AT229052B - Verfahren zur Herstellung eines Ferrits mit Isopermcharakter - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung eines Ferrits mit Isopermcharakter 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Ferrits mit Isopermcharakter. 



   Der Isopermcharakter wird bei solchen Magnetwerkstoffen realisiert, deren Hystereseschleife neben   einerverhältnismässigniedrigenRemanenzinduktion undKoerzitivkraft einemöglichst weitgehende   lineare Parallelität der geneigten Äste der Hystereseschleife besitzt.   Unter"Isopermcharakter"wollenwir   verstehen, dass die Hystereseschleife in ihrem mittleren Teil durch ein schräg liegendes Parallelogramm be- 
 EMI1.1 
 tion Bs betragen. 



   Die Eigenschaften solcher Isopermagnetika sind für viele Verwendungszwecke ausserordentlich vorteilhaft. Besonders als Kernmaterial für hochwertige Filterspulen bieten derartige Magnetwerkstoffe gegenüber Magnetwerkstoffen mit einer normalen, im ganzen Verlauf gekrümmten Hystereseschleife grosse Vorteile. 



   Neben den allgemeinen Vorzüge der Ferrite bezüglich der Wirbelstromverluste und der hohen Anfangspermeabilität zeigen die erfindungsgemässen Isopermferrite bei kleiner Remanenz eine nur geringe Zunahme der Permeabilität mit zunehmender Feldstärke bis zur   Maximalpermeabilität. Ausserdem   sind die Hystereseverluste sehr niedrig. Der Deckungsfehler der reversiblen Permeabilität ist ebenfalls gering. 



  Ferner ist bei den erfindungsgemässen Ferriten die Anfangspermeabilität zeitlich sehr konstant und wenig empfindlich gegen vorübergehende magnetische oder thermische Belastungen. 



   Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Ferrite sind sehr dicht gesintert, so dass die isopermartige Hystereseschleife offenbar nicht auf eine Scherung des Ferrits zurückzuführen ist, deren ungünstige Eigenschaften selbstverständlich unerwünscht sind. Die erfindungsgemässen Ferrite erfordern keine Behandlung im Magnetfeld. 



   Es sind schon Ferrite mit Isopermschleife bekannt, die durch eine besondere Magnetfeldbehandlung aus sogenannten Perminvarferriten hergestellt werden. Der Isopermcharakter dieser Ferrite ist durch besondere Anisotropieeffekte hervorgerufen. Sie haben nur eine Anfangspermeabilität bis etwa 120. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Isopermferriten auf Eisen-Mangan-Zink-Basis durch Sintern, bei dem von so reinen Ausgangssubstanzen, z. B. Metalloxyden oder andern Metallverbindungen, ausgegangen wird, dass im Ferrit nicht mehr als etwa 0,2   Gew. -0/0   Gesamtverunreinigungen und davon höchstens etwa 0,03   Gew.

   -0/0 Kieselsäure   und höchstens je etwa 0,03 Gew.-% anderer störender Stoffe enthalten sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mengen der ferritbildenden Ausgangssubstanzen durch einen Mischungsbereich im Dreistoffdiagramm Eisen-Mangan-Zink festgelegt werden, der durch die Eckpunkte 

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 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> 1.50 <SEP> Mol-% <SEP> Fe2O3,
<tb> 24 <SEP> Mol-% <SEP> MnO,
<tb> 26 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO,
<tb> 2.52 <SEP> Mol-% <SEP> Fe2 <SEP> 3'
<tb> 16 <SEP> Mol-O/o <SEP> MnO, <SEP> 
<tb> 32 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO <SEP> sowie
<tb> 3. <SEP> 57, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> Fe20, <SEP> 
<tb> 42, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> MnO
<tb> 
 beschrieben ist, dass diese Ausgangssubstanz nach dem Mischen und vor der Endsinterung vorzugsweise vorgeglüht wird, und der gesinterte   Ferritkörper   in einer inerten Gasatmosphäre, z.

   B. in Stickstoff, abgekühlt wird. 



   Störende Stoffe sind insbesondere diejenigen Elemente, deren lonenradien grösser sind als der Ionenradius des grössten am Aufbau des Ferritgitters beteiligten Elementes, d. h. in diesem Fall des Mangans. 



   Besonders interessant ist im erfindungsgemäss festgelegten Bereich im Dreistoffdiagramm einmal das Gebiet mit weniger als 24   Mol-   MnO. In diesem Gebiet können besonders hohe Anfangspermeabilitäten   bis zu lia = 7000 erreicht werden. Zum andern zeichnet sich das Gebiet mit weniger als 10 Mol-% ZnO durch hohe Curietemperaturen (Tc) über 250 C und hohe, wenig von der Temperatur abhängige Werte   der Sättigungsmagnetisierung im fertigen Ferrit aus. 



   Die aus dem erfindungsgemäss festgelegten Bereich im Dreistoffdiagramm zusammengestellten Oxyde werden beispielsweise in Schwingmühlen 6h nass gemischt und nach dem Trocknen zwischen 850 und 950 C, insbesondere bei 9000C   vorgeglüht.   Danach wird erneut mindestens 2h nass gemahlen. Die aus   diesemPulver gepreStenKerne   werden bei Temperaturen zwischen 12400C und   13500C 1 - 15h,   vorzugsweise 2h, in Luft, Stickstoff oder einem Luft-Stickstoff-Gemisch oder zuerst in Luft und dann in Stickstoff gesintert und anschliessend in einer inerten Gasatmosphäre, z. B. in reinem Stickstoff, abgekühlt. Eine Schnellabkühlung von der Sintertemperatur auf 900 - 5000C innerhalb einer kurzen Zeitspanne von etwa 5 bis 15 min begünstigt nach der Erfindung die Ausbildung des Isopermcharakters.

   Insbesondere ist eine solche Schnellabkühlung zweckmässig bei Kernen, deren Abmessungen in wenigstens einer Richtung sehr klein sind, die also beispielsweise als Ringkerne eine Höhe von nur 1 mm oder weniger haben. 



   Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Ferrite haben Anfangspermeabilitäten von 
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 kleîner aïs 0, 5. 10'Kerne ohne Vorglühen des Oxydgemisches her, so ist der Isopermcharakter schwächer ausgeprägt. 



   Im folgenden werden einige Beispiele für die Herstellung von Isopermferriten nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben. 



   Beispiel 1 : 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 53, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> 23'
<tb> 30, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> MnO,
<tb> 16,0 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO.
<tb> 
 Die Oxyde, die so beschaffen sind, dass die Gesamtverunreinigungen im Endprodukt weniger als 
 EMI2.4 
 haben einen Aussendurchmesser von 20 mm und eine Höhe von 6 mm. Die Abkühlung erfolgt innerhalb 12h von Sintertemperatur bis auf Normaltemperatur in reinem Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 
 EMI2.5 
 
 EMI2.6 
 

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 alsBeispiel 2 : 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 52, <SEP> 4Mol-% <SEP> Fez <SEP> 03 <SEP>   <SEP> 
<tb> 25, <SEP> 4 <SEP> Mol-% <SEP> MnO,
<tb> 22, <SEP> 2 <SEP> Mol-o <SEP> ; <SEP> o <SEP> ZnO. <SEP> 
<tb> 
 



   Die wie oben vorbehandelten Kerne werden 2h bei 1320 C in Stickstoff mit 7 Vol.-% Sauerstoff ge- sintert und dann innerhalb 10 min in Stickstoff mit 0,2   Vol. -0/0 Sauerstoff   auf 8500C rasch abgekühlt. Die . weitere Abkühlung auf Zimmertemperatur erfolgt innerhalb 6h in Stickstoff mit 0, 2% 0. Es ergaben sich folgende Werte : 
 EMI3.2 
 Beispiel 3 : 
 EMI3.3 
 
<tb> 
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 53,5 <SEP> Mol-% <SEP> Fe2O3,
<tb> 30, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> MnO, <SEP> 
<tb> 16, <SEP> 0 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO. <SEP> 
<tb> 
 



   Die wie in Beispiel 1 vorbehandelten Ringkerne, die in diesem Beispiel nur eine Höhe von 1 mm und einen Kernquerschnitt von etwa 1 mm2 haben, werden bei 12400C lh lang in Luft und anschliessend lh in Stickstoff gesintert und dann innerhalb 5 min in reinem Stickstoff auf 5000C abgekühlt. Die weitere Abkühlung auf Zimmertemperatur erfolgt in etwa 4h ebenfalls in Stickstoff.

   Folgende Werte wurden an den auf diese Weise hergestellten Ferriten gemessen : 
 EMI3.4 
 
 EMI3.5 
 
 EMI3.6 
 
<tb> 
<tb> =Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 55, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> Fe20, <SEP> 
<tb> 36, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> MnO,
<tb> 8, <SEP> 0 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO. <SEP> 
<tb> 
 Die wie in Beispiel 1 behandelten Kerne ergaben folgende magnetische Kerngrössen : 
 EMI3.7 
   Beispiel 5 :    
 EMI3.8 
 
<tb> 
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 52,5 <SEP> Mol-% <SEP> Fe2O3,
<tb> 23, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> MnO,
<tb> 24, <SEP> 0 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO. <SEP> 
<tb> 
 



   Das dafür verwendete Eisenoxyd hatte eine tetraederförmige Teilchenstruktur. Die Ausgangsrohstoffe sind so beschaffen, dass im Endprodukt nur die folgenden wesentlichen Verunreinigungen enthalten sind : 
 EMI3.9 
 
Gew.-%SiO ; 0,Sauerstoffgehalt von weniger als 0,02   Vol. -%   gesintert und langsam innerhalb etwa   lOh   in Stickstoff auf Raumtemperatur abgekühlt. Es ergaben sich folgende Werte : 
 EMI3.10 
 
Die Fig. 1 stellt die Hystereseschleife eines Magnetwerkstoffes mit Isopermcharakter dar. Aus Fig. 1 erkennt man, dass der mittlere Teil beider Hystereseschleifenäste linear ansteigt und durch seine Parallelität ein Parallelogramm von der Breite der doppelten Koerzitivkraft beschreibt, dessen Höhe in diesem Fall der 6fachen Remanenzinduktion entspricht. 

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Claims (1)

1. Fig. 2 stellt den erfindungsgemässen Bereich im Dreistoffdiagramm Fe 0 -MnO-ZnO dar, aus dem sich die mengenmässige Zusammensetzung der Ausgangsoxyde'nach dem erfindungsgemässen Verfahren ergibt. Mit 1,2 und 3 sind die Eckpunkte bezeichnet, die im Patentanspruch mit Zahlenwerten'angege- ben sind.

   Fig. 3 stellt die Hystereseschleife eines Isopermferrits dar, das nach Beispiel 1 hergestellt wurde. Die EMI4.1

   Fig. 4 stellt den Verlauf der reversiblen Permeabilität eines nach Beispiel 3 hergestellten Isopermferrits in Abhängigkeit von der Feldstärke dar. Die gestrichelte Linie zeigt den vom entmagnetisierten Zustand ausgehenden Verlauf der reversiblen Permeabilität. Aus dieser Figur ist der geringe Deckungsfehler der reversiblen Permeabilität zwischen Auf- und Abmagnetisierung ersichtlich.

   PATENT ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung eines Ferrits mit Isopermcharakter auf Eisen-Mangan-Zink Basis durch Sintern, bei dem von so reinen ferritbildenden Ausgangssubstanzen ausgegangen wird, dass in dem Ferrit nicht mehr als etwa 0,2 Gew.-% Gesamtverunreinigungen und davon höchstens etwa 0,03 Grew.-% Kieselsäure und höchstens je etwa 0,03 Gew.-% anderer störender Stoffe enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile der Ausgangssubstanzen durch einen Mischungsbereich im Dreistoffdiagramm festgelegt werden, der durch die Eckpunkte EMI4.2 <tb> <tb> 1. <SEP> 50 <SEP> Mol-% <SEP> Fe2O3, <tb> 24 <SEP> Mol-% <SEP> MnO, <tb> 26 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO, <tb> 2.52 <SEP> Mol-% <SEP> Feu, <tb> 16 <SEP> Mol-% <SEP> MnO, <tb> 32 <SEP> Mol-% <SEP> ZnO <SEP> sowie <tb> 3.

   <SEP> 57, <SEP> 5 <SEP> Mol-% <SEP> FeO, <SEP> <tb> 42,5 <SEP> Mol-% <SEP> MnO <SEP> <tb> beschrieben ist, dass diese Ausgangssubstanzen nach dem Mischen und vor der Endsinterung vorzugsweise vorgeglüht werden, und der gesinterteFerritkörper in einer nur wenig Sauerstoff enthaltenden inerten Gasatmosphäre, z. B. Stickstoff mit weniger als 0, 02 Vol. -0/0 Sauerstoff, abgekühlt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsoxyde nass, z. B. mittels einer Schwingmühle, gemischt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemischten Ausgangsoxyde bei einer Temperatur von 850 bis 950 C, vorzugsweise bei 9000, kurzzeitig, insbesondere Ih, vorgeglüht werden.

   4.. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der vorgeglühten und gemahlenen Mischung der Ausgangsoxyde gepressten Keme bei Temperaturen zwischen 1200 und 1350 C, vorzugsweise zwischen 1240 und 1320 C, eine bis 15h, vorzugsweise 2h in Luft, Stickstoff oder Luft-Stickstoff-Gemisch gesintert werden.

   5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keme bei Temperaturen zwischen 1200 und 13000C zuerst etwa 3 - 5h in Luft und anschliessend etwa 3 bis 12h in reinem Stickstoff gesintert werden.

   6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung in Stickstoff, der weniger als 0,5 Vol.-% Sauerstoff enthält, stufenweise zuerst rasch, vorzugsweise innerhalb 5 - 15 min, von Sintertemperatur auf 900 - 5000C und dann allmählich bis auf Zimmertemperatur vorgenommen wird.

   7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung langsam, vorzugsweise innerhalb 12-20h, in Stickstoff, der weniger als 0, 05 Vol.-% Sauerstoff enthält, vorgenommen wird.

   8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Er- EMI4.3 gewählt wird.

   9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer hohen Curietemperatur und einer hohen Sättigungsinduktion der ZnO-Anteil kleiner als 10 Mol-% gewählt wird. <Desc/Clms Page number 5>

   10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenoxyde mit tetraederförmiger Teilchenstruktur verwendet werden.