AT145186B - Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials mit geringem Hysteresisverlust. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials mit geringem Hysteresisverlust. 



   Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Material mit einer nahezu geradlinigen Ma-   gnetisierungskurve,   das sich infolgedessen durch geringe Hysteresisverluste auszeichnet. 



   Magnetische Materialien mit geringem Hysteresisverlust sind insbesondere in der Fernmeldetechnik zur Herstellung von Übertragern, Pupinspulen, Relais, elektroakustischen Einrichtungen usw. von grösster Bedeutung, und man hat bereits für diese Zwecke brauchbare Materialien in den   Niekel-  
Eisen-Legierungen gefunden. Insbesondere diejenigen Legierungen, welche neben Nickel und Eisen noch Kobalt, Kupfer oder Aluminium enthalten, zeichnen sich durch niedrige Hysteresisverluste aus. 



   Man hat auch schon versucht, die Hyteresisverluste eines magnetischen Kernes, insbesondere solche aus   Eisen-NickelLegierungen,   dadurch herabzusetzen, dass man geeignete   Druck- oder Zugkräfte   entweder in Richtung der Kraftlinien oder senkrecht dazu auf den Kern von aussen her einwirken liess. Die das Kernmaterial bildenden Kristalle werden durch solche äussere Kräfte elastisch deformiert, wodurch sie bestimmte Vorzugsrichtungen der Magnetisierung aufweisen. 



   Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein magnetisches Material mit gewissen Vorzugsrichtungen der Magnetisierung auf einfachere Weise zu erhalten als es durch Anwendung von äusserer mechanischer Zug-oder Druckspannung in Richtung der Kraftlinien oder senkrecht dazu möglich ist. 



   Gemäss der Erfindung wird der Kern aus einem magnetisch anisotropen Material hergestellt und die Richtung der Kraftlinien so gewählt, dass sie senkrecht oder nahezu senkrecht zur Richtung der grössten Magnetisierfähigkeit verläuft. 



   Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung seien die nachfolgenden Erläuterungen gegeben. 



   Bei einem ferromagnetischen, aus einem vollkommen spannungsfreien Einkristall bestehenden Körper zeigen sich bekanntlich drei Vorzugsrichtungen der Magnetisierung, die   bei würfelförmigen   Raumgittern mit den drei Kantenrichtungen [100] des Würfels zusammenfallen. Denkt man sich in einem solchen Einkristall ein kartesisches Koordinatensystem derart festgelegt, dass die X-, Y-und   Z-Riehtungen   mit je einer Kantenrichtung zusammenfallen, so ist somit der Einkristall in den positiven wie negativen X-, Y-, Z-Richtungen gleich gut magnetisierbar. Wie bei jedem ferromagnetischen Körper hat man sich in einem Einkristall eine Anzahl Bezirke (die   sogenannten Weissschen   Komplexe) zu denken, derart, dass innerhalb eines jeden solchen Bezirkes das innere oder molekulare Feld überall gleich gerichtet ist.

   Bei einem Einkristall fallen diese Richtungen der spontanen Magnetisierung der Komplexe mit den Würfelkanten zusammen, so dass man sich dieselben in den positiven und negativen X-, Y-und Z-Richtungen denken kann. Da die positiven und negativen Richtungen gleich berechtigt sind, werden sich die Wirkungen der einzelnen Komplexe nach aussen hin aufheben. 



   Unter dem Einfluss eines von aussen angelegten magnetischen Feldes stellen sich die Richtungen der spontanen Magnetisierung in die   Feldriehtung   ein, und dieser Vorgang verläuft bei einem idealen Einkristall vollkommen frei von Hysteresis, was man durch die Annahme sogenannter reversiblen Wandschiebungen und Drehprozesse, die an sich schon reversibel verlaufen, zu deuten versucht. 



   Wie bereits erwähnt, fallen die Vorzugsrichtungen der Magnetisierung beim Eiseneinkristall mit den Kantenrichtungen des würfelförmigen Raumgitters zusammen. Beim idealen Einkristall würde bereits ein sehr kleines in eine der   Kantenriohtungen   fallendes äusseres Feld genügen, die Vektoren der spontanen Magnetisierung in die Feldrichtung zu drehen ; die Permeabilität wäre demnach fast unendlich gross. Die in der Praxis zur Verfügung stehenden auf künstlichem Wege hergestellten Einkristalle weichen vom idealen infolge der immer darin vorkommenden Verunreinigungen ab, so dass zur Sättigungsmagnetisierung ein Feld endlicher Stärke erforderlich ist. Immerhin zeigen auch die künstlich hergestellten Eiseneinkristalle in den Vorzugsrichtungen eine recht hohe Anfangspermeabilität.

   Den gleichen Verunreinigungen ist es zuzuschreiben, dass die praktisch herstellbaren Einkristalle Hysteresisverluste, wenn auch nur im geringen Masse, aufweisen. 



   Nach dem Vorhergehenden dürfte es klar sein, dass der aus einem Einkristall hergestellte ferromagnetische Körper das geeignete Kernmaterial für Spulen, Übertrager u. dgl. wäre. Jedoch für manche Zwecke, beispielsweise für Pupinspulen, ist eine sehr hohe Anfangspermeabilität durchaus nicht erwünscht. Zwar würde auch bei einem aus einem Einkristall hergestellten magnetischen Kern durch das Anbringen von Luftspalten die Möglichkeit bestehen, die effektive Permeabilität herabzusetzen, aber zu dieser Massnahme wird man wegen anderer damit verknüpfter Nachteile vielfach nur ungerne Zuflucht nehmen. 

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   Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass er beim Einkristall durch künstliche Unterdrückung einer der Vorzugsrichtungen der Magnetisierung möglich sein muss, die Permeabilität in der unterdrückten Richtung herabzusetzen. Wie nachfolgend beschrieben wird, gelingt dies z. B., indem durch eine geeignete mechanische und thermische Behandlung ein ferromagnetisches Material, z. B. eine Eisen-Nickel Legierung, zunächst in einen solchen Zustand gebracht wird, dass die Struktur der eines Einkristalls angenäherte entspricht. Durch eine weitere mechanische Behandlung wird dann schliesslich die erwünschte magnetische Anisotropie erhalten, wobei das Material nur noch zwei Vorzugsrichtungen 
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 wurden beispielsweise durch Anwendung des nachstehenden Verfahrens erhalten. 



   Als Ausgangsmaterial diente ein aus   50% Nickel   und 50% Eisen zusammengesetztes Band mit einer Dicke von mindestens 1 mm. Dieses wurde kalt ausgewalzt auf 110 Mikron. Die magnetische Unter-   suchung   ergab zwei Vorzugsrichtungen der Magnetisierung, nämlich in Richtungen, die einen Winkel von nahezu   45  mit   der Walzrichtung bildeten. Hienach wurde das Band bei   11000   C ausgeglüht, wobei Rekristallisation eintrat. Nunmehr lagen die Kristallite in sehr geordnetem Zustand, u. zw. so, dass eine der   Würfelflächen   parallel zur äusseren Begrenzung des Bandes lag und somit die Struktur der eines Einkristalls angenähert entsprach.

   Dementsprechend zeigte die magnetische Untersuchung zwei aus-   gesprochene Vorzugsrichtungen   der Magnetisierung, eine in der Walzrichtung, also in der Längsrichtung des Bandes, die andere senkrecht dazu in der Richtung der Breite des Bandes. Obschon die dritte Vorzugrichtung, also senkrecht zur Bandfläche, ebenso vorhanden sein muss, wurde wegen der geringen Dicke darauf verzichtet, dieselbe durch eine magnetische Untersuchung festzustellen. Nach der Wärmebehandlung bei 11000 C wurde das Band abermals ausgewalzt auf etwa 60 Mikron Dicke, und es zeigte sich, dass die Permeabilität in der Walzrichtung jetzt bedeutend verringert war, wogegen die Permeabilität senkrecht zur Walzrichtung in der Richtung der   Bandfläche   sich nicht nennenswert geändert hatte. 



  Ebenso dürfte die Permeabilität senkrecht zur Bandfläche dieselbe geblieben sein. Mit der Verringerung der Permeabilität in der Walzrichtung geht eine Erhöhung der Hysteresis einher, die jedoch innerhalb zulässiger Grenzen bleibt. Gegebenenfalls kann der zuletzterwähnten mechanischen Behandlung eine thermische bei etwa 400  C folgen, wodurch die inneren Spannungen zum Teil wieder aufgehoben werden und die Permeabilität in der Walzrichtung wieder zunimmt, die Hysteresis aber nahezu ungeändert bleibt. 



     PATENT-ANSPRÜCHE   :
1. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials mit geringem Hysteresisverlust und mit in einem grossen Feldstärkenbereich nahezu konstanter Permeabilität, dadurch gekennzeichnet, dass das Material durch weitgehende   Kaltdeformation   und darauffolgende Rekristallisation in einen Zustand gebracht wird, in dem sämtliche Kristalle des Materials in der gleichen Weise orientiert sind und bestimmte Vorzugsrichtungen der Magnetisierung hervortreten, und dass durch eine nachträgliche Deformation derartige innere Spannungen in das Material gebracht werden, dass zumindest eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung unterdrückt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kaltwalzen der Querschnitt eines aus einer Legierung von Nickel und Eisen hergestellten Bandes um 90% oder mehr verringert wird und einer darauffolgenden Glühbehandlung bei einer oberhalb der Rekristallisationstemperatur liegenden Temperatur unterworfen wird, derart, dass sämtliche Kristalle des Materials die gleiche Orientierung besitzen und eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung mit der Walzrichtung zusammenfällt und dass durch nachträgliches Kaltwalzen diese Vorzugsrichtung der Magnetisierung unterdrückt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines aus nahezu gleichen Teilen Nickel und Eisen bestehenden Bandes durch Kaltwalzen um 90% oder mehr derart verringert wird, dass nach einer Glühbehandlung bei etwa 1100 C zwei Kristallwürfelkanten in der Bandebene liegen, davon eine parallel zur Walzrichtung, und dass die mit der Walzrichtung zusammenfallende Vorzugsrichtung der Magnetisierung durch nachträgliches Kaltwalzen unterdrückt wird.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die letzte Deformation in das Material gebrachten inneren Spannungen durch eine Glühbehandlurg teilweise entfernt werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band von wenigstens 1 mm Dicke auf 110 Mikron kalt ausgewalzt, bei einer Temperatur von 11000 C ausgeglüht, bis auf 60 Mikron kalt ausgewalzt und gegebenenfalls bei etwa 4000 C ausgeglüht wird.

   6. Spule mit einem Kern aus einem nach dem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten magnetischen Material, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern derart bewickelt ist, dass die Richtung der Kraftlinien senkrecht oder nahezu senkrecht zur Richtung der grössten Magnetisierbarkeit des Kernmaterial verläuft.