Die Dicke T der Ferritverbundschicht 2 ist kleiner als 1000 µm. Damit wird das Ferritverbundblatt 3 erhalten.
Danach wird das Ferritverbundblatt 3 in langgestreckte dünne Bänder oder Fasern geschnitten, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei beträgt die Breite W eines jeden Bandes weniger als 1000 µm. Damit ergibt sich ein dünnes langgestrecktes Ferrit-Textilverbunderzeugnis 4.
Das Textilerzeugnis 4 wird zu einem Verbundgewebe 10 gewoben, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Bei der tatsächlichen Verwendung wird eine Vielzahl von Verbundgeweben 10 laminiert bzw. mehrschichtig angeordnet.
Das so erhaltene Ferritverbundgewebe weist ausgezeichnete magnetische Eigenschaften auf, da es eine ausreichende Menge von Ferritmaterial besitzt. Es ist auch in ausreichendem Maße biegsam, so daß es in jede gewünschte Form gebracht werden kann, leicht im Gewicht und fest genug, da es als ein Textilerzeugnis hergestellt ist. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ferritverbundgewebes kann damit eine komplizierte Form aus magnetischem Material hergestellt werden. Dabei hat das Ferritverbundgewebe den Vorteil, daß die magnetischen Eigenschaften aufgrund des gleichmäßigen Webens gleichförmig sind.
Das erfindungsgemäße Textilverbunderzeugnis kann aus einem Mischgespinst mit einem Nylon-, Acryl- oder Polyester-Textilerzeugnis bzw. -gewebe sein. In diesem Fall ist das Verbundgewebe fester als das Textilverbunderzeugnis, und zwar aufgrund der Festigkeit des synthetischen Textilerzeugnisses.
Wenn eine Vielzahl von Verbundgeweben 10 mittels Klebemittel beschichtet bzw. laminiert werden, so weisen die Klebemittel vorzugsweise Ferritpulver auf, um die magnetischen Eigenschaften der laminierten Verbundgewebe zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Ferritverbundgewebe kann industriell angewendet werden als elektromagnetische Abschirmung, elektromagnetische Wand in einem Gebäude, als einstellbare Induktivitätsplatte oder -ring für die Farbkompensation eines Ablenkjochs einer Farb- Kathodenstrahlröhre, als Abschirmmaterial gegen elektromagnetische Wellen, als Kern für einen Transformator oder einen Permanentmagneten oder auch als Dichtung für den Mikrowellenofen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses 11 mit Ferritpulver 12 , welches einen Duchmesser von 5 bis 10 µm aufweist, und dem hochmolekularen Verbundstoff 13, wie etwa einem Kunststoff.
Das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zum Ferrit- Textilverbunderzeugnis liegt im Bereich zwischen 0,2 und 0,8, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Wenn das Ferritpulver in der Ferritgruppe von Ni bzw. Zn oder von Mn bis Zn liegt, so wird ein Ferrit-Verbundtextilerzeugnis mit hoher Permeabilität erhalten. Wenn das Ferritpulver aus der Ba (Barium)- Ferritgruppe ist, so wird ein Ferrit-Textilverbunderzeugnis mit hoher Koerzitivkraft erhalten. Das Textilerzeugnis nach Fig. 4 wird durch Mischspinnen und/ oder Weben zu einem Verbundgewebe verarbeitet, ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, und weist ähnliche Wirkungen und ähnliche Anwendungsgebiete wie die vorhergehende Ausführungsform auf. Das Ferritpulver kann auch ein Ferrit aus der Sr-Gruppe oder irgendein Ferrit mit der chemischen Formel MO · Fe₂O₃ sein, wobei M ein zweiwertiges Metall aus den Metallen Ni, Zn, Mn, Cu, Mg und Sr ist.
Fig. 5 ist gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 4 etwas verändert, wobei mit dem Bezugszeichen 11 A das Ferrit-Textilverbunderzeugnis, mit 12 das Ferritpulver und 14 Glas mit niedrigem Schmelzpunkt ( beispielsweise 500°C) gekennzeichnet sind. Das Ferritpulver 12 wird mit dem geschmolzenen Glas so gemischt, daß das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zum Ferrit-Textilverbunderzeugnis im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 liegt. Die Ausführungsform nach Fig. 5 hat das Merkmal, daß das Bindemittel 14 aus anorganischem Material und zudem nicht brennbar ist. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen kann das Ferrit-Textilverbunderzeugnis nach Fig. 5 zu einem Ferritverbundgewebe gewoben werden und es weist ähnliche Vorteile und ähnliche Anwendungsgebiete wie die vorhergehenden Ausführungsformen auf.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ferrit-Textilverbunderzeugnisses, bei dem mit dem Bezugszeichen 31 ein herkömmliches Textilerzeugnis mit einem hochmolekularen Verbundstoff, wie etwa Kunststoff, oder ein leitfähiges Textilerzeugnis und mit 32 ein das Mitteltextilerzeugnis 31 bedeckendes Ferrit-Textilverbunderzeugnis mit Ferritpulver und hochmolekularem Verbundstoff gekennzeichnet. Die Dicke der Überzugsschicht 32 liegt im Bereich zwischen 5 und 50 µm und das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zur Ferritverbundschicht 32 im Bereich zwischen 0,2 und 0,8. Wenn das Textilerzeugnis 31 leitend ist, so kann es ein Kohlentextilerzeugnis oder ein Textilerzeugnis mit Acryl mit eindiffundierten Kupferionen sein. Wenn das Textilerzeugnis 31 nicht leitend ist, so kann das Textilerzeugnis Siliziumkarbid, ein Glastextilerzeugnis oder -gewebe, Kunststoff, wie etwa Nylon oder ein Aluminium-Textilerzeugnis oder -gewebe sein.
Fig. 7 zeigt das Herstellungsverfahren des Textilerzeugnisses nach Fig. 6. Dabei ist der Ferritverbundwerkstoff im flüssigen Zustand im Becken 34 enthalten. Das Textilerzeugnis 31 wird in die Ferritverbundflüssigkeit eingetaucht. Dann wird das Textilerzeugnis 31 herausgezogen und durchläuft dann ein Loch 35 mit vorbestimmtem Durchmesser im Block bzw. Zieheisen 36. Danach wird das Textilverbunderzeugnis getrocknet. Der Vorgang nach Fig. 7 wird mehrfach wiederholt, so daß der Überzug 32 die gewünschte Dicke erhält.
Fig. 8 zeigt experimentelle Kurvenschaubilder, die die Beziehung zwischen dem Volumenverhältnis des Ferritpulvers zum Textilverbunderzeugnis und dem maximalen Energieprodukt (BH) zeigen, wobei letzteres das Produkt aus der Coerzitivkraft H _c und der Sättigungsflußdichte B _r ist. Der Prüfling in Fig. 8 besteht aus Barium (Ba)-Ferrit mit durchschnittlichem Durchmesser von 1,5 µm, verteilt in natürlichem Gummi oder Kautschuk. Dieses maximale Energieprodukt ermöglicht eine Bewertung der magnetischen Eigenschaft des ferromagnetischen Werkstoffes. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, nimmt das maximale Energieprodukt plötzlich ab, wenn das Volumenverhältnis kleiner als 0,2 wird. In Fig. 8 liegt das Energieprodukt von reinem Ferrit (Volumenverhältnis 1,0) bei 0,8 × 10⁵ und das Verhältnis, bei dem das Produkt um 50% ( = 0,4 × 10⁵) abnimmt, bei etwa 0,17. Wenn damit das Volumenverhältnis größer als 0,2 ist, so wird ein maximales Energieprodukt von mehr als 50% von dem von reinem Ferrit erhalten. Dies ist der Grund dafür, warum bei der Erfindung ein Ferrit-Textilverbunderzeugnis mit einem Volumenverhältnis des Ferritpulvers von mehr als 0,2 verwendet wird. Wenn andererseits das Volumenverhältnis größer als 0,8 ist, so ist das Ferrit-Textilverbunderzeugnis zu schwach und weist nicht genügend Biegsamkeit auf. Demgemäß wird ein Volumenverhältnis zwischen 0,2 und 0,8 gewählt.
Das erfindungsgemäße Ferrit-Textilverbunderzeugnis kann als Absorber für elektromagnetische Wellen verwendet werden und die Kennlinien eines derartigen Absorbers sind in Fig. 9 dargestellt.
Fig. 9 zeigt die Versuchskurven zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen dem Mischungsvolumenverhältnis des Ferritpulvers und der Ferritmischung und dem Verlust (tan (δ _µ) = µ&min;&min;/µ&min;). Die einzelnen Parameter haben dabei die folgenden Werte. Kurve A: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 3 µm , Frequenz 2450 MHz. Kurve B: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 µm, Frequenz 100 MHz. Kurve C: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 µm, Frequenz 500 MHz. Kurve D: durchschnittlicher Durchmesser des Ferritpulvers 2 µm, Frequenz 1000 MHz. Der Prüfling ist ein Ferrit aus der Gruppe Ni bis Zn, das mit Silikonkautschuk gemischt ist. Wie aus den Kurven nach Fig. 9 zu ersehen ist, ist bei einem Mischungsverhältnis von weniger als 0,2 der Verlust nicht ausreichend. Daher wird das Mischungsverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung mit mehr als 0,2 gewählt. Wenn andererseits das Verhältnis größer als 0,8 ist, so ist die Mischung zu hart, um die gewünschte Gestalt anzunehmen. Daher wird das Mischungsverhältnis im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 gewählt.

Claims

1. Ferrit-Verbundstruktur bestehend aus dünnen, langgestreckten Ferritverbundkörpern mit einer Dicke kleiner als 1000 µm, die aus einer Mischung aus Ferritpulver und einem Bindemittel bestehen, wobei das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung den Bereich 0,65 bis 0,7 einschließt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumenverhältnis des Ferritpulvers zur Mischung im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 liegen kann,
daß die Ferritverbundkörper (4; 11) die Form einer Faser, eines Fadens oder dergleichen mit einer Breite kleiner als 1000 µm besitzen und die Ferritverbundstruktur die Form eines Gewebes (10), Stoffes, Gespinstes oder dergleichen aufweist, das durch Ineinanderweben der Ferritverbundkörper (4; 11) gebildet wird.

2. Ferrit-Verbundstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Durchmesser des Ferritpulvers im Bereich zwischen 1 µm und 20 µm liegt.

3. Ferrit-Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Glas ist.

4. Ferrit-Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Faser oder dergleichen ausgebildete Ferritverbundkörper eine Seele (31) aus einem Textilerzeugnis aufweist.

5. Ferrit-Verbundstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele (31) aus einem hochmolekularen Verbundstoff, insbesondere Kunststoff besteht.

6. Ferrit-Verbundstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele (31) ein leitfähiges Textilerzeugnis ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Ferrit-Verbundstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritverbundkörper als Fasern hergestellt werden und daraus durch Ineinanderweben ein Gewebe gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern dadurch hergestellt werden,
daß die Mischung als Ferritverbundschicht auf einem dünnen Kunststoffsubstrat aufgebracht wird und die so gebildete Ferritverbundfolie in die Fasern oder dergleichen geschnitten wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Ferrit-Verbundstruktur nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Zubereiten einer Ferritverbundflüssigkeit aus Ferritpulver und Bindemitteln in einem Becken,
Eintauchen des Textilerzeugnisses in die Ferritverbundflüssigkeit und Herausziehen des Textilerzeugnisses, so daß dieses mit der Ferritverbundschicht bedeckt wird,
wiederholtes Hindurchlaufenlassen des mit der Ferritverbundschicht bedeckten Textilerzeugnisses durch ein Loch mit vorbestimmtem Durchmesser so lange, bis die gewünschte Dicke der Schicht erhalten wird,
Trocknen des mit der Ferritverbundschicht bedeckten Textilerzeugnisses und
Weben des getrockneten, mit der Ferritverbundschicht bedeckten Textilerzeugnisses zu einem Gewebe.