AT209589B

AT209589B - Ferromagnetisches Material, insbesondere für piezomagnetische Schwinger

Info

Publication number: AT209589B
Application number: AT20459A
Authority: AT
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1958-01-15
Filing date: 1959-01-12
Publication date: 1960-06-10

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Ferromagnetisches Material, insbesondere für piezomagnetische
Schwinger 
Die Erfindung bezieht sich auf ein ferromagnetisches Material, insbesondere für piezomagnetische Schwinger. Solche Schwinger werden zum Umwandeln elektrischer Energie in mechanische Energie,   z. B.   Ultraschallschwingungen, und umgekehrt verwendet (s. beispielsweise" Philips'Technische Rundschau", 18,   277-290,   1956/57). Hiefür ist es erwünscht, dass das Material einen möglichst hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und eine möglichst hohe mechanische Zugfestigkeit aufweist, während die magnetischen und mechanischen Verluste gering und infolgedessen die magnetischen und mechanischen Gütefaktoren gross sein sollen.

   Hiebei ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient gleich der Wurzel ats dem Bruchteil der magnetischen Energie, der in mechanische Energie umgewandelt werden kann. 



   Aus "Philips'Technische Rundschau" 18, 288 - 290, 1956/57, sind gleichfalls für piezomagnetische Schwinger Nickelkobaltferrite bekannt. Auch hier betragen die Höchstwerte des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten bei Zimmertemperatur weniger als   0, 22.   



   In der   !   rit. Patentschrift Nr. 782, 762 sind Nickelkobaltferrite beschrieben worden, bei denen zur Erzielung einer Verbesserung der   elsktromechanischen Eigenschaften ein Teil des Eisens   durch Chrom ersetzt ist. Auch hier kommen jedoch noch Werte des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von weniger als   0,20 vor;   während, wenn dieser einen höheren Wert aufweist, der mechanische Gutefaktor niedrig 
 EMI1.1 
 ! mspiezomagnetische Schwinger verbesserte Eigenschaften aufweist. Das ferromagnetische Material besteht aus Kristallen   mitSpinellstruktur   und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung   29-47 Mol-% Ni0    
 EMI1.2 
   - 20entspricht.   



   Vorzugsweise entspricht die Zusammensetzung   35-43 Mol-% Ni0      6 - 14   Mol-%   CuO   
 EMI1.3 
   4 Mol-% CoO 50-52 Mol-% Fe 203    weil diese Materialien die höchsten Werte des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten aufweisen. 



  Ausserdem können das Nickeloxyd und das Kupferoxyd in proportionalen Mengen durch höchstens 10 Mol-%   ZnO   ersetzt werden. 



   Die Erfindung bezieht sich weiters auf einen Körper, der aus dem vorstehend erwähnten Material besteht und auf einen piezomagnetischen Schwinger mit einem durch ein magnetisches oder akustisches 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 Wechselfeld in mechanische Schwingung zu versetzenden Schwingerkörper, der aus dem vorerwähnten
Material besteht. 



   Die Materialien gemäss der Erfindung weisen Werte des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von mehr als 0, 20 auf, während die Werte des mechanischen Gütefaktors über 2000 hinausgehen. 



  Weiters sind auch die Werte der magnetischen Verluste und der Porosität niedrig, so dass das Material mit Erfolg bei piezomagnetischen Schwingern Anwendung finden kann. Die Porosität ist hiebei gleich der Differenz zwischen der idealen Dichte (Körper ohne Poren) und der gemessenen Dichte des Körpers, geteilt durch die ideale Dichte, also eine dimensionslose Grösse. Ein niedriger Wert der Porosität ist bekanntlich eine Bedingung für eine hohe mechanische Zugfestigkeit und für eine grosse Erosionsbeständigkeit. Unter Erosion ist hier die Beschädigung der strahlenden Oberfläche des Schwingers infolge von Kavitation bei hohen akustischen Intensitäten zu verstehen. Die Absolutwerte der Längssättigungsmagnetostriktion der Materialien sind grösser als 20. 10-6. 



   Die Herstellung der Materialien nach der Erfindung erfolgt durch Sintern bei einer Temperatur zwischen 1000 C und 14000C eines fein verteilten Gemisches aus Nickeloxyd, Kupferoxyd, Kobaltoxyd, Eisenoxyd und gegebenenfalls Zinkoxyd, welche Oxyde ganz oder zum Teil durch Verbindungen ersetzt werden können, die bei Erhitzung in diese Oxyde übergehen. Vorzugsweise erfolgt die Sinterung zwisehen   1200 C   und   1300 C.   Diese Temperaturen sind niedriger als die, bei denen bei den bekannten Materialien optimale piezomagnetische Eigenschaften erzielt werden. 



   Es soll noch bemerkt werden, dass im "Journal of Applied Physics", Jahrgang 27, Nr. 7,723, 1956,   Mckelkupferferrite   für Mikrowellenanwendungen beschrieben worden sind, die in bezug auf eine Zusammensetzung gemäss der Formel   NiCu.-. FeO   einen Eisenmangel aufweisen (d. h. weniger Eisen als eine Zusammensetzung mit 50   Mol-%     Fe0   enthalten) und bei denen eine geringe Mangan- oder Kobaltmenge vorhanden ist. Die Ferrite gemäss der Erfindung enthalten stets mindestens 50 Mol-% Fe20, weil Ferrite mit einem niedrigeren Eisengehalt sehr hohe magnetische und mechanische Verluste aufweisen, obgleich der elektromechanische Kopplungskoeffizient hohe Werte erreicht.

   Hinsichtlich des spezifischen Widerstandes ist es unbedenklich, dass die Materialien gemäss der Erfindung mehr Eisen als eine Zusammensetzung mit 50   Mol-%      Fe. 0.   enthalten, weil, wie auch aus dem Beispiel hervorgeht, ein verhältnismässig niedriger Wert des spezifischen Widerstandes (der bei einem Eisenüberschuss infolge der Bildung von Ferro-Ionen auftreten kann) keinen nachteiligen Einfluss auf die Eigenschaften ausübt, die für piezomagnetische Anwendungen wichtig sind. 



   Beispiel : Ein Gemisch aus Nickeloxyd, Kupferkarbonat, Kobaltkarbonat und Ferrioxyd wird 18 Stunden lang mit Wasser in einer Kugelmühle gemahlen und dann 4 Stunden auf   9500C   in Luft vorgebrannt. Das Reaktionsprodukt wird mit Wasser 18 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen ; nach dem Trocknen wird das Produkt, dem eine geringe Menge eines organischen Bindemittels zugesetzt ist, zu Ringen und Stäben gepresst, die 2 Stunden in Sauerstoff bei den in der Tabelle angegebenen Temperaturen gesintert werden. 



   Die nachstehende Tabelle gibt die Zusammensetzung des Ausgangsgemisches, die Sintertemperatur 
 EMI2.1 
 polarisation, d. h. bei einer derartigen Vorpolarisation, dass k maximal ist, angegeben. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient, der, wie erwähnt, gleich der Wurzel aus dem Bruchteil der magnetischen Energie ist, der in mechanische Energie umgewandelt werden kann, ergibt sich aus der Formel 
 EMI2.2 
 Schliesslich ist in der Tabelle auch der hiebei auftretende mechanische Gütefaktor Qu, der gleich 
 EMI2.3 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
 EMI3.1 
 
 EMI3.2 
 Weil der Wert von   Qui an   einem Stab gemessen, nahezu eine   Materialgrösse   ist, ist auch der Wert von QE (Stab) angeführt.

   Weil auch die Verwendung magnetischer Schwinger in Bädern mit einer Tempera- tur, die erheblich über Zimmertemperatur hinausgeht, möglich ist, ist von einigen Präparaten der Wert von k und von QE (Ring) bei 500C angegeben. Die Längssättigungsmagnetostriktion bei Zimmertempera- - tur aller Präparate liegt zwischen -25. 10 und -30. 10. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> 



  Zusammensetzung <SEP> Molto <SEP> Sinter- <SEP> Poro- <SEP> Bei <SEP> Zimmertemperatur <SEP> Bei <SEP> 50 C
<tb> NiO <SEP> CuO <SEP> CuO <SEP> Fe2O3 <SEP> spez. <SEP> Anfangs- <SEP> Ver- <SEP> elektro- <SEP> mecha- <SEP> mecha- <SEP> elektro- <SEP> mechaWider- <SEP> permea- <SEP> lust- <SEP> mech. <SEP> nischer <SEP> nischer <SEP> mech. <SEP> nischer
<tb> stand <SEP> bilität <SEP> faktor <SEP> Kopplungs- <SEP> Güte- <SEP> Güte- <SEP> Kopplungs- <SEP> Gütekoeffi-faktor <SEP> faktor <SEP> koeffi-faktor <SEP> 
<tb> p <SEP> m <SEP> zient <SEP> zient
<tb>  C <SEP> p <SEP> Q. <SEP> cm <SEP> Gauss.

   <SEP> Oe-1 <SEP> tg6 <SEP> k <SEP> QE <SEP> (Ring) <SEP> QE <SEP> (Stab) <SEP> k <SEP> QE <SEP> (Ring) <SEP> 
<tb> 42, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1200 <SEP> 0,052 <SEP> 26,0 <SEP> 0,006 <SEP> 0, <SEP> 170 <SEP> 5200
<tb> 38, <SEP> 8 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1220 <SEP> 0,037 <SEP> 43,5 <SEP> 0,012 <SEP> 0, <SEP> 170 <SEP> 8200
<tb> 45, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1220 <SEP> 0, <SEP> 044 <SEP> 32, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 004 <SEP> 0, <SEP> 221 <SEP> 2400 <SEP> 5100
<tb> 41, <SEP> 8 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1220 <SEP> 0,019 <SEP> 48,5 <SEP> 0,017 <SEP> 0,248 <SEP> 1730 <SEP> 5400
<tb> 38, <SEP> 1 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1220 <SEP> 0,031 <SEP> 42,5 <SEP> 0,013 <SEP> 0, <SEP> 247 <SEP> 1080 <SEP> 6500
<tb> 34,5 <SEP> 14,7 <SEP> 0,8 <SEP> 50,

  0 <SEP> 1220 <SEP> 0, <SEP> 038 <SEP> 40, <SEP> 5 <SEP> 0,007 <SEP> 0,228 <SEP> 2160 <SEP> 5800
<tb> 29,5 <SEP> 19,7 <SEP> 0,8 <SEP> 50,0 <SEP> 1220 <SEP> 0, <SEP> 029 <SEP> 31, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 004 <SEP> 0, <SEP> 202 <SEP> 960 <SEP> 6900
<tb> 39,1 <SEP> 9,8 <SEP> 1,1 <SEP> 50,0 <SEP> 1235 <SEP> 0, <SEP> 032 <SEP> 670 <SEP> 34, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP> 0, <SEP> 302 <SEP> 1380 <SEP> 2600 <SEP> 0, <SEP> 272 <SEP> 2980
<tb> 36, <SEP> 7 <SEP> 12, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1235 <SEP> 0, <SEP> 022 <SEP> 930 <SEP> 34, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP> 0, <SEP> 303 <SEP> 1500 <SEP> 2300 <SEP> 0, <SEP> 269 <SEP> 3100
<tb> 39, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1235 <SEP> 0, <SEP> 032 <SEP> 650 <SEP> 38, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP> 0, <SEP> 272 <SEP> 1000 <SEP> 0, <SEP> 276 <SEP> 2320
<tb> 37, <SEP> 5 <SEP> 11,

   <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1220 <SEP> 0, <SEP> 030 <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> 0, <SEP> 206 <SEP> 2200 <SEP> 
<tb> 40,4 <SEP> 7,1 <SEP> 2,5 <SEP> 50,0 <SEP> 1220 <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 16, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> 0, <SEP> 123 <SEP> 1500
<tb> 36, <SEP> 8 <SEP> 10, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 1220 <SEP> 0, <SEP> 030 <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 014 <SEP> 0, <SEP> 145 <SEP> 1100
<tb> 39,1 <SEP> 11,4 <SEP> 0,8 <SEP> 48,7 <SEP> 1200 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 110 <SEP> 0, <SEP> 272 <SEP> 450 <SEP> 270
<tb> 35,4 <SEP> 15,1 <SEP> 0,8 <SEP> 48,7 <SEP> 1200 <SEP> 43, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 235 <SEP> 0, <SEP> 250 <SEP> 200 <SEP> 220
<tb>

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Ferromagnetisches Material aus Kristallen mit Spinellstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 29 - 47 Mol-Ufo NiO 3-20Mol-%CuO 0, 5- 2 Mol-% CoO 50-52Mol- Fe20g entspricht.

2. FerromagnetischesMaterial nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 35-43 Mol-% Ni0 6 - 14 Mol-% CuO 0, 8 - 1, 4 Mol-Ufo CoO 50 - 52 Mol-%Feps entspricht.

3. Ferromagnetisches Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nickeloxyd und das Kupferoxyd in proportionalen Mengen durch höchstens 10 Mol-% ZnO ersetzt sind.

4. Aus einem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bestehender ferromagnetischer Körper.

5. Piezomagnetischer Schwinger mit einem durch ein magnetisches oder akustisches Wechselfeld in mechanische Schwingungen zu versetzenden Schwingerkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingerkörper aus ferromagnetischem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3 besteht.

6. Verfahren zum Herstellen eines ferromagnetischen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein feinverteiltes Gemisch aus Nickeloxyd, Kupferoxyd, Kobaltoxyd, Eisenoxyd und gegebenenfalls Zinkoxyd, welche Oxyde ganz oder zum Teil durch Verbindungen ersetzt werden können, die bei Erhitzung in diese Oxyde übergehen, bei einer Temperatur zwischen 10000C und 1400 C, vorzugsweise zwischen 12000C und 1300oC, gesintert wird.