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BREVET D'INVENTION Procédé pour la fabrication de noyaux magnétiques.
Jusqu'à présent la fabrication de noyaux magné- tiques pour la construction de bobinages à haute fréquence, notamment pour les appareils de radio-communication, s'ef- fectuait de telle sorte qu'une poudre magnétique finement di- visée et mélangée avec des liants, par exemple aveo les pro- duits de condensation du phénol et du formaldehyde, de la gomme-laque, pour en former des noyaux par pressage. Ce pro- cédé ne produisait que des noyaux de structure non homogène
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et ayant des pertes importantes, variables pour chacun de ceux-ci. On a cherché à surmonter ces difficultés en dispo- sant librement, dans les récipients isolants, une poudre magnétique dont chacune des particules était isolée séparé- ment pour appliquer ensuite les enroulements autour de ce récipient.
De telles bobines présentaient bien de faibles pertes, mais aussi une perméabilité réduite, et surtout leurs caractéristiques électriques se trouvaient modifiées par suite des chocs subis. Ces noyaux ne satisfaisaient donc pas aux conditions posées. Des résultats utilisables en pratique ont été obtenus par un procédé suivant lequel on réalisait une substance disposée par couches, obtenue en plongeant des bandes de papier dans des émulsions de fer, les noyaux nécessaires étant découpés ensuite dans ces feuilles super- posées ; mais les particularités de ce procédé ne permettai- ent pas de fabriquer directement des noyaux, ceux-ci devant être constitués par un empilage de feuilles découpées dans les bandes, ce qui constitue une opération ldngue et conduit par ailleurs à des pertes de matière.
La présente invention a pour objet la fabrication directe de noyaux compacts, non constituée par des couches, et présentant des qualités bien définies, savoir une permé- abilité plus élevée par suite de la séparation des couches isolantes complémentaires et une plus grande absence de per- tes. L'invention consiste en un procédé suivant lequel les particules magnétiques sont disposées très rapprochées les unes des autres en formant simultanément entre les particules une pellicule isolante uniforme, de sorte que l'ensemble forme un solide de stabilité mécanique satisfaisant et éga- lement insensible aux influences de température.
La mise en oeuvre de ce procédé s'effectue de la manière suivante : Des
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particules magnétiques, à faibles pertes de structure magné- tique appropriée et de surface présentant une courbure pré- férablement uniforme (du fer carbonyle par exemple) et une dimension appropriée (inférieure à 20 microns) sont mé- langées avec des solvants volatils et avec des isolants solides dissous dans ces solvants, puis solidifiés en éva- porant le solvant,, Après évaporation du solvant, le liant isolant subsiste entre les particules et se contracte encore notablement lors du déséchage ultérieur. On obtient ainsi, sans recourir à des effets mécaniques, un rapprochement aussi intime que possible des particules.
Les matières iso- lantes dissoutes dans le solvant s'appliquent sur les par- tioules magnétiques en une couohe mince telle qu'il ne puisse y avoir de contaot métallique entre particules.
Un certain inconvénient de ces noyaux réside en- core dans le fait qu'ils exigent une durée de séchage notable et qu'il est difficile de sortir le noyau de son moule. Conformément à l'invention, on effectuera préférable- ment un séchage préalable du mélange de poudre magnétique, jusqu'à ce qu'il présente une consistance assez épaisse pour le solidifier, pour le comprimer ensuite par pressage, et n'est qu'ensuite soumis au séchage ultérieur. On peut ainsi réaliser une réduction considérable de la durée de séchage, et la difficulté de dégagement du noyau hors de son moule, se trouve supprimée. L'opération est favorisée par l'emploi de particules sans arêtes vives, présentant une surface de courbure uniforme ou arrondie, ou en produisant par oxyda- tion une pellicule isolante complémentaire mince et solide sur chaque particule.
Cette oxydation s'effectue préférable- ment par un recuit de la poudre en la chauffant à l'air libre,
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lentement, jusqu'à une température de 240 à 300 C., en la maintenant constamment en mouvement. Pour éviter d'avoir une couche d'oxyde trop épaisse qui entrainerait une diminution de l'imperméabilité, il y a avantage à ne pousser le chauf- fage que jusqu'au point auquel les particules de fer pré- sentent la teinte de revenu jaune.
Comme liant isolant on utilisera préférablement des mélanges d'hydrocarbures très volatil (cétones, esters, dérivés de glycol, acétales et analogues) dans lesquels on dissout 5 à 10% de constituants solides (préférablement de la cellulose à viscosité élevée additionnée de résins et de faibles quantités de plastifi- ants. ) Les proportions du mélange seront avantageusement choisies de telle sorte que la composition terminée contient 90% en poids de poudre magnétique, 9% en poids de solvant et 1% en poids d'isolant solide. Le mélange de la poudre mag- nétique avec l'isolant peut s'effectuer de différentes ma- nières, par exemple en versant l'isolant sur la poudre, en le mélangeant, en l'agitant, etc. La formation s'effectue préférablement en introduisant le mélange dans les moules creux.
Après moulage des noyaux il est nécessaire de procé- der à un séchage prolongé pouvant aller jusqu'à plusieurs jours suivant la section du noyau, à des températures de 20 à 4000. La durée de séchage peut être réduite en tra- vaillant sous vide. Par ailleurs une diminution de la durée de séchage peut être obtenue par le séchage préalable ci- dessus mentionné.
A la fin de l'opération de séchage ci-dessus décrite, on procédera avantageusement à un chauffage des noyaux pendant plusieurs heures à des températures de 80 à 100 C., ce qui produit une amélioration et une stabilisation complémentaire des qualités des noyaux; cela semble dû au
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fait qu'après expulsion totale des constituants volatils par le séchage préalable, les derniers résidus des solvants disparaissent aux températures plus élevées, et surtout au fait qu'il se produit un retrait considérable des isolants solides en suspension dans le solvant, retrait qui provoque une cohésion encore plus intime des particules.
Ce séchage complémentaire entraine un renforcement mécanique et une aug- mentation de la perméabilité, et les noyaux ainsi traités présentent des qualités entièrement indépendantes de la tem- pérature et rigoureusement constantes. La cohésion intime des particules, sans endommager la pellicule isolante, au moyen de liants présentant du retrait, ainsi que le séchage complémentaire (durcissement) des noyaux à température éle- vée forment les caractéristiques essentielles de l'invention.
La fig. 1 montre quelques particules d'un noyau magnétique de ce genre. Les noyaux en fer 1 comportent une pellicule d'oxyde individuelle 2, et sont rapprochés et maintenus ensemble au moyen de liants isolants 3 présentant du retrait.
On va donner ci-après quelques modes de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention:
Comme le montre la fig. 2, la poudre magnétique 4 est versée dans un moule 7 correspondant à la forme du noyau à obtenir, puis est tassée par des secousses métho- diques, par des chocs appliqués sur le moule ou par des moyens analogues; on verse ensuite sur la poudre le liant isolant 6 à l'aide d'un récipient 5. Ce liant pénètre dans la poudre magnétique 4 et produit, après séchage de celle- ci, la solidification de cette poudre pour former un noyau résistant.
Dans ce procédé on peut aussi utiliser de la
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poudre magnétique à particules non arrondies et ne pré- sentant que la pellicule d'oxyde naturel. la fig. 3 montre un autre mode de mise en oeuvre du procédé. la poudre magnétique préférablement revenue à couleur jaune est tout d'abord mélangée au liant isolant dans un récipient 9 pour former une masse sirupeuse 8, puis l'émulsion magnétique ainsi préparée est versée dans un moule 10 de forme correspondant à celle du noyau à obtenir.
Afin d'obtenir un mélange intime et pour éviter tout dépôt des particules magnétiques plus lourdes, il est nécessaire de maintenir l'homogénéité de la pâte ferreuse 8 dans le récipient 9, par une rotation continue du récipient, par malaxage ou par des moyens analogues.
Le choix de la matière constitutive des moules présente certaines difficultés; en effet, cette matière doit être suffisamment poreuse pour permettre un séchage aussi rapide que possible des noyaux, mais d'autre part il faut éviter toute adhérence de la pièce moulée sur le moule et il faut que le noyau terminé puisse être facilement enlevé du moule.
On a constaté qu'il était avantageux d'employer des moules élastiques en masses gélatineuses additionnées de glycérine par exemple, ou en plaques de caoutchouc, celle-ci étant revêtues de couches protectrices de gélatine pour éviter leur attaque par les solvants.
On peut aussi mouler la pâte de poudre magnétique dans des moules à paroi mince, constitués par des bandes de papier, de la gélatine ou des substances analogues et qui subsistent autour du noyau.
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Un autre procédé que représente la fig. 4, con- siste à revêtir une pièce 14, contenant le bobinage 15, d'un revêtement magnétique, en la plongeant dans un récipient 16 contenant la pâte terreuse. Cette opération devra être repe- tée à plusieurs reprises jusqu'à ce que la pièce 14 pré- sente une couche magnétique suffisamment épaisse.
On a constaté qu'un noyau présentant la forme des figures 5a et 5b, était particulièrement avantageux; ce noyau est réalisé en deux moitiés symétriques 11 et 12, en forme de cuvette ronde, ces moitiés étant assemblées pour constituer un noyau magnétique enfermant entièrement l'en- roulement 13. Il est évident que toute autre forme de noyau pourra être réalisée d'après ce procédé.
Le noyau terminé pourra être revêtu d'une couche protectrice isolante par trempage ou autrement, cette couche augmentant la résistance mécanique du noyau et empêchant l'enlèvement par frottement de la matière isolante et l'ab- sorption d'humidité.
L'entrefer existant entre les demi-noyaux peut alors être utilisé simultanément pour régler la valeur du coefficient de self-induction. Pour empêcher la production de courants de Foucault, on pourra prévoir dans un noyau de ce type dit "en cuvette", une ou plusieurs interruptions électriques radiales, par exemple des fentes d'air.
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PATENT OF INVENTION Process for the manufacture of magnetic cores.
Until now, the manufacture of magnetic cores for the construction of high frequency coils, in particular for radio communication devices, has been carried out in such a way that a magnetic powder finely divided and mixed with particles. binders, for example with the condensation products of phenol and formaldehyde, of shellac, to form nuclei by pressing. This process only produced nuclei of non-homogeneous structure.
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and having significant losses, varying for each of these. It has been sought to overcome these difficulties by freely disposing, in the insulating containers, a magnetic powder, each of the particles of which was isolated separately, in order then to apply the coils around this container.
Such coils did indeed exhibit low losses, but also reduced permeability, and above all their electrical characteristics were modified as a result of the shocks undergone. These cores therefore did not meet the conditions set. Results which can be used in practice have been obtained by a process according to which a substance arranged in layers, obtained by immersing strips of paper in iron emulsions, is produced, the necessary cores then being cut from these superposed sheets; but the peculiarities of this process do not allow cores to be manufactured directly, these having to be constituted by a stack of sheets cut from the strips, which constitutes an operation ldngue and also leads to losses of material.
The object of the present invention is the direct manufacture of compact cores, not constituted by layers, and having well-defined qualities, namely a higher permeability as a result of the separation of the complementary insulating layers and a greater absence of permeability. your. The invention consists of a process according to which the magnetic particles are arranged very close to each other while simultaneously forming a uniform insulating film between the particles, so that the whole forms a solid of satisfactory mechanical stability and also insensitive to temperature influences.
The implementation of this process is carried out as follows:
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magnetic particles, low loss of suitable magnetic structure and surface having a preferably uniform curvature (carbonyl iron for example) and a suitable size (less than 20 microns) are mixed with volatile solvents and with solid insulators dissolved in these solvents and then solidified by evaporating the solvent. After evaporation of the solvent, the insulating binder remains between the particles and still contracts considerably on subsequent drying. One thus obtains, without resorting to mechanical effects, as close as possible of the particles.
The insulating materials dissolved in the solvent are applied to the magnetic particles in a thin layer such that there can be no metallic contaot between particles.
A certain drawback of these cores still resides in the fact that they require a considerable drying time and that it is difficult to remove the core from its mold. In accordance with the invention, the magnetic powder mixture will preferably be dried beforehand, until it has a consistency thick enough to solidify it, then to compress it by pressing, and only then subjected to subsequent drying. It is thus possible to achieve a considerable reduction in the drying time, and the difficulty of freeing the core from its mold is eliminated. The operation is aided by the use of particles without sharp edges, having a uniform or rounded surface of curvature, or by producing by oxidation a complementary thin and solid insulating film on each particle.
This oxidation is preferably carried out by annealing the powder by heating it in the open air,
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slowly, up to a temperature of 240-300 C., keeping it constantly in motion. To avoid having too thick an oxide layer which would lead to a decrease in impermeability, it is advantageous to only increase the heating to the point at which the iron particles present the yellow tempered tint. .
As insulating binder, mixtures of very volatile hydrocarbons (ketones, esters, glycol derivatives, acetals and the like) in which 5 to 10% of solid constituents are dissolved (preferably high viscosity cellulose with the addition of resins and resin) will preferably be used. small amounts of plasticizers.) The proportions of the mixture will be advantageously chosen such that the finished composition contains 90% by weight of magnetic powder, 9% by weight of solvent and 1% by weight of solid insulator. The mixing of the magnetic powder with the insulator can be carried out in various ways, for example by pouring the insulator onto the powder, mixing it, stirring it, and so on. The formation is preferably carried out by introducing the mixture into the hollow molds.
After molding of the cores it is necessary to carry out a prolonged drying of up to several days depending on the section of the core, at temperatures of 20 to 4000. The drying time can be reduced by working under vacuum. Furthermore, a reduction in the drying time can be obtained by the above-mentioned prior drying.
At the end of the drying operation described above, the cores will advantageously be heated for several hours at temperatures of 80 to 100 ° C., which produces an improvement and a complementary stabilization of the qualities of the cores; it seems due to
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fact that after total expulsion of the volatile constituents by the preliminary drying, the last residues of the solvents disappear at higher temperatures, and above all due to the fact that there is a considerable shrinkage of the solid insulators in suspension in the solvent, shrinkage which causes a even more intimate cohesion of the particles.
This additional drying leads to mechanical reinforcement and an increase in permeability, and the cores thus treated exhibit qualities which are entirely independent of temperature and strictly constant. The intimate cohesion of the particles, without damaging the insulating film, by means of binders exhibiting shrinkage, as well as the additional drying (hardening) of the cores at high temperature, form the essential characteristics of the invention.
Fig. 1 shows some particles of such a magnetic core. The iron cores 1 have an individual oxide film 2, and are brought together and held together by means of insulating binders 3 exhibiting shrinkage.
Some embodiments of the method which is the subject of the invention will be given below:
As shown in fig. 2, the magnetic powder 4 is poured into a mold 7 corresponding to the shape of the core to be obtained, then is compacted by methodical shocks, by shocks applied to the mold or by similar means; the insulating binder 6 is then poured onto the powder using a container 5. This binder penetrates into the magnetic powder 4 and produces, after drying thereof, the solidification of this powder to form a resistant core.
In this process it is also possible to use
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magnetic powder with unrounded particles showing only the natural oxide film. fig. 3 shows another embodiment of the method. the magnetic powder preferably returned to yellow color is first of all mixed with the insulating binder in a container 9 to form a syrupy mass 8, then the magnetic emulsion thus prepared is poured into a mold 10 of shape corresponding to that of the core to be obtained .
In order to obtain an intimate mixture and to avoid any deposit of the heavier magnetic particles, it is necessary to maintain the homogeneity of the ferrous paste 8 in the container 9, by continuous rotation of the container, by mixing or by similar means. .
The choice of the constituent material of the molds presents certain difficulties; in fact, this material must be sufficiently porous to allow the cores to dry as quickly as possible, but on the other hand it is necessary to avoid any adhesion of the molded part on the mold and it is necessary that the finished core can be easily removed from the mold .
It has been found that it is advantageous to use elastic molds in gelatinous masses with added glycerin, for example, or in rubber plates, the latter being coated with protective layers of gelatin to prevent their attack by solvents.
The paste of magnetic powder can also be molded in thin-walled molds, formed by strips of paper, gelatin or the like and which remain around the core.
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Another method shown in FIG. 4, consists in coating a part 14, containing the coil 15, with a magnetic coating, by immersing it in a container 16 containing the earthy paste. This operation will have to be repeated several times until the part 14 presents a sufficiently thick magnetic layer.
It has been found that a core having the shape of Figures 5a and 5b, is particularly advantageous; this core is made in two symmetrical halves 11 and 12, in the shape of a round cup, these halves being assembled to constitute a magnetic core entirely enclosing the winding 13. It is obvious that any other form of core could be produced from after this process.
The finished core may be coated with an insulating protective layer by dipping or otherwise, this layer increasing the mechanical strength of the core and preventing the frictional removal of the insulating material and the absorption of moisture.
The air gap existing between the half-cores can then be used simultaneously to adjust the value of the self-induction coefficient. In order to prevent the production of eddy currents, one or more radial electrical interruptions, for example air slots, can be provided in a core of this type called "bowl".