AT218260B

AT218260B -

Info

Publication number: AT218260B
Application number: AT931759A
Authority: AT
Original assignee: Western Electric Company, Incorporated
Filing date: 1959-12-22
Publication date: 1961-11-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Ferritmassen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferritmassen, welche für auf dem Mikrowellengebiet verwendete Geräte mit Ferriten von besonderer Bedeutung sind.

Bekanntlich ist es im allgemeinen wünschenswert, dass Ferritmassen, die für bestimmte Einrichtun- gen auf dem Mikrowellengebiet. verwendet werden sollen, Breitband-Resonanzeigenschaften, niedrige Durchlassdämpfungen und hohe Rückflussdämpfungen aufweisen. Unter den für solche Zwecke gebräuchli- chen Ferritmassen befinden sich bestimmte Vertreter des Mangan-Magnesium-Ferritsystems, z.

B. ein Kupfer-Mangan-Magnesiumferrit, dessen Zusammensetzung durch die nachfolgende Näherungsformel ausgedrückt werden kann, wobei die Metallbestandteile in Gew. -0/0. bezogen auf 100 Gew. -0/0. angegeben sind und der nichtmetallische Bestandteil Sauerstoff ist :
Mg16-18%Cu4-6%Mn2-4%Fe73-77% Für Ferritmassen dieses Zusammensetzungsbereiches sind magnetische Flussdichten von 1960 Gauss, Durchlass- und Rückflussdämpfungen von 0,36 db bzw. 26 db für den 5,9 kMHz-Bereich und Durchlassdämpfungen von 0,37 db und Rückflussdämpfungen von 23 db im 6,4 kMHz-Bereich typisch.

Es wurde nun gefunden, dass die Eigenschaften dieser Ferritmassen durch Zusatz von feuerfesten Verbindungen wie Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Berylliumoxyd und Titanoxyd weiter verbessert werden können. Solche Verbindungen sind beim üblichen Sintern beständig und deshalb sind sie nur schwierig mittels der normalen Reaktionen für die Ferritbildung in Lösung zu bringen. Es wurde insbesondere gefunden, dass der Zusatz von kleinen Mengen einer feuerfesten Verbindung in der Grössenordnung von 0, 1 bis 1 Grew.-% zu einer gebrannten Mischung dieser Ferritmasse eine Herabsetzung der Durchlassdämpfungen und eine. Erhöhung der Rückflussdämpfungen bewirkt. Ausserdem werden die Breitbandeigenschaften der Masse verbessert.

Im folgenden wird eine Methode zur Herstellung von Ferritgegenständen der erfindungsgemässen Zusammensetzung beschrieben. Da beim erfindungsgemässen Verfahren auch Arbeitsschritte zur Anwendung gelangen, die aus üblichen Methoden zur Ferritherstellung bekannt sind, wird der Fachmann auch das vorliegende Verfahren entsprechend abändern können.

Zur Ausführung der Erfindung können die gebräuchlichen Ausgangsmaterialien, die zur Herstellung der bekannten Mangan-Magnesium-Kupferferrite dienen, verwendet werden, wie z. B. Manganoxyd, Mangankarbonat, Manganhydroxyd, Manganoxalat, Magnesiumoxyd, Magnesiumkarbonat, Magnesiumhydroxyd, Magnesiumoxalat, Kupferoxyd, Kupferkarbonat, Kupferhydroxyd, Kupferoxalat oder andere Verbindungen, die beim Brennen Manganoxyd, Magnesiumoxyd oder Kupferoxyd ergeben.

Zuerst werden die Bestandteile in einem Pastenmischer zu einem Brei vermischt. Obwohl im allgemeinen ein wässeriger Brei verwendet wird, kann die Wasserlöslichkeit der einen oder ändern der vorstehend als etwaiger Bestandteil angeführten Verbindungen die bevorzugte Anwendung einer nichtwässerigen Flüssigkeit, wie z. B. Azeton, Tetrachlorkohlenstoff oder Äthanol, nötig machen. Nach dem Vermischen kann die Paste bzw. der Brei durch Entfernen der darüberstehenden Flüssigkeit, durch Filtrieren oder, wenn eine flüchtige Flüssigkeit verwendet wurde, durch Abdampfen getrocknet werden. Der auf diese Weise erhaltene nasse Filterkuchen kann dann getrocknet werden, indem man ihn z. B. 16 Stunden lang auf 10. 50C erhitzt und dann granuliert, z. B. indem man das Material durch ein Sieb aus rostfreiem Stahl treibt.

Das auf diese Weise von der Flüssigkeit abgetrennte keramische Material wird dann wie üblich

gebrannt. Ausgezeichnete Massen werden erhalten, wenn man das keramische Material während eines Zeitraumes von etwa 2 bis 20 Stunden in einer oxydierenden Atmosphäre, wie z. B. Luft, auf Temperaturen in einem annäherungsweisen Bereich von 800 bis 1100 C erhitzt.

Die beim Brennen erhaltenen Agglomerate werden ungefähr 5 - 20 Stunden lang durch Behandlung in einer Kugelmühle aufgebrochen, wobei sich Wasser oder ein anderes Trägermittel, wie z. B. Azeton, Äthanol oder Tetrachlorkohlenstoff als geeignet erwiesen haben. Während des Mahlvorganges wird zur Mischung eine kleine Menge der feuerfesten Verbindung zugesetzt.

Gemäss der gebräuchlichen Arbeitsweise kann während des Mahlens in der Kugelmühle auch ein Binde- und Schmiermittel zugeführt werden. Beispielsweise können der Mischung Polyvinylalkohol oder hydriertes Rhizinusöl beim Mahlen in Gegenwart von Wasser bzw. Paraffin oder chloriertes Naphthalin bei Verwendung organischer Trägersubstanzen zugesetzt werden. Das Bindemittel kann auch dem Lösungsmittel zugesetzt werden, in welchem Falle seine Lösung von der Trägersubstanz in der Kugelmühle abhängt, oder das Bindemittel kann in Form einer Lösung in einem ähnlichen Lösungsmittel zugeführt werden. Ein Zusatz von 6 bis 9 Gel.-% hydriertem Rhizinusöl, bezogen auf die trockenen keramischen Bestandteile, hat sich als zufriedenstellend erwiesen.

Nach der Behandlung in der Kugelmühle wird der Brei durch Eindampfen oder Filtrieren getrocknet.

Die getrockneten Feststoffe können dann zu Teilchen von gleichförmiger Grösse gekörnt werden, indem man die Feststoffmasse durch ein Sieb treibt. Für diesen Zweck wurde z. B. ein U. S.-Standardsieb Nr. 20 mit einer Maschengrösse von 0,84 mm verwendet. Man kann aber auch nach der Kugelmtihlbehandlung den Brei von den Stahlkugeln abtrennen und während eines Zeitraumes von beispielsweise 48 Stunden absetzen lassen, worauf man abgiesst und ein dicker Schlamm zurückbleibt.

Diese Teilchen bzw. der Schlamm werden dann unter hohem Druck, z. B. mit 350 - 3500 at, in die gewünschte Form gebracht. Der Fachmann weiss, welche Druckwerte für die jeweils erwünschte Konfiguration geeignet sind. Wenn für diese Verformung ein Schlamm verwendet wird, so wird der erhaltene Gegenstand vorteilhaft während eines Zeitraumes von beispielsweise 48 bis 96 Stunden bei Raumtemperatur an Luft getrocknet. Wurde ein Bindemittel verwendet, so werden die gepressten Gegenstände zweckmässig durch Erhitzen entwachst. Das Erhitzen kann in Luft oder einem andern Medium durchgeführt werden. Eine gebräuchliche Entwachsungsmethode besteht darin, dass man die gepressten Teile zur Vermeidung eines thermischen Schocks sehr allmählich auf eine Temperatur von 4000C bringt, z.

B. während eines Zeitraumes von etwa 6 Stunden, worauf man die Temperatur während weiterer 6 Stunden auf 4000C hält.

Diese Entwachsungsmethode, die sich für Gegenstände mittlerer Grösse eignet, kann für grössere oder kleinere wachshaltige Körper durch Verlängerung oder Verkürzung der Erhitzungszeit modifiziert werden.

Die geformten Gegenstände werden dann einem abschliessenden Brand unterworfen, bei welchem ein Magnesium-Kupfer-Manganferrit entsteht, das eine im wesentlichen nicht umgesetzte feuerfeste Verbindung enthält. Im allgemeinen ist dieses Glühen bzw. Brennen nicht kritisch, da die Form der feuerfesten Verbindung und der Zeitpunkt ihrer Einbringung eine wesentliche Reaktion verhindert. Im allgemeinen entsprechen die Brennzeiten und Brennbedingungen denjenigen, die bei den normalen Reaktionen zur Ferritbildung Anwendung finden. So hat sich z. B. ein Glühen bei 1250 - 13500C während 2 Stunden als zufriedenstellend erwiesen. Das Brennen und darauffolgende Kühlen wird in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt.

Nachfolgend werden zwei spezielle Ausführungsbeispiele von Ferriten, die nach dem vorstehend be-
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7,09 g Mangankarbonat wurden nach dem Einwägen trocken vermischt. Die Zusammensetzung dieser Ausgangsmasse entspricht der folgenden Formel, bezogen auf eine Basis von 100 Gew.-% Metall :
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und genügend viel destilliertes Wasser zur Breibildung zugefügt. Nach dem Vermischen wurde der Brei auf einen Büchnertrichter gebracht. Der auf diese Weise erhaltene nasse Filterkuchen wurde 16 Stunden lang auf 1050C erhitzt und dann gekörnt, indem das Material durch Stahlsiebe von 2 mm bzw. 0,84 mm Maschenweite (10 mesh bzw. 20 mesh) hindurchgetrieben wurde. Der auf diese Weise erhaltene trockene Filterkuchen wurde dann während ungefähr 16 Stunden bei einer Temperatur von etwa 9000C an der Luft gebrannt.

Nach dem Brand wurde die Mischung durch etwa 12stündiges Mahlen in einer Kugelmühle unter Wasserzusatz in Teilchen aufgebrochen. Zu Beginn des Mahlvorganges wurden 0,5 Gew.-% Aluminiumoxyd, bezogen auf die gebrannten Bestandteile, der Mischung zugesetzt. Nach der Mahlbehandlung wurde der Brei von den Stahlkugeln dadurch getrennt, dass man ihn durch ein Sieb von 4,76 mm Maschen-

weite in einen 15 1-Glasbehälter goss. Nach 48stündigem Absetzenlassen des Breies wurde abdekantiert, wobei ein dicker Schlamm zurückblieb. Der Schlamm wurde dann unter einem Druck. von 350. at in die gewünschte Form gepresst. Der Formkörper wurde während eines Zeitraumes von 48 Stunden bei Zimmertemperatur trocknen gelassen.

Der Fertigbrand des Gegenstandes wurde dann während 2 Stunden bei einer Temperatur von 12800C in einer Sauerstoffatmosphäre vorgenommen. Dann wurde der Gegenstand in einer Sauerstoffatmosphäre auskühlen gelassen.

Mit diesem Reaktionsprodukt wurden die nachfolgend angeführten Messungen durchgeführt :
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<tb>
<tb> Flussdichte <SEP> Durchlassdämpfung <SEP> bei <SEP> Rückflussdämpfung <SEP> bei
<tb> (Gauss) <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP> kMHz <SEP> 6, <SEP> 4kMHz <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP> kMHz <SEP> 6, <SEP> 4 <SEP> kMHz <SEP>
<tb> 1966 <SEP> 0, <SEP> 12db <SEP> 0,23 <SEP> db <SEP> 27 <SEP> db <SEP> 30 <SEP> db
<tb>

Beispiel 2 : 106, 4 Gew.-Teile Eisen-III-oxyd, 8,9 Gew. -Teile Kupferkarbonat, 38, 2 Gew. Teile Magnesiumkarbonat und 7,2 Gew.-Teile Mangankarbonat wurden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren zu Formkörpern verarbeitet.

Die Ausgangszusammensetzung entspricht der folgenden Formel, bezogen auf eine Basis von 100% Metall :
EMI3.2
Dieser kalzinierten Mischung wurden 0,2 Gel.-% Aluminiumoxyd zugefügt.

Die nachstehend angegebenen Messungen wurden an dem nach diesem Beispiel erhaltenen Reaktionsprodukt gemacht :
EMI3.3

<tb>
<tb> Flussdichte <SEP> Durchlassdämpfung <SEP> bei <SEP> Durchlassdämpfung <SEP> bei
<tb> (Gauss) <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP> kMHz <SEP> 6, <SEP> 4 <SEP> kMHz <SEP>
<tb> 1948 <SEP> O. <SEP> 18 <SEP> db <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP> db
<tb>

Aus diesen Beispielen lässt sich ersehen, dass die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Ferritmassen niedrige Durchlassdämpfungen und hohe Rückflussdämpfungen aufweisen. Diese Massen besitzen ferner Breitband-Resonanzeigenschaften, wie sich aus dem Vergleich der sowohl bei 5,9 kMHz als auch 6,4 kMHz gemessenen Dämpfungswerte ergibt.

Die Erfindung und weitere Merkmale derselben werden zum besseren Verständnis nachfolgend unter Bezugnahme auf die angeschlossene Zeichnung noch im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 in 200facher Vergrösserung eine Ferritmasse im Querschnitt, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurde und nicht umgesetztes Aluminiumoxyd enthält. Fig. 2 zeigt im Schaubild eine Wanderwelleneinrichtung für Mikrowellen mit einem Ferritisolator aus einem erfindungsgemäss hergestellten Material.

In Fig. 1 ist eine Ferritmasse 1 dargestellt, in welcher Teilchen von nicht in Reaktion getretenem Aluminiumoxyd 2 dispergiert enthalten sind. Diese Masse wurde durch Zusatz von 0, 5 Gew. -0/0 Aluminiumoxyd zu einer kalzinierten Mischung erhalten, die bei der Umsetzung eines Ausgangsmaterials erhalten worden war, deren Zusammensetzung der folgenden Formel, bezogen auf eine Basis von 100% Metall, entsprach :
Mg16,8%Cu4,9%Fe75,1%Mn3,2% Das entstehende Gemisch wurde dann den normalen Bedingungen für die Ferritbildung unterworfen.

Fig. 2 veranschaulicht eine bekannte Wanderwelleneinrichtung für Mikrowellen, die ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Ferritelement enthält. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist in der USA-Patentschrift Nr. 2, 834, 946 näher beschrieben. Die vorliegende Fig. 2 zeigt, kurz gesagt, die Aussenansicht der Wanderwelleneinrichtung, welche einen Wellenleiter 10 von rechteckigem Querschnitt mit Endflanschen 11 aufweist, die zum Einbau und Anschluss des Wellenleiters 10 dienen. Der Klarheit halber ist in der Zeichnung nur ein Flansch 11 dargestellt.

Weiters zeigt Fig. 2 einen Permanentmagneten 13 von im allgemeinen U-förmigem Querschnitt und einer Länge, die der des Wellenleiters 10 vergleichbar ist ; der Permanentmagnet 13 umschliesst einen Teil des Wellenleiters 10 und wird in

seiner Stellung durch Klammern 14 gehalten. Innerhalb des Wellenleiters ist ausserdem ein Halter 15 aus Polystyrolschaumstoff und auf einer seiner Seiten ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Ferritelement 16 vorhanden. Der Magnet 13 ist mit Polschuhen 19 und 20 versehen. Der Träger 15 weist eine Aussparung auf, welche so angeordnet ist, dass sie das Ferritelement 16 an einer bevorzugten Stelle innerhalb des Wellenleiters 10 hält. Der Magnet 13 wird so angeordnet, dass er einen geeigneten Ruhefluss durch das Element 16 erzeugt.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Ferritmassen aus einer vorgebrannten Mischung der Oxyde von Magnesium, Kupfer und Mangan, entsprechend einer Zusammensetzung des Ausgangsmaterials der Formel i6-18% 4-6% 2-4% 73-77% bezogen auf eine Basis von 100 Gew.-% Metall, dadurch gekennzeichnet, dass diesem Gemisch eine feuerfeste Verbindung in einer Menge von 0, 1 bis 1 Gew.-% zugesetzt wird und das dabei erhaltene Gemisch unter Drücken von etwa 352 kg/cm2 bis etwa 3520 kg/cm2 in die gewünschte Form gebracht wird, worauf der gebildete Körper in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 12500C bis 13500C gebrannt wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als feuerfeste Verbindung Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Berylliumoxyd oder Titanoxyd verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebrannten Mischung 0,2 bis 0,5 Gew.-% Aluminiumoxyd zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebrannten Mischung 0, 2 Gew.-% Aluminiumoxyd zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebrannten Mischung 0, 5 Gew.-% Aluminiumoxyd zugesetzt werden.