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Verfahren zum Herstellen eines Magnetkernes mit einer annähernd rechteckförmigen
Hystereseschleife
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gen wichtig. Kerne, dieser Art werden unter anderem für sogenannte #magnetische Speicher" be- nutzt (siehe beispielsweise W. N. Papian, Proceedings of the Institute of Radio Engineers, April 1952, Seiten 475-478 und D. R. Brown und E.
Albers-Schoenberg, #Electronics", April 1953, Seiten 146-149). Solche magnetische Speicher finden z. B. bei Rechenmaschinen und bei automati- schen Steuerungen Verwendung. Eine weitere Anwendung finden diese Kerne bei magnetischen Schaltern.
Bei der Anwendung von Magnetkernen mit einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife handelt es sich meistens um Wechselströme hoher Frequenzen und es kommt somit darauf an, das Auftreten von Wirbelstromverlusten möglichst zu beschränken, so dass als Werkstoff für diese Kerne immer mehr magnetisch weiche, oxydische Materialien zur Anwendung kommen, diebekanntlich eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit besitzen.
Das Mass, welches angibt, wie weit sich die Form der Hystereseschleife der Reehtecbform nähert, lässt sich beispielsweise mittels des sogenannten #Recht- eckigkeitsverhältnisses" (Rs)max zum Ausdruck bringen. An Hand der Fig. 1, die schematisch einen Teil einer Magnetisierungskurve darstellt, die sich auf einen Fall bezieht, bei dem die Entmagnetisierung angefangen wurde,, bevor die magnetische
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Dieser Quotient ist eine Funktion der angelegten Feldstärke Hm, der Aussteuerungsfeldstärke. Es stellt sich heraus, dass der Quotient für einen bestimmten Wert von Hm, der sich meist wenig vom Absolutwert der Koeryitivkraft He unterscheidet, einen Höchstwert aufweist. Dieser Höchstwert des Quotienten wird durch, das Symbol (R. s) max ange- geben.
Die zum Bestimmen von (R s) max erforder lichen Messungen von B (Hm) und B(-1/2Hm) können mittels eines ballistischen Galvanometers durchgeführt werden (siehe R. M. Bozorth, Ferro- magnetism", 1951, Seite 843). Als Messobjekt dienen ringförmige Magnetkerne mit konstantem Querschnitt des magnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Aussendurchmesser, der höchstens das 1,4fache des Innendurchmessers beträgt.
Für die Brauchbarkeit der betreffenden Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist es ferner von wesentlicher Bedeutung, dass die Aussteuerungsfeldstärke Hm gering ist (vorzugsweise, kleiner als 5 Oensted), weil sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch sind.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife. Der Kern wird aus einem ferromagnetischen Material aus einem bestimmten Teil des Fünfkomponentensystems Magnesium, Nickel, Kobalt, Eisen und Sauerstoff hergestellt, wobei die Zusammensetzung dieses Materials durch das Verhältnis der Metalloxydeim Ausgangsgemiscih angegeben wird.
Ein feinverteiltes Gemisch dieser Oxyde mit einer Zusammensetzung, die 49-52 Mol-% Fe2O3, 14#40 Mol-% MgO, 9-35 Mol-% NiO und 0, 5-1, 5 Mol-% CoO entspricht, wird in die gewünschte Form gepresst und dann bei einer Temperatur zwischen 1350 C und 1450 C in einer Atmosphäre mit einem höheren Sauerstoffgehalt'als Luft gesintert (selbstverständlich können an Stelle der Oxyde auch Verbindungen Anwendung finden, die beim Erhitzen in Oxyde übergehen). Der Sinterkörper wird dann wenigstens. bei einer Temperatur zwischen der Curietemperatur, und 1500 C einem magnetischen Gleichfeld oderWechselfeld ausgesetzt.
Die zum Erzielen der gewünschten Auswirkung erforderliche Dauer dieser Behandlung im magnetischen Gleichfeld oder Wechselfeld ist von der Temperatur abhängig, bei der die Behandlung erfolgt, und kann umso kürzer sein, je höher die Temperatur ist, bei der sie erfolgt. Die erwünsch-
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te Auswirkung ist beispielsweise dadurch erzielbar, dass der Magnetkern von einer Temperatur, die sich wenig von der Curietemperatur unterscheidet, im magnetischen Gleichfeld oder Wechselfeld auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, aber auch dadurch, dass der Magnetkern längere Zeit im Magnetfeld bei 200 C behandelt wird.
Die erwünschte Auswirkung wird zunichte gemacht, wenn der Magnetkern ohne ein magnetisches Gleichfeld oder Wechselfeld bei einer bestimmten Temperatur während einer Zeit behandelt wird, die erforderlich sein würde, um bei dieser Temperatur mit dem Feld die erwünschte Wirkung zu erzielen. Aus diesem Grunde hat die Abschaltung des Magnetfeldes während der Abkühlung bei hoher Temperatur eine ungünstiger Auswirkung als bei niedriger Temperatur.
Eine Behandlung im Magnetfeld bei einer Temperatur oberhalb der Curietemperatur ergibt die erwünschte Wirkung nicht ; das Vorhandensein des Magnetfeldes bei Temperaturen oberhalb der Curietemperatur hat jedoch keine. schädlichen Folgen, so dass es auch möglich ist, den Magnetkern von einer Temperatur oberhalb der Curieremper3ltur in einem magne- tischen Gleitfeld oder Wechselfeld abzukühlen, wobei sich gleichfalls die gewünschte Wirkung ergibt, wenn unterhalb der Curietemperatur die richtige Behandlung erfolgt. In der Praxis ist es somit nicht erforderlich, die Curietemperatur eines jeden Produktes zu bestimmen.
Auch bei einer Behandlung bei Temperaturen unterhalb 150'C ist es möglich, die erwünschte Wirkung zu erzielen, aber die dann erforderliche Zeitdauer ist so gross, dass diese Möglichkeit aus praktischen. Gründen ausser Betracht bleibt.
Gegebenenfalls kann das Ausgangsgemisch zunächst auf eine Temperatur zwischen 750 C und 1000 C vorgebrannt werden, wonach es zerkleinert und schliesslich in die gewünschte Form gepresst wird. Es sei bemerkt, dass der Sinterkörper auch bis auf Zimmertemperatur abgekühlt werden kann, bevor er in der vorstehend beschriebenen Weise im Magnetfeld behandelt wird. In diesem Falle braucht der Presskörper zum Erzeugen des erforderlichen Feldes beim Sintern nicht mit Drahtwindungen versehen zu werden, welche die erforderliche Sintertemperatur vertragen können. Dieses Verfahren ist somit aus praktischen Gründen vorzuziehen.
Die Erfindung ermöglicht es, Magnetkerne mit hohen Werten des Rechteckigkeitsverhältnisses (Rs) max herzustellen. Unter hohen Werten sind hier Werte von wenigstens 0, 8 zu verstehen. Die
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5Feldstärke, während die Werte von (Rs)max bei verschiedenen Temperaturen nahezu gleich sind. Dies hat zur Folge, dass sofern diese Bereiche bei ver- schiedenen Temperaturen zusammenfallen, diese Magnetkerne den Vorteil aufweisen, dass sie bei einem Wert von Hm in einem bestimmten Temperaturbereich einen nahezu konstanten Wert von Rs aurweisen, welche Grösse bei diesem Wert von Hm somit nahezu temperaturunabhängig ist.
Diese Eigenschaft tritt insbesondere bei Magnetkernen mit einer Zusammensetzung auf, die 29, 4 Mol% MgO, 19, 6 Mol% NiO, 1, 0 Mol% CoO und 50, 0 Mol% FeOg entspricht.
Ausser den vorstehend erwähnten statischen Eigenschaften sei noch bemerkt, dass die Schaltzeiten der Magnetkerne zwischen 10 und 20 ! 1 sec liegen, wobei als Schaltzeit die Dauer der seindären Spannung beim Umschalten des Magnetker- nes, gerechnet auf 10% des maximalen Wertes der Spannung zu verstehen ist.
Beispiel l : Eine Gemisch aus MgCOg. NiCOg, CoCOa und FeOg wird 16 Stunden lang in Athylalkohol in einer Kugelmühle gemahlen und dann 2 Stunden lang auf 8000 C in Luft vorgebrannt.
Das vorgebrannte Material wird 4 Stunden lang in einer Schwingmühle mit Äthylalkohol'gemahlen und nach dem Trocknen zu Ringen gepresst, die gleichmässig in Sauerstoff bis auf 1420 C erhitzt werden, welche Temperatur 2 Stunden lang konstant gehalten wird ; danach werden die Ringe abgekühlt. Diese Produkte weisen noch keine annähernd rechteckförmige Hystereseschleife auf.
Die Ringe werden dann in Luft auf 5000 C erhitzt und während 3 Stunden in einem magnetischen Gleichfeld von etwa 100 Oersted abgekühlt. Die nachstehende Tabelle zeigt die in Metalloxyde umgerechnete Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, das Rechteckigkeitsverhältnis (RJmax Zimmer- temperatur und die zugeordnete Aussteuerungsfeld stärke Hm
Tabelle
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<tb>
<tb> Molto
<tb> (Rs)max <SEP> Hm
<tb> MgO <SEP> NiO <SEP> CoO <SEP> FesOs <SEP> Oersted <SEP>
<tb> 39, <SEP> 8 <SEP> 10,0 <SEP> 0,7 <SEP> 49,5 <SEP> 0,95 <SEP> 2,3
<tb> 39, <SEP> 4 <SEP> 9, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 85.
<SEP> 2, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 39, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 50, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 37, <SEP> 9 <SEP> 9, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 51, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 38, <SEP> 6 <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 50, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 38, <SEP> 3 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 50, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 37, <SEP> 6 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 51, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 29, <SEP> 6 <SEP> 19, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 29, <SEP> 4 <SEP> 19, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 29, <SEP> 1 <SEP> 19, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 50, <SEP> 5 <SEP> 0,
<SEP> 90 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 28, <SEP> 8 <SEP> 19, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 51, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 90 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 28, <SEP> 3 <SEP> 18, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 52, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 80 <SEP> 2, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 14, <SEP> 6 <SEP> 34, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 50, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 80 <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 14, <SEP> 5 <SEP> 33, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 51, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 14,2 <SEP> 33,2 <SEP> 0,7 <SEP> 51,9 <SEP> 0,90 <SEP> 2,1
<tb>
Beispiel 2 :
In der in Beispiel l. beschmebe- nen Weise wird ein Gemisch aus MgCO NiC03, CoCO3 und Fie. 3 in einem Verhältnis, das 24, 9 Mol% MgO, 19, 6 Mol% NiO, 1, 0 Mol%
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CoCOj, und 50, 0 Mol% Fe entspricht, vorge- brannt und zu Ringen gepresst, die in. Sauerstoff in einem, Durchlaufofen erhitzt werden. Die Zone der maximalen Temperatur, 14200 C, wird in 15 Minuten durchlaufen, dann werden die Ringe auf Zimmentemperatur abgekühlt. Diese Ringe besitzen noch keine annähernd rechteckfönnige Hystereseschleife.
Ein Ring wird nun 8 Stunden in einem magnetischen Gleichfeld von etwa 100 Oersted auf 400 C erhitzt, dann wird das Feld abgeschaltet. Dieser Ring besitzt bei Zimmertemperatur ein (Rs) max von 0, 30 und eine Hin von 2 Oersted. Ein zweiter Ring wird 8 Stunden in einem magnetischen Gleichfeld von etwa 100 Oersted auf 3000 C erhitzt, wonach das Feld abgeschaltet wird. Dieser Ring besitzt bei Zimmertemperatur ein (Rs)max von 0, 65 und eine Hm von 2 Oersted. Ein dritter Ring wird 8 Stunden in einem magnetischen Gleichfeld von etwa 100 Oersted auf 2000 C erhitzt, wonach das Feld abgeschaltet wird. Dieser Ring besitzt bei Zimmertemperatur ein (RJmax von 0, 65 und eine Hm von 1 Oersted.
Ein vierter Ring wird 24 Stunden in einem magnetischen Gleichfeld von etwa 100 Oersted auf 2000 C erhitzt, wonach das Feld abgeschaltet wird. Dieser Ring besitzt bei Zimmertemperatur ein (Rs)max von 0,90 und eine Hm von 1,9 Oersted. Ein funket Ring wird auf 500 C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird ein magnetisches Gleichfeld von etwa 100 Oersted angelegt, und in diesem Feld wird der Ring in etwa 4 Stunden bis auf etwa 1500 C abgekühlt, bei welcher Temperatur das Feld abgeschaltet wird. Dieser Ring besitzt bei Zimmertemperatur ein (Rmax von 0, 95 und eine Hm von 1, 6 Oersted.
Am fünften Ring werden ausserdem bei 200 C und bei 800 C die Werte von R, bei verschiedenen Werten von Hm gemessen. Diese Messergebnisse sind in Fig. 2 wiedergegeben, in der in horizontaler Richtung der Wert von Hm in Oersted und in vertikaler Richtung der Wert von R, aufgetragen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen eines Magnetkernes mit einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die gewünschte Form gebrachtes Gemisch aus Eisen-, Magnesium-, Nickel- und Kobaltverbindungen mit einer Zusammensetzung, die 49-52 Mol% Fe2Og, 14-40 Mol% MgO, 9-35 Mol% NiO und 0, 5 bis 1, 5 Mol% CoO entspricht, in einer Atmosphäre mit einem höheren Sauerstoffgehalt als Luft auf eine Temperatur zwischen 1350 C und 14500 C erhitzt und anschliessend der Sinterkörper wenigstens bei einer Temperatur zwischen der Curietemperatur und 1500 C einem magnetischen Gleichfeld oder Wechselfeld ausgesetzt wird.