Nagnetkern, und Verfahren zur Herstellung dieses Magnetkernes. Es war schon längst bekannt, dass einige <B>f</B> erromagnetische Ferrite sich auf Grund ihrer niedrigen, magnetischen Verluste ausgezeic'h- net zur Verwendung bei hohen Frequenzen eignen.
Unter Ferrit wird hier ein Material verstanden" welches aus einer oder mehreren Verbindungen mit der Formel MF620,1 oder MO<B>-</B> Fe203 besteht, wo M ein, zweiwertiges Metall mit. einem geeigneten Ionenwaclius dar stellt.
Nachher ist es gehmgen, die magneti- sehen, Eigenschaften dieser Materialien. noch in wesentlichem Masse zu verbessern (siehe J. L. Snoek, Philips Technische Rundschau , Band<B>8</B> Nr. <B>12,</B> Seiten 3158-3#6O# [1946], und New Developments in Ferromagnetic Mate rials von demselben Autor,
welcher Artikel in der Reihe Mlonographs en the Progress of Research in Holland during the War , Seiten <B>68</B> und69 [11947<B>],</B> erschienen ist).
Nebst den ein fachen Ferriten, wie Manganferrit, Nickel.- ferrit, Kupferferrit und- Mag4esiumferrit sind bisher (siehe auch Snoek) Miischferrite derselben mit Zinkferrit (welches selbs bei normaler Temperatur nicht ferromagnetiseh ist) am meisten indlen Vordergrund getreten.
Zu diesen Materialien sind auch Mischferrite von Lithiumferrit (Li20-5Fe203) und Zink- ferrit zu rechnen (siehe schweizerisches Patent Nr. <B>287007).</B> Die zur Hochfrequeuzverwen- dung geeigneten Ferrite künnzeichnen sieh unter anderemdurch eine kubische Kristall struktur.
Inihrem Kristallgitter sind die Me tallionen auf entsprechende Weise rangiert wie im Mineral SpinelT, MgA12,04, so dass man die KristaLstrukturder betreffenden Ferrite auch als Spinellst-ruktur andeutet.
Bemerkt wird, dass ein wesentliches Krite rium für den Besitz der gewünschten, ferro- magnetisehen Eigenschaften der Ferrite Ist, dass diese Materialien aus ein-er einzigen, nahezu homogenen Kristallphase, bzw. Misch- kristallphase bestehen (geringe Unregelmässig- keit#en in derStrukturdes Kristallgitters,
be sonders an der Oberfläche des Kristalls und an der Grenzil#ä'chle zwischien zwei benaell- barten Kristallen, dürften 'wohl immer auf treten). Geringe Mengen, von Verunreini gungen,<B>.</B> z. B. infolge eines Übermasses ent weder an zweiwertigem oder an dreiwertigein Oxyd, sind nicht st4rend, solange sie sich noch homogen in der Kristallphase lösen können.
Wenn die Menge dieser Verunreinigungen aber derart ist, dass sie sich in Form einer getrennten Phase absetzen., so macht sieh ihr Vorhandensein schon bald als nachteilig für die ferromagnetisehen Eigenschaften. der be- treffenden.Materialien bemerkbar.
Die betreffenden Materialien wurdenbisher in der Praxis meist durch Sinterung eines geeigneten Gemisches von' ferritbildenden Oxyden oder einer getrockneten Mischung von Hydroxyd,en, oder Karbonaten der betreffen den' Metalle hergestellt. Dieses Verfahren erfordert eine grosse Geschicklichkeit von Fachkräften, da, allerhand Faktoren, wie z. B.
die Wahl der Gasatmosphäre -während der Sinterung -und der darauffolgenden Abkäh- lung unddie Reaktivität des Ausgangsmate rials, die ferromagnetischen Eigenschaften des Rea#ktionspro#dii#ktes meist stark ibeein- fl-Lfflen, so dass es manchmal besondere Sorgfalt erfordert, um reprod-ti7,ierbareErgeb- nisse zu erhalten.
Zumal ein Sinterverfahren, in Abweichung von einein Schmelzverfah#ren" meist viele aufeinanderfolgende Handlungen erfordert, -wird in der Praxis in gewisserma ssen Ühnlichen. Fällen wie bei der Herstel lung von dauermagnetisehen Materialien ein Schmelzverfahren gegenüber einem Sinterver- fahren vorgezogen. Auch beider Herstellung von Ferriten möchte man gerne, ein ;Schmelz verfahren anwenden, zumal, mit diesem Ver fahren Erzeugnisse erhalten werden -können, die nur sehr wenige.
Luftporen -enthalten und deswegen eine höhere magnetische Permeabi- lität habeif. Die Schwierigkeit ist aber, ±lass das Tiegelmaterial beim Schmelzpunkt des Ferrits (etwa<B>1600</B> bis<B>17000 0)</B> im alligemei- nen schon bald vom Ferrit angegriffen -wird.
Dies wird infol-ge desUmstandes begilnstägt, dass zur völligen ISchmelzung des Tiegelinhalts, bei Erhitzung von aussen, her, eine #Tempera- tur der Tiegelwand einzuhalten ist, welche be- trächtli,eh höher ist alsdie Selimelztemperatur des Ferrits.
Es wurde bereits vorgeschlagen, -Nickeller- ritmonokristalle dadurch herzustellen, dass Nickelaxyd und Eisenoxyd gemeinsam bei 130011 <B>C</B> in geschmolzenem Borax gelöst und die erhaltene Lösung darauf langsam abge kühlt wird. Hierbei wurden Mondkristalle- mit einem Höchstmass von 2 mm erhalten. Diese Kristalle haben aber eine grössere elektrische Leitfähigkeit und sinddaher zur Verwendung für Hochfrequenzzwecke weniger geeignet..
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkern aus einem durch Erstarrang aus einer Schmelze erhaltenen ferromagnetischen Material mit einer Anfangspermeabilität yo von wenigstens 20, einem magnetischen Ver- lustfa;
ktor tgb, gemessen. an einem ringför migen massiven Kern des Materials, ohne Luftspalt, von höchstens<B>0,06</B> bei Frequenzen bis<B>10</B> kHz, die Verluste der Messspule nicht inbegriffen, und einem Porenvolumen von we- niger als 5%, bestehend aus einer praktisch homogenen Phase von kubischen Ferrit- kristallen mit Spinellstruktur.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfin dung wird dieser magnetische Kern da durch hergestellt, dass, eine für Hochfrequenz- erhitzung eine hinreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisende Masse, die wenig stens grösstenteils aus Ferrit oder bei Er hitzung ein Ferrit bildenden Stoffen besteht, unter Anwendung von Hochlrequenzerhit- zung geschmolzen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend bei spielsweise beschrieben.
Es ist bereits bekannt, Metalle durch das Hochfrequenzinduktionsverfahren zu schmel zen, aber bei den hier erwähnten Ferritmate- rialien, die Halbleiter sind und daher im all gemeinen einen hohen spezifischen Wider stand haben, tritt die Schwierigkeit auf, dass die vom Hochfrequenzfeld in ihnen erzeugte kalorische Energie für eine angemessene Er hitzung nicht hinreichend ist.
Vorteilhafterweise wird eine solche elek trische Leitfähigkeit des zu schmelzenden Materials vorgesehen, dass die Erhitzung mit tels des elektromagnetisehen Hochfrequenz- feldes auf befriedigende *Weise fortschreiten kann.
Ist es einmal so weit, dass einegewissse Ferritmenge hoher Temperatur, bzw. ge schmolzenes Ferrit, in der Masse vorhanden ist, so ist die elektrische Leitfähigkeit hinrei- cliend,
um eine weitere Erhitzung 'bis auf Schmelztemperatur und eine Schmelzung der ganzen Masse wegen der höheren elektrischen Leitfähigkeit des Ferritmaterials bei hoher Temperatur zu ermöglichen (sämtliche be kannten Ferrite haben einen negativen Tem- peraturkoelfizienten des elektrischen Wider standes).
Vorzugsweise wird durch Zusatz von magnetischem Eisenoxyd (Fe30,1), welches bekanntlich einen viel niedrigeren spezi fischen Widerstand als andere Ferrite hat, eine genügende elektrische Leitfähigkeit des zu schmelzenden Materials erzielt. Um ferner bei der Erhitzung die elektrische Leitfähig- keit. auf einem genügenden Werte zu halten, ist es zweckmässig, die Masse in einer sauer stoffarmen Gasatmosphäre zu erhitzen. Als sauerstoffarme, Gasatmosphäre wird vorzugs weise eine Stickstüffatmosphäre gewählt.
Da ein überschuss an zweiwertigem<B>'</B> Eisen in für Hochfrequenzzwecke zu verwendendem Fer- ritmaterial unerwünscht ist, dies mit Rück sicht auf die dann auftretenden hohen magnetischen Verluste, erhöht man, vorzugs weise nachdem die Schmelztemperatur der Masse beinahe erreicht ist, vorzugsweise all mählich, den Sauerstoffgehalt der umgeben den Gasatmosphäre, bis der Sauerstioffdruck etwa gleich dem Gleichgewichtssdruck des Sauerstoffes für das gewünschte Ferrit bei der Schmelztemperatur ist.
Das Schmelzen muss möglichst in Tiegeln aus einem Material erfolgen, welches a) nicht von Sauerstoff und auch nicht von dergeschmolzenen Yerritmasse an gegriffen wird, <B>b)</B> bei der Schmelztemperatur des Ferrits seine Kohärenz behält, so dass der Tie gel nicht zerspringt.
Ein diesen Anforderungen gut entspre- ehendes Material ist Aluminiumoxyd, welches vorher mindestens bis 5011 C unter seinem Schmelzpunkt erhitzt gewesen ist. Gewünsch- tenfalls ist aber auch ein Tiegel verwendbar, der aus einem hochschmelzenden, Edelmetall oder aus einer Legierung von Platin mit Iri dium und/oder Rhodium oder aus Platin und Rhodium besteht.
Es ist zweckmässig, den Schmelztiegel mit tels einer Metallplatte abzudecken, die im Hochfrequenzfeld zugleich mit der Schmelz masse erhitzt wird. Da das Metall eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die Schmelze hat, wird die Temperatur des Metalls höher als die der Schmelze. Ein zu diesem Zweck gut verwendbares Metall muss bei Erhitzung in, Sauerstoff bis etwa 170011 <B>C</B> beständig sein. Eine Iridiumplatte z. B. ist ausgezeichnet verwendbar.
Die Metallplatte verhütet, dass die Schmelzober'fläche durch Ausstrahlung kälter als der Rest der Schmelze werden würde, so dass an dieser Oberfläche vorzei tige Erstarrung auftreten könnte.
Die geschmolzene Ferritmasse kann in Gussformen gegossen werden, wodurch nach Erstarrung der Körper allerlei gewünschte Formen zur elektromagnetischen Anwendung erhältlich sind.
Das Verfahren nach der Erfindung,wird nachstehend an Hand eines in der beiliegen den Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiels einer Vorrichtung zur Herstellung von Manganferrit MnFe204 näher erläutert.
Ein Chamottetiegel <B>1</B> wird grösstenteils mit Aluminiumoxydpulver 2 gefüllt. ID. die ses Pulver wird der Tiegel<B>3</B> eingedrückt, der aus Aluminiumoxycl bestellt, welches bis we.- nig unter seinen Schmelzpunkt erhitzt gewe sen ist. An. der Aussenseite des Bechers<B>3</B> ist ein Platin/Platin-Rhodium-Therxnoelement 4 befestigt.
Man führt sodann in den Tiegel<B>3</B> einige Scheiben<B>5</B> aus magnetischem Eisen oxyd (Fe304), mit einem Gesamtgewicht von <B>60,2 g</B> -ein, welche voneinander durch dünne Schichten<B>6</B> aus Mangano-Manganioxyd (Mns04) mit einem Gesamtgewicht von <B>29,8 g</B> getrennt sind. Auf den Tiegel<B>3</B> wird darauf eine Iridiumplatte <B>7</B> gelegt. Das Ganze wird unter einer Hartglasglocke <B>8</B> auf einen Tisch<B>9</B> gestellt. Die Glasglocke<B>8</B> ist in einer Hochfrequenzspule <B>10</B> beweglich und mit einer Gaszufuhrleitung <B>11</B> und einer Gusabfuhrleitung 12 versehen.
Durch die Lei tung<B>11</B> wird dem Raum innerhalb der Glocke<B>8</B> reiner Stickstoff zugeführt, worauE der Hoeldrequenwtrom eingeschaltet wird. Zunächst wird langsam im Verlauf von zwei Stunden erhitzt, bis das Thermoelement 4 eine Spannung von<B>15,0</B> mV anzeigt, was be deutet, dass der Inhalt des Tiegels dann bis wenig unterhalb seines Schmelzpunkteserhitzt ist. Die Stickstoffzufuhr wird dann allmäll- lieh eingestellt und durch eine Sauerstoff zufuhr ersetzt.
Die inzwischen erreichte Tem peratur des Tiegelinlialtes ist so hoch, dass auch nach Sauerstoffzutritt eine hinreichend hohe elektrische Leitfähigkeit beibehalten wird, um durch eine geringe Erhöhung der Hochfrequenzstromstärke, nämlich von<B>72</B> auf <B>75</B> Amp., die Temperatur des Tiegels auf- reehterhalten zu können. Nach etwa zehn Mi nuten wird unter Aufrechterhaltung der Sauerstoffatmosphäre in der Glasglocke<B>8</B> die Temperatur bis zur Schmelztemperatur des Tiegelinhalts, gesteigert.
Hierbei weist das Thermoelement 4 eine Spannung von<B>15,6</B> mV an. Die Hochfrequenzstromstärke beträgt dann etwa<B>77</B> Amp. Die geschmolzene Masse wird während fünf Minuten auf der so erreichten Temperatur gehalten und dann sehr langsam abgekühlt, bis alles erstarrt ist und dae!Th±,rmoelemen-t 4 eine Spannung von <B>15,0</B> mV anzeigt. Nach erfolgter Erstarrung wird ferner in zwei Stadien abgekühlt.
Zu nächst wird schnell bis auf etwa<B>13000</B> C ab gekühlt (wobei das Tliermoelement 4 eine Spannung von 12 mV anzeigt), um eine un erwünschte Oxydation des Manganferrits in der Sauerstoffatmosphäre zu vermeiden (be kanntlich kann zweiwertiges Mangan allmäh lich in eine höhere Valenzstufe übergehen, was naturgemäss für das Ferrit unerwünscht ist).
Wenn die Temperatur von<B>13000 C</B> erreicht ist, wird wieder #Stickstoff in die Glocke<B>8</B> eingeführt, worauf im Verlauf von einigen Stunden langsam durch allmähliche Herabsetzung der Hochfrequenzstromstärke auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
'Nachdem die Abkühlung beendet ist, ist der Tiegel<B>3</B> mit Manganferrit (MnFe204) gefüllt, dessen Oberfläche einen Hochglanz aufweist. Aus dem Inhalt des Tiegels wird ein Ferritring mit einem Aussendurchmesser von <B>1,5</B> cm und einer Höhe von<B>5</B> mm geschliffen.
Die Anfangspermeabilität uo de,- erhaltenen Ferrits <B>b</B> eträgt <B>380</B> und der magnetische Ver- lustiaktor tgb bei einer Frequenz von<B>10</B> kEIz beträgt<B>0,015.</B> Für die scheinbare Dichte wurde ein- Wert von 4,97 gefunden, während die Röntgendielite 4,99 beträgt.