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Publication number: DEN0009931MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 18. Dezember 1954 Bekanmtgemacht am 25. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen von Bedeutung. Diese Art von Kernen wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« (siehe z. B. W. N. Papian, »Proceedings of the I. R₁. Ε.«, April 1952, S. 475 bis 478, und H. R. Brown und E. Albers-Schoenberg, »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149) verwendet. Solche magnetischen Speicher werden unter anderem in Rechenmaschinen und .10 selbsttätigen Piloten verwendet. Eine andere Anwendung finden diese Kerne in magnetischen Schaltern.

Das Maß, welches angibt, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform nahekommt, läßt sich auf verschiedene Weise quantitativ ausdrücken.

Ein übliches Maß ist z.B.' der Quotient

Zur

Erläuterung der Bedeutung dieses Quotienten wird auf Fig. ι verwiesen, die schematisch einen ,Teil einer Sättigungs-Magnetisierungskurve darstellt. In dieser Figur bezeichnet B_r die remanente Induktion und B₀₁ die Induktion, bei der die Hystereseschleife sich gerade schließt. In der Praxis ist es oft nicht einfach, B_cl mit großer Genauigkeit zu messen. Es läßt sich jedoch leicht ein annähernd richtiger Wert von B_cl finden, indem der Mittelwert der Induktionen nach teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagneti-

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sierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung) genommen wird, wobei beide Induktionen bei gleicher Feldstärke gemessen werden, die derart gewählt ist, daß die ^; erwähnten Induktionen mehr äls.i°/₀, aber weniger als 3% voneinander abweichen. Nach diesem Meßprinzip wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse ermittelt; für die Messungen wurde ein ballistisches Galvanometer verwendet (s. Bozorth, .i'Ferromagnetism«, New York, 1951, S. 843). Der Quotient -—- wurde stets gemessen an einem ringförmigen

Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials längs des ganzen Ringumfanges und mit einem Außendurchmesser, der nicht mehr als das i,6fache des Innendurchmessers beträgt. Als Maß dafür, .wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform angenähert ist, läßt sich anch eine Verhältniszahl {R_s)_max angeben. Für die Bedeutung dieser Größe wird auf die vorerwähnte Litera-

ao tür hingewiesen. Vollständigkeitshalber folgt hier eine kurze Erörterung unter Hinweis auf Fig. 2, die auch schematisch einen Teil einer Magnetisierungskurve darstellt, die sich auf einen Fall bezieht, bei dem mit der Entmagnetisierung begonnen wurde, bevor die magnetische Sättigung erreicht war. Die Größe {R_s)_max wird wie folgt definiert:

im)

Der Quotient

ist eine Funktion der angelegten maximalen Feldstärke H_m. Es ergibt sich, daß dieser Quotient bei einem bestimmten Wert von H_m, der sich meist wenig von der Koerzitivkraft H₀ unterscheidet, einen Maximalwert aufweist. Dieser Maximalwert des Quotienten wird durch das Symbol (R_s)_max angegeben. Die zur Bestimmung von (R_s)max erforderlichen Messungen von B(H_m) und B(^iB_n,) können wieder mittels eines ballistischen Galvanometers durchgeführt werden. Als Meßgegenstände für die Ermittlung der im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse dienten auch in diesem Falle ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des magnetischen Materials längs des ganzen Ringumfanges und mit einem Außendurchmesser, der nicht mehr als das i,6fache des Innendurchmessers beträgt. _:

Bei der Anwendung von ferromagnetischen Materialien mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife handelt es sich meist um Wechselströme hoher Frequenz, und es kommt also darauf an, das Auftreten von Wirbelströmen weitgehend zu unterdrücken. Bei der Verwendung ferromagnetischer Legierungen kann dies bis zu einem gewissen Maße dadurch erfolgen, daß die Magnetkerne aus voneinander getrennten, sehr dünnen Schichten des ferromagnetischen Materials zusammengebaut werden. Es ist jedoch, oft äußerst schwierig, aus sehr dünnen Schichten Kerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife zusammen- "" zubauen. Es ist daher bei hohen Frequenzen vorteil- 65· haft oder sogar erforderlich, magnetisch weiche, ferrioxydhaltige Materialien*mit Spinellstruktur zu verwenden. Diese Stoffe haben nämlich an sich bereits eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit.

Für die Brauchbarkeit der betreffenden Magnetkerne bei magnetischen Speichern und magnetischen Schaltungen ist es weiter eine wesentliche Bedingung, daß die Koerzitivkraft H₀ niedrig (zweckmäßig nicht höher als 10 Örsted und vorzugsweise sogar niedriger als 4 Örsted) sein soll, da sonst die elektromagnet!- sehen Verluste zu hoch sind.

Gemäß der Erfindung hat es sich nun ergeben, daß Ferrit-Werkstoffe für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch erhalten werden können, daß ein Gemisch aus Kupfer-, Mangan- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem höheren Sauerstoffgehalt als Luft auf eine Temperatur von 1300 bis 1400⁰C erhitzt wird, wobei die Anteile an Kupfer-, Mangan- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

Cu₁

)Fe₂O₄

entsteht, in der χ = 0,05 bis. 0,2 und y < 0,7 ist.

Magnetkerne, die aus mindestens einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung bestehen, erfüllen folgende Bedingungen:

B₀

H₀

> 0,7,

< 4,0 Örsted.

Derartige Magnetkerne eignen sich somit vortrefflich für die obenerwähnten Verwendungszwecke.

Ferromagnetische Ferrite der allgemeinen Formel Cu_a,Mn₁„_a.Fe₂0₄ sind zwar als ferromagnetische Materialien bekannt; jedoch hat man bisher nicht erkannt, daß es durch die Verwendung eines sehr geringen Kupferanteils, durch, die Verwendung eines Mangananteils, der auch über die stöchiometrische Menge hinausgehen kann, sowie durch besondere Herstellungsbedingungen, wie sie in obigem beschrieben wurden, möglich ist, die Hystereseschleife von Ferriten dieser Zusammensetzung der Rechteckform anzunähern und " damit die Verwendung dieser Ferrite für magnetische Speicher u. dgl. zu ermöglichen.

Beispiel

Ein Gemisch aus Kupferoxyd, CuO, Mangancarbonat, MnCO₃, und Eisenoxyd, Fe₂O₃, wird 5 Stunden in Alkohol gemahlen und darauf 1 Stunde bei 900° C in Luft vorerhitzt. Nach Abkühlung wird das Reaktionsprodukt noch 2 Stunden in Alkohol gemahlen, worauf das Mahlprodukt in Form eines Ringes gepreßt wird. Dieser Ring wird 2 Stunden bei etwa 1375° C in Sauerstoff erhitzt.

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Durch Änderung des Verhältnisses der Mengen Kupferoxyd und Mangancarbonat im Ausgangsmaterial werden Ringkerne verschiedener Zusammensetzung hergestellt. Von einigen dieser Meßkerne sind in nachstehender Tabelle die Zusammensetzung, der Wert

des Quotienten -^-, der Wert von {R_s)_max und der Wert von H_c angegeben.

Zusammensetzung	B_r Bei	0,65	(in Örsted)
Cu₀₁₀₅Mn₀₉₅Fe₂O₄	0,70	0,70	1,0
Cu_Oil Mn₀₉ Fe₂O₄	0,70	o,75	1,0
Cu_o,₁₅ Mn₀₁₈₅Fe₂ O₄.....	o,75	0,60	i,5
Cu_0>2 Mn₀₃ Fe₂O₄	0,70	0,75	1,2
Cu_Ojl Mn₁₁ Fe₂O₄	0,80	0,70	1,0
Cu₀₁₁ Mn₁₄ Fe₂O₄	o,75	0,75	1,2
Cu₀₁₁₅ Mn₀₉ Fe₂O₄	o,75	0,60	1,2
Cu_0;15 Mn₁₁₆ Fe₂ O₄	0,60	0,70	i,3
Cu_{0 2} Mn_{0 9} Fe₂ O₄	o,75	0,70	1,2
Cu₀₎₂ Mn_liS Fe₂O₄	0,70	1.4

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Werkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Kupfer-, Mangan- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem höheren Sauerstoffgehalt als Luft auf eine Temperatur von 1300 bis 1400⁰ C erhitzt wird, wobei die Anteile an Kupfer-, Mangan- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

entsteht, in der χ = o,o5 bis 0,2 und y < 0,7 ist.
2. Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Verbindung besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»AEG-Mitteilungen«, 41 (19.51), S. 135 bis 142;
»Physicaee, 1936, S. 463 bis 483.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen