Isoliertes ferromagnetisches Pulver und Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung betrifft ein isoliertes, ferromagnetisches, feinkörniges Pulver für Massekerne, dessen Einzelteilchen mit einer Isolationsmasse überzogen sind, welche aus einem Bindemittel mit feinst zerkleinerten Beimengungen besteht und ein Verfahren zur Herstellung dieses Pulvers. Die aus dem Pulver hergestellten Massekerne können Ver- zvendung finden für die Herstellung von Induktionsspulen, Pupinspulen und andern elektrischen Apparaten.
Das mit Hilfe des neuen Verfahrens ge wonnene Pulver besitzt verschiedene fort schrittliche Eigenschaften, welche es für den genannten Verwendungszweck besonders ge eignet macht.
Gemäss neuzeitlicheren Erkenntnissen darf die Korngrösse des Metallpulvers unter Vor aussetzung einer Kugeligen Form wegen der Wirbelstrombildung keinen grösseren Durch messer als 0,2 Millimeter besitzen. Die Er findung ist daher auf feinkörnige Pulver- teilchen abgestellt, deren Volumen nicht grö sser als den einer Kugel von 0.2 Millimeter Durchmesser ist.
Die Bedingungen für eine gute Isolation liegen aber gerade bei kleinen und kleinsten Pulverteilchen besonders schwierig, zumal die Zahl der Isolationsstellen hierbei stark ansteigt, anderseits aber die Gesamtmenge des Isolationsmittels nur einen kleinen Bruchteil des ferromagnetischen Pulvers aus machen darf. Es sind deshalb Schwierig keiten zu überwinden, welche bei groben Tei len, zum Beispiel Schrott, Graneln oder der gleichen überhaupt nicht auftreten.
Das Pulver gemäss der Erfindung lässt sich, ohne dass die Isolation darunter leidet, mit sehr hohen Drücken, etwa 2.0-25000 Kilogramm per Quadratzentimeter zusam menpressen, auch wenn die ferromagnetische Substanz sehr hart ist und die Metallpulver- teilchen an sich nur in begrenztem Ausmass gerundet oder geglättet. sind. Dabei kann ferner die Stärke der Isola tionsschicht auf den einzelnen Pulverteilchen ausserordentlich dünn bemessen werden, so dass dieselbe auf das Volumen des ferromag- netischen Materials bezogen, nur etwa 5 bis 8 Prozent oder noch darunter beträgt.
Das Pulver ist daher zur Erzeugung von Kernen geeignet, welche bei Verwendung von reinem Eisenpulver und bei einer neuzeitlichen An sprüchen entsprechenden Isolation ein spezi fisches Gewicht von über 7 aufweisen. Bei Verwendung von Eisennickellegierungen liegt dieses, entsprechend dem höheren spezi fischen Gewicht des Nickels, noch höher.
Neuere Forschungen haben ergeben, dass die erzielbaren Hysteresewerte in einem ge wissen Zusammenhang mit der Grösse der auftretenden Wirbelstromverluste stehen. Dementsprechend gestattet das neue Pulver auch die Herstellung hystereseschwacher Kerne.
Man hat bereits eine ganze Reihe von Vorschlägen zur Isolierung ferromagnetischer Pulver für die Erzeugung von Pupinspulen- kernen gemacht.
Die bekannteste Methode besteht in der Überziehung der Pulver mit Harzen. Die damit hergestellten Isolationen erfordern je doch bei höheren Drucken eine besonders ge glättete Oberflächenbeschaffenheit des Me tallpulvers. Durch die geringe Druckfestig keit dieser Harze besteht ausserdem die Ge fahr, dass diese im Pressgang fortgedrückt werden. Andere Vorschläge gingen deshalb dahin, widerstandsfähige Trockensubstanzen als Isolation zu verwenden, zum Beispiel Glas, Glimmer, Tonerde und dergleichen in fein gemahlenem Zustande. Jedoch gelangte man auf diesem Wege nicht zu befriedigen den Resultaten.
Auch gelang es nicht, Isola tionsschichten in der gewünschten Feinheit zu erzeugen. Gleichzeitig treten auch uner wünschte Verschiebungen der Isolationsmasse im Kern auf, wodurch die Isolation beein trächtigt wurde. Auch Gemische flüssiger Isolationsmittel mit fein gepulverten festen Isolationsmitteln wurden bereits vorgeschla- gen, jedoch ohne dass damit besondere Erfolge erzielt wurden.
Zu den angegebenen Fortschritten ge langt man jedoch dadurch, dass als feiest zer kleinerte Beimengung zu dem Bindemittel der Isolationsmasse erfindungsgemäss faden- förmige Asbestteilchen in einer Dicke -von weniger als ein tausendstel Millimeter be nutzt werden. Durch sorgfältige Vermahlung gelingt es nämlich, Asbest in diesen Zustand ausserordentlicher Feinheit auch auf gross- fabrikatorischem Wege zu bringen. Die er zielbare Grössenordnung der Asbestteilchen liegt zwischen einigen zehntausendstel bis ein hunderttausendstel Millimeter.
Dabei ist man auch noch in der Lage, diesen Asbest teilchen eine gestreckte, also fadenförmige Form zu erteilen, welche sich bei der Isola tion der einzelnen kleinen Pulverteilchen vor teilhaft auswirkt.
Die Feinheit der Asbestteilchen kann man entsprechend der Grössenordnung der zu ver arbeitenden Metallpulverteilchen wählen. Gröbere Metallteilchen bedingen eine ge ringere Anzahl von Isolationsstellen. In folgedessen kann man ohne Steigerung der Gesamtmenge des Isolationsmittels die Dicke der einzelnen Isolationsschichten etwas stär ker bemessen innerhalb der angegebenen Grenze. Die Benutzung von Asbestteilchen, welche dicker sind als ein tausendstel Milli meter beeinträchtigt die Wirkungsweise, zu mal mit einer Übereinanderlagerung einzel ner Teilchen zu rechnen ist. Hingegen genügt es, wenn die Dicke bezw. der mittlere Durch messer der Asbestfäden die genannte ausser ordentliche Feinheit besitzt.
Ihre Längen ausdehnung kann unbeschadet der Wirkung grösser gehalten werden.
Die dünnen Asbestfäden besitzen die Eigenschaft der Biegsamkeit, so dass sie sich völlig an die Konturen des ferromagnetischen Pulvers anschmiegen und fester daran haften.
Die Asbestfädchen sind" da sie einen gro ssen Prozentsatz Kieselsäure enthalten, gegen über Druckbeanspruchungen sehr wider standsfähig, was sich beim Pressen des Pul- vors zu Kernen vorteilhaft geltend macht. Sie halten daher einen sehr hohen Druck aus, ehe sie zerquetscht werden. Alsdann ist aber bereits der Pressling so dicht geworden, dass keine hinreichend grossen Lücken mehr vor handen sind, in welche der Asbest hineinge drückt werden könnte. Das Auftreten dieser Erscheinung ist jedoch auch nur dann mög lich, wenn. die Isolierschichten bereits -von vornherein ausserordentlich dünn sind.
Bei Verwendung beispielsweise von Glaspulver, das man nur in wesentlich grösseren Körnun gen kennt, sind bei eintretender Zertrümme rung desselben die Lücken zwischen den Eisenpulverteilchen noch nicht soweit ge schlossen, dass ein Ausweichen der zersplit terten Glasteilchen nicht mehr möglich wäre.
Um nun ferner zu verhindern, dass die fei nen Asbestteilchen von vornherein sich zwi schen den Lücken der Eisenpulverteilchen, die ja wesentlich grösser sind, sammeln oder in diese bei Beginn der Pressung hineinge schoben werden, werden erstere mit Hilfe von Bindemitteln, Klebemitteln oder dergleichen an dem ferromagnetischen Pulver vor Beginn der Pressung dadurch gehaltert, dass die fadenförmigen Asbestteilchen mit einem Bindemittel und dem ferromagnetischen Pulver sorgfältig gemengt werden. Das so er haltene, breiförmige Gemenge wird nun ver fertigt, was durch Auftrocknen, Erstarren lassen des Bindemittels oder dergleichen er reicht werden kann.
Als Bindemittel können Lösungen ver schiedener Art, zum Beispiel Borax, sowie zum Beispiel auch Harze Verwendung fin den. Auch wässerige Lösungen können be nutzt werden, da die Bildung einer anhaften den dünnen Oxydhaut auf dem ferromag- netischen Pulver nur zur Erhöhung der T so- lation beiträgt. Im allgemeinen empfiehlt es sich, als Bindemittel eine isolierende Sub stanz zu verwenden.
Die Benutzung von Borax und andern salzartigen Substanzen, zum Beispiel Ka- liumsilicat, auch in wässeriger Lösung zum Isolieren ist bereits bekannt. Die Erzeugung einer fortschrittliche Ansprüche erfüllenden Isolation gelingt jedoch erst durch die gleich zeitige Benutzung des ausserordentlich f rin verteilten fadenförmigen Asbestes gemäss der Erfindung. Erst dadurch wird die Aus nutzung der an sich vorteilhaften Eigen schaften dieser salzartigen Isolationsmittel ermöglicht.
Unter dem Einfluss eines flüssigen Binde mittels lagern sich die ausserordentlich feinen Asbestteilchen willig an die ferromagne- tischen Pulverteilchen an. Infolge der Klein heit der Teilchen spielen hierbei bereits kapillare und Oberflächenkräfte eine bemer kenswerte Rolle.
Unter dem Einfluss der hohen, hier zur Anwendung kommenden Pressdrucke zeigt das Pulver beim Pressen im allgemeinen die Tendenz, senkrecht zum Pressdruck Fliess bewegungen bezw. Verschiebungen auszu führen. Diese üben eine zerstörende Wirkung auf die Isolationsschichten aus. Die gemäss der Erfindung benutzten Fäden oder Fasern besitzen jedoch eine erhebliche Widerstands fähigkeit, so dass die genannten schädlichen Erscheinungen wesentlich vermindert wer den. Besonders vorteilhaft wirkt sich dies aus bei Verarbeitung von ferromagnetischem Pulver, dessen einzelne Teilchen die Gestalt dünner Blättchen besitzen, welche besondere Neigung zur Ausführung solcher Bewegun gen zeigen.
Des weiteren hat die beschriebene Isola tion der Pulverteilchen gemäss der Erfindung auch noch den Vorzug, gegen ziemlich hohe Temperaturgrade widerstandsfähig zu sein, so dass man die damit gefertigten Kerne auch einer Temperaturbehandlung unterwerfen kann.
Endlich besitzt das nach der Erfindung hergestellte Pulver noch den weiteren Vor teil, dass es transportfähig ist, ohne dass eine Entmischung des ferromagnetischen Mate rials gegenüber dem Isolationspulver erfol- gen kann. Das letztere bleibt immer gleich mässig über das erstere verteilt, auch wenn das Material den Erschütterungen des Trans portes ausgesetzt wird.
Die Herstellung des neuen Pulvers sei durch ein Ausführungsbeispiel näher be schrieben.
1'00 Kilogramm gerundeten Eisenpulvers werden mit einer mittelst Alkohol stark ver dünnten Schellacklösung, welche 1 kg Trockensubstanz enthält, unter Zusatz von 2 kg des ausserordentlich fein zerkleinerten fadenförmigen Asbestpulvers sorgfältig ver rührt. Das ganze Gemenge wird dann im Ofen getrocknet. Das getrocknete Material wird wieder zu feinem Pulver zerrieben, so weit dies erforderlich ist. Das Verfahren kann auch in mehreren Stufen vorgenommen werden, indem dann zum Beispiel jeweils ent sprechend geringere Zusätze von Schellack und Asbest gewählt werden und die ganze Prozedur mehrfach wiederholt wird.
Man erhält auf diese einfache Weise ein isoliertes Pulver, welches die angegebenen vorzüglichen Eigenschaften besitzt.
Bei der ungeheuren Feinheit der Asbest teilchen schadet es nichts, wenn sich mehrere derselben übereinander lagern bezw. kreuzen. Man erhält dann ein Netzwerk von Asbest fädchen, welche gewissermassen einzelne fer- romagnetische Pulverteilchen umschliessen. Die Asbestteilchen, insbesondere aber ein solches Netzwerk, dienen auch gleichzeitig zur Stützung des Bindemittels, zum Beispiel des Schellacküberzuges während der Pres sung. Sie hindern diesen unter dem Einfluss des hohen Pressdruckes zu wandern.
Demge mäss tritt also eine wechselseitige Wirkung zwischen dem Bindemittel und dem Asbest ein. Einmal haltert das Bindemittel den Asbest, das andere Mal verhindert der Asbest das Bindemittel am Fortfliessen.
Insulated ferromagnetic powder and process for its manufacture. The invention relates to an isolated, ferromagnetic, fine-grained powder for mass cores, the individual particles of which are coated with an insulating mass, which consists of a binding agent with finely comminuted admixtures, and a method for producing this powder. The mass cores produced from the powder can be used for the production of induction coils, Pupin coils and other electrical devices.
The powder obtained with the help of the new process has various progressive properties, which make it particularly suitable for the stated purpose.
According to more recent findings, the grain size of the metal powder, assuming a spherical shape, must not have a diameter greater than 0.2 millimeters due to the formation of eddy currents. The invention is therefore based on fine-grain powder particles, the volume of which is no greater than that of a sphere 0.2 millimeters in diameter.
However, the conditions for good insulation are particularly difficult with small and very small powder particles, especially since the number of insulation points increases sharply, but on the other hand the total amount of the insulation agent may only make up a small fraction of the ferromagnetic powder. There are therefore difficulties to be overcome which do not occur at all with large parts, for example scrap, granules or the like.
The powder according to the invention can be pressed together at very high pressures, about 2.0-25000 kilograms per square centimeter, without the insulation being impaired, even if the ferromagnetic substance is very hard and the metal powder particles are only rounded to a limited extent or smoothed. are. Furthermore, the thickness of the insulation layer on the individual powder particles can be made extremely thin, so that it is only about 5 to 8 percent or less in relation to the volume of the ferromagnetic material.
The powder is therefore suitable for the production of cores which, when using pure iron powder and with modern insulation, have a specific weight of over 7. If iron-nickel alloys are used, this is even higher, corresponding to the higher specific weight of the nickel.
Recent research has shown that the achievable hysteresis values are related to the magnitude of the eddy current losses that occur. Accordingly, the new powder also allows the production of low-hysteresis cores.
A whole series of proposals have already been made for the isolation of ferromagnetic powders for the production of Pupin coil cores.
The best known method consists in coating the powder with resin. The insulation produced with it, however, require a particularly smooth surface texture of the metal powder at higher pressures. Due to the low compressive strength of these resins, there is also the risk that they will be pushed away in the pressing process. Other proposals have therefore been to use resistant dry substances as insulation, for example glass, mica, clay and the like in a finely ground state. However, the results were not satisfactory in this way.
It was also not possible to produce insulation layers of the desired fineness. At the same time, unwanted shifts in the insulation material occur in the core, which impaired the insulation. Mixtures of liquid isolating agents with finely powdered solid isolating agents have also been proposed, but without any particular success.
The indicated advances are achieved, however, in that thread-like asbestos particles in a thickness of less than a thousandth of a millimeter are used as a finely crushed admixture to the binding agent of the insulation mass. Careful grinding makes it possible to bring asbestos into this state of extraordinary fineness even on a large scale. The achievable size of the asbestos particles is between a few ten thousandths to one hundred thousandth of a millimeter.
You are also able to give these asbestos particles a stretched, so thread-like shape, which has a beneficial effect on the isolation of the individual small powder particles.
The fineness of the asbestos particles can be selected according to the size of the metal powder particles to be processed. Larger metal particles require a lower number of isolation points. As a result, you can measure the thickness of the individual insulation layers somewhat stronger within the specified limit without increasing the total amount of insulation. The use of asbestos particles that are thicker than a thousandth of a millimeter impairs the effectiveness of the system, since individual particles are likely to be superimposed. On the other hand, it is sufficient if the thickness or the mean diameter of the asbestos threads has the aforementioned extraordinary fineness.
Their length expansion can be kept larger without prejudice to the effect.
The thin asbestos threads have the property of flexibility, so that they fit completely to the contours of the ferromagnetic powder and adhere to it more firmly.
The asbestos threads are "because they contain a large percentage of silica, very resistant to pressure loads, which is advantageous when the powder is pressed into cores. They can therefore withstand a very high pressure before they are crushed. Then However, the pellet has already become so tight that there are no longer sufficiently large gaps into which the asbestos could be pushed. This phenomenon is only possible if the insulating layers are extremely thin from the start .
If, for example, glass powder is used, which is only known in much larger grain sizes, when the same occurs, the gaps between the iron powder particles are not yet closed to such an extent that it would no longer be possible for the broken glass particles to evade.
In order to prevent the fine asbestos particles from collecting between the gaps in the iron powder particles, which are much larger, or being pushed into them at the start of the pressing, the former are started with the help of binders, adhesives or the like the ferromagnetic powder is held before the start of pressing by carefully mixing the thread-like asbestos particles with a binder and the ferromagnetic powder. The so he kept, pulp-shaped mixture is now manufactured ver, which can be enough by drying, solidifying the binder or the like.
Solutions of various types, for example borax, and also, for example, resins can be used as binders. Aqueous solutions can also be used, as the formation of a thin oxide skin adhering to the ferromagnetic powder only increases the temperature. In general, it is advisable to use an insulating substance as a binder.
The use of borax and other salt-like substances, for example potassium silicate, also in aqueous solution for insulation is already known. The production of an insulation which fulfills progressive requirements is only possible through the simultaneous use of the extremely thinly distributed thread-like asbestos according to the invention. Only then is it possible to utilize the inherently advantageous properties of this salt-like insulation medium.
Under the influence of a liquid binding agent, the extremely fine asbestos particles willingly attach to the ferromagnetic powder particles. Due to the small size of the particles, capillary and surface forces already play a notable role.
Under the influence of the high pressures used here, the powder generally shows the tendency to flow movements perpendicular to the press pressure. Execute shifts. These have a destructive effect on the insulation layers. The threads or fibers used according to the invention, however, have a considerable resistance, so that the harmful phenomena mentioned are significantly reduced. This is particularly advantageous when processing ferromagnetic powder, the individual particles of which have the shape of thin flakes, which show a particular tendency to execute such movements.
Furthermore, the described insulation of the powder particles according to the invention also has the advantage of being resistant to fairly high degrees of temperature, so that the cores produced therewith can also be subjected to a temperature treatment.
Finally, the powder produced according to the invention has the further advantage that it can be transported without the ferromagnetic material separating from the insulating powder. The latter always remains evenly distributed over the former, even if the material is exposed to the vibrations of the transport.
The production of the new powder will be described in more detail by an exemplary embodiment.
1'00 kilograms of rounded iron powder are carefully mixed with a shellac solution diluted with alcohol and containing 1 kg of dry substance, with the addition of 2 kg of the extremely finely comminuted, thread-like asbestos powder. The whole mixture is then dried in the oven. The dried material is ground to a fine powder again as far as necessary. The process can also be carried out in several stages, in that, for example, correspondingly lower additions of shellac and asbestos are selected and the entire procedure is repeated several times.
In this simple manner, an isolated powder is obtained which has the stated excellent properties.
With the immense fineness of the asbestos particles, it doesn't do any harm if several of them are superimposed or cross. A network of asbestos threads is then obtained, which to a certain extent enclose individual ferromagnetic powder particles. The asbestos particles, but in particular such a network, also serve at the same time to support the binding agent, for example the shellac coating, during the pressing. They prevent it from migrating under the influence of the high pressure.
Accordingly, there is a reciprocal effect between the binder and the asbestos. Once the binder holds the asbestos, the other time the asbestos prevents the binder from flowing away.