CH287007A - Magnetisches Material und Verfahren zu dessen Herstellung. - Google Patents

Description

  <B>Magnetisches Material und Verfahren zu dessen Herstellung.</B>    Aus     eNaturwissenschaften 26    (1938) Seite  431 ist bekannt, dass die Verbindung       Li20    - 5     Fe203     stark magnetisch ist und in bezug auf ihre  Kristallform dem     Spinelltyp    sehr nahekommt.  Als     Curiepunkt    dieser Verbindung wird in der  Literatur (siehe     Hilpert,        Hoffmann    und Huch,       Ber.72,    848, 1939) ein Wert von 637  C an  gegeben, der deshalb zu niedrig sein dürfte,  weil das betreffende Präparat unrein war.  Neuere Messungen ergaben für ein reines Prä  parat einen     Curiepunkt    von 680  C.

   Die be  treffende Verbindung hat einen besonders  hohen Gehalt an dreiwertigem Eisen und  kann als in der Weise entstanden angenom  men werden, dass in einem kubischen     Ferrit          mIIFe2        IIIo4,    das     mII    gegen     Y2MI    +     y2MIII          (MI,        MII    und     MIII    bezeichnen hier ein einwer  tiges bzw. zweiwertiges und dreiwertiges Me  tall) ausgewechselt wird. Mit Rücksicht dar  auf wird nachstehend für diese Verbindung  die Formel     Li""Fe"204    verwendet. Es zeigte  sich, dass die Verbindung eine verhältnis  mässig hohe magnetische Sättigung hatte.

   Es  wurde z. B.     or20      C = 65 und     a    183   C = 73  gefunden (darin bezeichnen     Q.,o      C und     u        1",'C     die in e. g. s. je Gramm bei     +    20  C     bzw.     -183  C ausgedrückte magnetische Sätti  gung). Dagegen ist die     Anfangspermeabilität     bei Zimmertemperatur verhältnismässig nied  rig, und zwar 20 bis 40, in Abhängigkeit von  dem durchgeführten Herstellungsverfahren.

      Gemäss der Erfindung ist nun gefunden  worden, dass die magnetischen Eigenschaften  des     Li,,"Fe2,"204    durch     Mischkristallbildung     mit     Zinkferrit    wesentlich verbessert werden  können. Nicht nur wird infolgedessen, bei im  übrigen     ungeänderten    Reaktionsbedingun  gen, während der Herstellung die Anfangs  permeabilität wesentlich erhöht, sondern,  wenn nicht mehr     Zinkferrit    zugesetzt wird, als  zur Bildung eines Produktes mit einer Zu  sammensetzung von 50     Mol%        Li,,3Fe2,1P4    auf  50     Mol%        ZnFe204    erforderlich ist, auch die  magnetische Sättigung.

   Mit Rücksicht dar  auf bezieht sich die Erfindung auf ein magne  tisches Material aus Mischkristallen mit     Spi-          nellstruktur,    die mindestens zum grössten  Teil aus den Verbindungen     Li,,'Fe2y"04    und       ZnFe204    bestehen. Es ist klar, dass einige  Verunreinigungen vorhanden sein können. So  kann z. B. im Mischkristall     Titandioxyd    vor  handen sein. Dieser Stoff ist an sich     unmagne-          tisch    und stört, falls nur in geringer Menge an  wesend,     diemagnetischenEigenschaftennicht     in     erheblichem    Masse.

   Im allgemeinen sind  aber in diesen magnetischen Materialien mit       Spinellstruktur        (ferritartige        Materialien)    nur  geringe Mengen von Verunreinigungen er  träglich, ohne die magnetischen Eigenschaf  ten ernstlich zu beeinträchtigen. Die betref  fenden Werkstoffe zeichnen sich nicht nur  durch die bereits erwähnten günstigen Eigen  schaften, sondern auch durch ihre durchaus  geringen Verluste bei besonders hohen Fre-           quenzen,    z. B. 10 MHz und mehr, aus. Es  wurde z.

   B. für einen aus 60     Mol%        Li,,.-Fe2,j204     und 40     Mol%        ZnFe204    bestehenden Misch  kristall bei einer     Anfangspermeabilität    von  107 ein Verlustfaktor     tgö    (gemessen an einem  ringförmigen, massiven     Kern.    aus dem Mate  rial, die Verluste der Spule nicht mitgerech  net) von 0,06 bei einer Frequenz von     10,2MHz     gefunden.

      Die Herstellung des vorstehend erwähn  ten     Materials    wird     zweckmässigerweise    derart  durchgeführt, dass ein Sublimieren des ver  hältnismässig flüchtigen     Lithiumoxyds    weit  gehend verhütet     wird.    Mit Rücksicht darauf  ist es empfehlenswert, von einer     Lithiumver-          bindung    auszugehen, die sich bei niedriger  Temperatur bilden kann und in der das     Li-          thiumoxyd    eine geringe Dampfspannung hat.  Eine solche Verbindung ist unter anderem das       LiFe02,    das sich z.

   B. in der Weise herstellen  lässt, dass annähernd     äquimolekulare    Mengen  einer     Lithiumverbindung,    die bei Erhitzung       Lithiumoxyd    bilden kann, z. B.     Lithiumcar-          bonat,    und     Ferrioxyd    in feinzerteiltem Zu  stand auf eine Temperatur von etwa 700  C  erhitzt werden. Auch kann man     y-Fe203    bei  einer Temperatur zwischen 400 und<B>500'</B> C  mit     einem        Stoff    zur Reaktion bringen, aus  dem sich bei dieser Temperatur     Lithiumoxyd     bilden kann, z.

   B. mit     Lithiumcarbonat.    Das  so entstandene     LiFe02    wird darauf mit Zink  oxyd und     Ferrioxyd    gesintert. In gewissen  Fällen ist dabei ein geringer Überschuss an       LiFe02    mit Bezug auf den erwünschten     Li-          thiumgehalt    des Endproduktes erforderlich,  und zwar mit Rücksicht auf eine etwaige Ver  dampfung einer geringen Menge des     Lithium-          oxyds    während des     Sintervorganges.     



  Ungeachtet des ausgeübten Herstellungs  verfahrens ist es stets empfehlenswert, zu  mindest die     Endsinterung    in     Sauerstoff    oder  in einer     sauerstoffreichen    Gasatmosphäre  durchzuführen, da auf diese Weise Präparate  mit Mindestverlusten entstehen. Diese     End-          sinterung    wird ausserdem vorzugsweise bei  einer Temperatur zwischen 1050 und 1200  C  durchgeführt.    Die Herstellung des Materials gemäss der  Erfindung wird an Hand nachfolgender Aus  führungsbeispiele näher erläutert.  



  <I>Beispiel I:</I>  74 g (1     Mol)        Lithiumcarbonat    wird drei  Stunden in einer Eisenmühle mit 160 g (1     Mol)          Ferrioxyd    unter Benzol gemahlen. Darauf  wird das Benzol beseitigt. und das Gemisch  aus     Lithiumcarbonat    und     Ferrioxyd    5 Stun  den auf 700  C erhitzt, wodurch sich eine Ver  bindung     LiFe02    ergibt, die als     Rohstoff    zur  Bereitung der Mischkristalle aus     Li,;,Fe2"$O4     und     ZnFe204    dient.  



  Zur Herstellung des     Li",Fe2,;=04    wird ein  Gemisch aus     LiFe02    und     Fe203    in einem Mo  lekularverhältnis von 1:2 unter Benzol ge  mahlen; das Benzol wird beseitigt und das  Gemisch aus den beiden festen     Stoffen    wird  4 Stunden auf 700  C an der Luft erhitzt.  33,7 g des so entstandenen     Li""Fe2,"04    wird  mit 7,15 g Zinkoxyd und 14,8 -g     Ferrioxyd     3 Stunden unter Alkohol gemahlen; der Al  kohol wird beseitigt und das Gemisch aus den  festen Stoffen wird 51/2 Stunden an der Luft  auf einer Temperatur von<B>700</B> bis<B>720'</B> C er  hitzt.

   Nach Kühlung wird das Reaktionspro  dukt, das annähernd eine Zusammensetzung  von 65     Mol%        Li",Fe2""04    auf 35     Mol%        ZnFe204     hat, in Form eines kleinen Ringes gepresst,  der darauf 5 Stunden in Sauerstoff auf einer  Temperatur von 1100  C erhitzt und darauf  langsam gekühlt wird. Das entstandene Prä  parat hat eine     Anfangspermeabilitätpo    von 92.

    Der Quotient     ty        aa        ydes    Verlustfaktors     tg    b  o  (wie vorstehend definiert) und der Anfangs  permeabilität     ,uo,    beide bei einer Frequenz  von 1 MHz gemessen, beträgt etwa 0.5 X 10-4,  während     fo,    d. h. die Frequenz, bei der     tg    8  den Wert 0,06 erreicht, 13,5 MHz ist.  



  Der     Curiepunkt    des Präparates liegt bei  385  C. Unter      Curiepunkt     ist hier sowie in  den nachfolgenden Beispielen der sogenannte        ,uo-Curiepunkt     zu verstehen, d. h. die Tem  peratur, bei welcher die     Anfangspermeabili-          tät    einen Wert von etwa 10% ihres maxima  len Wertes erreicht hat, d. h. die Temperatur,      bei welcher ein     ferromagnetisches    Material in  einen für praktische Zwecke als     unmagnetisch     aufzufassenden Zustand übergeht.

   Dieser     pp-          Curiepunkt    liegt im allgemeinen einige zehn  Grade niedriger als der     a-Curiepunkt,    d. h. die  Temperatur, bei der die     ferromagnetische    Sät  tigung verschwindet.    <I>Beispiel</I>     II:          LiFe02    wird in der Weise hergestellt, dass       Lithiumcarbonat    und Eisenoxyd unter Ben  zol zusammen gemahlen und nach Beseitigung  des Benzols 5 Stunden an der Luft auf 700  C  erhitzt werden.

   Darauf wird ein Gemisch aus       LiFe02,    Zinkoxyd und Eisenoxyd in einem       Molekularverhältnis    von etwa 9:22:40 ge  mahlen, um bei der darauf erfolgenden     Sin-          terung    eine     Mischkristallmasse    mit einem Ver  hältnis von 55     Mol /o        Zinkferrit    auf 45     Mol%          Li,;,Fe2,"04    herzustellen. Das Gemisch wird  darauf 2 Stunden auf 800  C an der Luft vor  geheizt und nach Kühlung unter Alkohol ge  mahlen.

   Nach Beseitigung des Alkohols wird  unter einem Druck von 1,5     Tonne/cm2    ein  Ring gepresst, und dieser wird 2 Stunden bei  1200  C in Sauerstoff gesintert und darauf  langsam gekühlt. Es ergibt sich ein besonders  gut gesintertes Präparat mit einer Anfangs  permeabilität     ,u.    von 307 : der Wert des Quo  tienten
EMI0003.0021  
   (siehe Beispiel 1), gemessen bei  einer Frequenz von 1 MHz, beträgt etwa 10-4  und     f6    = 1.5 MHz. Der     Curiepunkt    liegt bei  255 C.  



  <I>Beispiel</I>     11I:     Ein Gemisch aus     Lithiumearbonat,    Zink  oxyd und Eisenoxyd wird in einem     Moleku-          larverhältnis    von 3:4:l9 (wobei wieder ein  geringer Überschuss an     Lithiumcarbonat    vor  gesehen wird) unter Benzol gemahlen, damit  sich bei der     Endsinterung    eine Mischkristall  masse mit einer Zusammensetzung von  25     Mol /,        Zinkferrit    auf 75     Mol ,,,        Li,        =Fe2,"04     ergibt.

   Nach Beseitigung des Benzols wird  das Gemisch in 5,5 Stunden an der Luft auf  <B>750'</B> C erhitzt, darauf wird mittels eines     Druk-          kes    von 1,5 Tonne/     cm2    ein Ring gepresst und  dieser wird 4 Stunden bei l.100  C in Sauer-    Stoff gesintert und darauf langsam im Sauer  stoff gekühlt. Das so entstandene Material hat  eine     Anfangspermeabilität        ss,    von 62 und  einen Wert des Quotienten
EMI0003.0040  
   (siehe Bei  spiel I), gemessen bei einer Frequenz von       2MHzvon        1,10X    10-4,     währendf6=        20,5MHz     ist.

   Der     Curiepunkt    liegt bei 460  C.  



  Die beschriebenen Materialien sind     Ferrit-          materialien,    die sich zur Verwendung bei sehr  hohen Frequenzen besonders gut eignen, d. h.  bei Frequenzen, die über 1 MHz hinausgehen,  was auf die bereits erwähnte Eigenschaft zu  rückzuführen ist, dass der Verlustfaktor     tg    8  erst bei Frequenzen über 1 MHz und oft sogar  erst bei Frequenzen weit über 1 MHz, ver  hältnismässig stark mit steigender Frequenz  zunimmt. Selbstverständlich eignet sich das  in Frage kommende Material auch gut zur  Verwendung bei niedrigeren Frequenzen als  1 MHz, wie z. B. für in     Pupinspulen    und Fil  terspulen zu verwendende Magnetkerne.

   Nicht  nur für Magnetkerne, sondern auch für ver  schiedene Zwecke, bei denen niedrige magne  tische Verluste erwünscht sind und weiter zur  magnetischen Abschirmung ist das Material  besonders gut brauchbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Magnetisches Material aus Mischkri stallen mit Spinellstruktur, die mindestens zum grössten Teil aus den Verbindungen Li",Fe2""04 und ZnFez,04 bestehen. @II. Verfahren zur Herstellung des Mate rials gemäss Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Stoffgemisch erhitzt wird, das dabei ein magnetisches Material aus Mischkristallen mit Spinellstruktur ergibt, welche mindestens zum grössten Teil aus den Verbindungen Li"=Fe2, =04 und ZnFe204 be stehen. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Lithiumferrit (LiFe0.,), Zinkoxyd und Ferri- oxyd gesintert wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch Il, da durch gekennzeichnet, dass y-Fe.03 bei einer Temperatur zwischen 400 und 500 C mit einer Lithiumverbindung zur Reaktion ge bracht wird, woraus sich bei dieser Tempera tur Lithiumoxyd bildet, und dass das Reak tionsprodukt mit Zinkoxyd und Ferrioxyd gesintert wird. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Sinterung bei einer Temperatur zwischen 1050 und 1200 C durchgeführt wird.