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Magnetischer Kern aus einem ferromagnetischen Ferrit
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Ferrit verwendet wird, könnte man also diesen niedrigen Magnetostriktionswert ausnutzen.
Unter diesen Umständen ist aber eine niedrige Magnetostriktion von geringer Bedeutung, da dicht unterhalb des Curiepunktes die magnetische Sättigung einen niedrigen Wert annimmt und
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S. 155), wobei a den Mittelwert der Materialspannungen bedeutet.
Weiter hat das Arbeiten mit Materialien, deren
Curiepunkt knapp oberhalb der Betriebstemperatur, d. i. gewöhnlich Zimmertemperatur, liegt, im allgemeinen den Nachteil, dass die Anfangspermeabilität so stark von kleinen Temperaturschwankungen abhängig ist, dass das Material für die Praxis gleichsam unbrauchbar wird. Der Verlauf der Anfangspermeabilität eines Ferrits mit der Temperatur ist nämlich meist derart, dass von dem Curiepunkt beginnend mit abnehmender Temperatur die Permeabilität anfänglich sehr schnell bis zu einem Maximum ansteigt und beim weiteren Temperaturabfall allmählich absinkt. In der Praxis wird man den Bereich, in dem die Permeabilität in hohem Masse von der Temperatur abhängig ist, vermeiden und daher immer Stoffe verwenden, deren Curietemperatur nicht unter 50 C beträgt.
Vorzugsweise arbeitet man mit Stoffen mit einem Curiepunkt zwischen 50 und 250 C. Unter Curiepunkt ist im vorliegenden Fall die Temperatur zu verstehen, bei der die Anfangspermeabilität bis auf einen geringen Bruchteil von etwa 10% des Maximalwertes abgefallen ist, anders gesagt, die Temperatur, bei der ein magnetisches Material in einen für praktische Zwecke als unmagnetisch aufzufassenden Zustand übergeht.
Durch Mischkristallbildung von Ferriten mit positiver und negativer Magnetostriktion gemäss der Erfindung ist es nun möglich, ein Ferrit mit
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einem Curiepunkt von nicht unter 50 C herzustellen, das also einen für die Praxis hinreichend hohen Wert von sima, und gleichzeitig einen niedrigen Magnetostriktionswert X aufweist, derart, dass der absolute Wert des Quotienten
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von Mischkristallen, die aus Zinkferrit und Magnetit bestehen, bereits von Kato und Takei rein theoretisch untersucht (vgl. :"Transaction of the American Electrochemical Society", 1930, Bd. 57, S. 297 ff.), jedoch ohne die Brauchbarkeit des erhaltenen Materials in Betracht zu ziehen.
Infolgedessen fehlen dort jegliche Angaben über die Anfangspermeabilität bzw. die Verluste. In den magnetischen Kernen, auf die sich die Anmeldung bezieht, ist Magnetit oder Eisenoxyduloxyd nur in ganz geringen Mengen zulässig, weil die Verluste mit dem Gehalt an Ferroeisen stark ansteigen. Weiter ist nach den in der Zusammenfassung der zitierten Veröffentlichung gemachten Angaben, das Zinkferrit praktisch unmagnetisch. Allerdings trifft dies für Verbindungen mit einem Überschuss an FeOg nicht mehr zu, aber dennoch sind dieselben nur schwach magnetisch, d. h. siehabeneinen niedrigen magnetischen Sättigung-
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Bei der Ausführungsform nach der Erfindung, bei der Magnetit (FegOJ als Mischkristall- komponente mit positivem X verwendet wird, wird der Gehalt an dieser Komponente statt durch
Zusammensinterung eines Ferrits mit negativem X mit Magnetit oder durch Zusammensinterung der entsprechenden Oxyde zweckmässig dadurch erzielt, dass das Ferrit mit negativem X auf hoher Temperatur, z. B. 1000 C oder höher, in einer passenden Atmosphäre erhitzt wird, so dass sich eine Menge zweiwertiges Eisen bildet, die mit der gewünschten Menge Magnetit übereinstimmt.
Wenn in einem Ferrit unter Sauerstoffabspaltung ein Teil des Eisens von der dreiwertigen Form in die zweiwertige übergeht, kann dies ja als eine Bildung von Fe304 aufgefasst werden. Zweckmässig wird bei dieser Ausführungsform ein Ferrit mit einem Gehalt von mehr als 50 Mol-% Eisen, gerechnet als Fie203, verwendet, d. h., dass das Gemisch, aus dem dieses Ferrit durch Sintern gebildet ist, mehr als 50 Mol-% FeOg enthielt. Der Überschuss an Eisenoxyd kann dann also zur Umwandlung in Magnetit dienen ; wäre kein Überschuss vorhanden, so würde bei Bildung von zweiwertigem Eisen die Gefahr der Abscheidung von einem oder mehreren der ferritbildenden Oxyde ausser FeOg bestehen, so dass kein homogener Mischkristall entstünde.
Die Atmosphäre, in der das Ferrit erhitzt wird, soll theoretisch einen Sauerstoffgehalt haben, der dem Sauerstoffdruck entspricht, mit dem der zu bildende Ferritmagnetitmischkristall bei der Er- hitzungstemperatur im Gleichgewicht steht ; dabei muss so lange erhitzt werden, bis der Ferrogehalt überall im Ferrit den erwünschten Gleichgewichtswert erreicht. In der Praxis wird man aber zur Erzielung eines geeigneten Erzeugnisses in einer angemessenen Zeitdauer, abweichende Reaktionsverhältnisse anwenden.
Bei Verwendung eines Ferrits, wie oben erwähnt, mit einem Fe203Gehalt grösser als 50 Mol-%, unter Erhitzung auf eine etwa 1200 oC übersteigende Temperatur, ist die Zusammensetzung der Atmosphäre verhältnismässig gleichgültig und ist vornehmlich die Zeitdauer und die Temperatur der Erhitzung wichtig, sofern das Ferrit nicht zu stark dichtgesintert ist, so dass überall im Ferrit Sauerstoffabspaltung möglich ist. Es soll dafür Sorge getragen werden, dass bei der auf die Erhitzung folgenden Abkühlung keine Wechselwirkung zwischen dem Ferrit und der Gasatmosphäre eintreten kann, wodurch die Aussenschichten des Ferrits eine andere Zusammensetzung als der innere Teil des Ferrits erhalten. Solche Inhomogenitäten sind dadurch feststellbar, dass der Aussenteil eines Ferritkemes z.
B. durch Abschleifen entfernt wird, die Eigenschaftsänderungen des Kernes lassen sich dann feststellen. Zur Vermeidung der Bildung einer Oberflächenschicht von abweichender Zusammensetzung kann in einer sauerstoffreien Atmosphäre, z. B. in Stickstoff, abgekühlt werden, oder man kann nach der Erhitzung schnell abkühlen. Es kann eine solche etwaige Oberflächenschicht auch durch Wegschleifen entfernt werden.
Es sei bemerkt, dass es von manchen Ferriten bekannt ist, dass sie bei hoher Temperatur Sauerstoff abspalten, d. h., dass solche Ferrite einen gewissen Gehalt von zweiwertigem Eisen ent- halten haben. Es war aber nicht bekannt, dass durch Änderung des Ferrogehaltes die Magnetostriktion beeinflusst wurde. Insbesondere war bei diesen
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Aus der französischen Patentschrift 887083 ist es bekannt, bei Ferriten für einen möglichst hohen Sauerstoffgehalt, d. h. einen möglichst geringen Ferrogehalt im Ferrit, Sorge zu tragen, damit die Verluste des magnetischen Materials (Wirbelstrom-, Hysteresis-und andere Verluste) niedrig sind. Obwohl bei der Herstellung von Magnetit enthaltenden Mischkristallen nach der Erfindung gerade für einen gewissen Ferrogehalt Sorge getragen wird, hat es sich gezeigt, dass im allgemeinen die Ferrogehalte, bei denen die Magnetostriktionen niedrig sind, nicht so gross sind, dass sich die Verluste derart steigern, dass das Material infolgedessen unbrauchbar wird, insbesondere nicht bei niedrigen Frequenzen z. B. für Telegraphie-und Telephoniezwecke (Pupinspulen, Filterspulen).
Ausführungsbeispiele.
1. Ein Gemisch von reinem MnO2, reinem ZnO und reinem Fe203 in einem Mol. Verhältnis von
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25 : 25 : 50 wird während drei Stunden in einer eisernen Kugelmühle gemahlen. Von dem Gemisch wird mit Wasser als Plastifizierungs-
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stoff gesintert und dann in etwa einer halben Stunde bis auf Zimmertemperatur abgekühlt, ebenfalls in Stickstoff. Auf die gleiche Weise werden Ferritstäbchen hergestellt, bei denen von Gemischen im Mol-Verhältnis 23 : 25 : 52 und 21 : 25 : 54 ausgegangen wird. Die Werte der
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<tb>
Imax
<tb> ##### <SEP> Curiepunkt
<tb> Nr. <SEP> #.10@ <SEP> in <SEP> c.g.8. <SEP> #.10-10 <SEP> ##
<tb> in <SEP> C <SEP> ##
<tb> Einheiten <SEP> #
<tb> 1 <SEP> -3 <SEP> 250 <SEP> 2 <SEP> 100 <SEP> 1500
<tb> 2 <SEP> -0#4 <SEP> 320 <SEP> 25 <SEP> 125 <SEP> 1900
<tb> 3 <SEP> +1#5 <SEP> 380 <SEP> 10 <SEP> 150 <SEP> 1300
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Aus dem mit dem Präparat Nr. 2 übereinstimmenden Material wurde ein magnetischer ringförmiger Kern mit einer effektiven Anfangspermeabilität von
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stellt Rh den Hysteresiswiderstand der auf den ringförmigen Kern aufgewickelten Spule und L deren Selbstinduktion dar.
2. Drei Gemische von reinem NiO, reinem ZnO und reinem Fe203 in Mol-Verhältnissen von 15 : 35 : 50, 13-8 : 32. 2 : 54 und 12-6 : 29-4 : 58 werden auf die gleiche Weise, wie im ersten Beispiel beschrieben, zu Ferritstäben umgesetzt. In der untenstehenden Tabelle sind die magnetischen Eigenschaften dieser erhaltenen Materialien angegeben. Zugleich ist der Gehalt an zweiwertigem Eisen angegeben.
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Imax <SEP> Ferrol'Curiepunkt <SEP> gehalt
<tb> Nr. <SEP> #.10@ <SEP> in <SEP> c.g.8. <SEP> ###
<tb> #.10-10 <SEP> in <SEP> C <SEP> in
<tb> Einheiten <SEP> # <SEP> Gew.-%
<tb> 1 <SEP> -2#5 <SEP> 300 <SEP> 3#6 <SEP> 150 <SEP> 1#08
<tb> 2-0-7 <SEP> 350 <SEP> 17-5 <SEP> 200 <SEP> 2-85
<tb> 3 <SEP> +4-1 <SEP> 400 <SEP> 4 <SEP> 300 <SEP> 5-38
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
l. Magnetischer Kern aus einem ferromagnetischen Ferrit mit einem Curiepunkt von nicht unter 50 C insbesondere für Selbstinduktionsspulen, Pupinspulen oder Filterspulen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit aus einem Mischkristall eines Ferrits mit negativer Magnetostriktion und eines Ferrits mit positiver Magnetostriktion besteht, wobei die Werte von
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mit positiver Magnetostriktion aus Magnetit besteht und der Eisengehalt im Mischkristall, als Ferrioxyd gerechnet, mehr als 50 Mol-% beträgt.