CH333347A

CH333347A - Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit einer nahezu rechteckigen Hystereseschleife

Info

Publication number: CH333347A
Authority: CH
Inventors: Willem Gorter Evert; Jacobus Esveldt Cornelis
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1953-12-21
Filing date: 1954-12-20
Publication date: 1958-10-15
Also published as: ES219082A1; DE976166C; US2882235A; BE534272A; FR1116093A; NL82273C; GB759245A

Description

Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit einer nahezu rechteckigen Hystereseschleife Magnetkerne mit einer nahezu rechtecki gen Hystereseschleife sind für viele Anwen dungen wichtig. Diese Kernart wird unter anderem für sog. magnetische Speicher be- riutzt (siehe zum Beispiel W. N. Papian, Pro- ceedings of the I. R.

E. , April1952, S. 475 bis 478, und- D. R.. Brown und E. Albers-Sehoen- berg, Eleetronics , April 1953, S.146-149). Solche magnetischen Speicher finden zum Bei spiel bei Rechenmaschinen und automatischen Piloten sowie bei magnetischen Schaltungen Anwendung.

Das Mass, das angibt, wie weit die Form der Hystereseschleife sich der Rechteckform nähert, kann auf verschiedene Weise quantita tiv zum Ausdruck gebracht werden. Ein übli- ehes Mass ist. zum Beispiel der Quotient
EMI0001.0019
, Zur Erläuterung der Bedeutung dieses Aus druckes sei auf Fig.1 hingewiesen, die eine schematische Darstellung eines Teils einer Sättigungs-Magnetisierungskurv e ist.

In die ser Figur stellt B,. die Remanenzinduktion dar und B,,1 die Induktion, bei der sich die Hy- stereseschleife gerade schliesst. In der Praxis ist es häufig schwierig, B,1 genau zu messen.

Es wird aber ein annähernd richtiger Wert für B,1 dadurch gefunden, dass der Mittel wert der Induktionen nach teilweiser Magne- tisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit zwischenzeitiger Sättigung) genommen wird, wobei die beiden Induktionen bei der gleichen derart gewählten Feldstärke gemes sen sind, dass die erwähnten Induktionen um mehr als 1 %, aber weniger als 3 % vonein- ander abweichen.

Dieses Verfahren wurde auch bei den zur Durchführung der vorlie genden Erfindung angestellten Messungen an gewendet; für diese Messungen wurde ein bal listisches Galvanometer verwendet (Bozorth, Ferromagnetism , S. 843).

Im vorliegenden, Fall wird immer vorausgesetzt, dass der Quo tient an einem ringförmigen Magnetkern mit einem
EMI0001.0043
konstanten Querschnitt des ferro- magnetischen Materials über den ganzen Um fang des Ringes und mit einem Aussendurch- , messer gleich höchstens dem 1,6fachen des In- riendurchmessers gemessen wurde.

Das Mass, das angibt, wie weit die Form der Hv stereseschleife sich der Rechteekform nähert, lässt sich ebenfalls durch das sog. Rechteckigkeitsverhältnis (squareness ratio) (Rs)max ausdrücken. Für die Bedeutung die ser Grösse sei auf die vorerwähnte Literatur hingewiesen.

Vollständigkeitshalber folgt eine kurze Erörterung, unter Hinweis auf Fig. 2, eine ebenfalls schematische Darstellung eines Teils einer Magnetisierungskurve, die sich auf einen Fall bezieht, in dem mit der Entmagne- tisierung bereits vor der magnetischen Sätti gung angefangen wurde. Die Grösse (R')m;@, wird als
EMI0002.0003
definiert. Der Quotient
EMI0002.0004
ist eine Funktion der angelegten grössten Feldstärke Hm.

Es zeigt sich, dass dieser Quo tient bei einem bestimmten Wert von H"" der zumeist wenig von der Koerzitivkraft H, ver schieden ist, ein Maximum hat. Dieser Maxi malwert des Quotienten wird durch das Sym bol (RB)m",, bezeichnet. Die zur Bestimmung von (Rg),r,y, erforderlichen Messungen von B(HM) und B,_ 1/2 Hm, können auch wieder un ter Zuhilfenahme eines ballistischen Galvano meters durchgeführt werden.

Als Messobjekte dienten auch in diesem Fall ringförmige Ma gnetkerne mit einem konstanten Querschnitt. des magnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Aussen durchmesser höchstens gleich dem 1,6fachen Innendurchmesser.

Bei den Anwendungen von ferromagneti- schen Materialien mit einer nahezu rechtecki gen Hystereseschleife handelt es sieh meist um Wechselströme von hoher Frequenz, und es kommt also darauf an, die Wirbelströme so weit wie möglich zu beschränken.. Bei der Ver wendung von ferromagnetischen Legierungen kann dies in gewissem Masse dadurch erfolgen, dass die Magnetkerne aus voneinander iso lierten, sehr dünnen Schichten des ferro- magnetischen Materials aufgebaut werden.

Es ist aber äusserst schwer, aus sehr dünnen Schichten Kerne mit einer annähernd recht eckigen Hystereseschleife aufzubauen. Es ist also bei diesen hohen Frequenzen vorteilhaft. und bei noch höheren Frequenzen sogar not wendig, die magnetisch weiche, ferri-oxyAhal- tige Stoffe von Spinellstruktur zu verwenden. Diese Stoffe haben nämlich eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit.

Hauptbedingung der Brauchbarkeit der erwähnten Magnetkerne für magnetische Spei eher und magnetische Schaltungen ist weiter, cla,ss die Koerzitivkraft (H,) klein ist (vor zugsweise rieht höher als 10 Oersted und vor zugsweise sogar niedriger als 5 Oersted), da sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch werden.

Nach der Erfindung hat es sich gezeigt., dass Magnetkerne mit einer nahezu reehteek- förmi-en Hysteresesehleife, wobei den Bedin gungen
EMI0002.0034
und (RJ> 0,6 sowie H, G 4 Oersted entsprochen ist, dadurch er halten werden können, dass sie aus Miselikri- stallen von Spinellstruktur mit der CTesamt- formel L1,C11,

1 _21yFer2 @-x@04 hergestellt werden, wobei x zwischen 0,25 und 0,40 liegt; diese Mischkristalle werden da durch hergestellt, dass ein in die genannten Mischkristalle überführbares, oxydische Ver bindungen von Lithium, Kupfer und Eisen im erforderlichen Gewichtsverhältnis enthal- l.endes Stoffgemisch in einer Grasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt. von mehr als 50 Voluniprozent bei einer Temperatur von 1100 bis 1200 C -,wintert wird.

Beispiel Ein Gemisch von Lithiumkarbonat und Eisenoxyd wird 8 bis 10 Stunden in reinem Alkohol oder wasserfreiem Benzol gemahlen und anschliessend eine Stunde bei 750 C in einem Gasgemisch von 1 Volumteil Kohlen dioxyd auf 6 V olumteile Sauerstoff vorge- brannt. Nach Abkühlung wird das Reaktions produkt dann noch einige Zeit, z.

B. 2 Stun den, in reinem Alkohol gemahlen. Bei ric@i- tiger Wahl des Verhältnisses der Mengen Lithiumkarbonat und Eisenoxyd, von dem ausgegangen wird, besteht das Reaktionspro dukt aus einer Verbindung, deren Zusammen setzung im wesentlichen der Formel Lio,5Fee,50.1 entspricht. Weiter wird ein vorgebranntes Gemisch von Kupferoxyd und Eisenoxyd hergestellt.

Zu diesem Zweck wird ein Gemisch dieser Stoffe in einem Verhältnis von 1 Atom Kup fer auf etwa 2 Atome Eisen 10 Stunden in Alkohol gemahlen und anschliessend eine Stunde bei 750 C in einer Sallerstoffatm.o- sphä re gebrannt. Das Reaktionsprodukt wird nach Abkühlung 2 Stunden in Alkohol ge mahlen.

Für die Endreaktion wird die Verbindung 1.jio,5Fe2,504 und das vorgebrannte Gemisch i an Kupferoxyd und Eisenoxyd im gewünsch ten Gewiehtsverhältnis gemischt, 5 Stunden in reinem Alkohol gemahlen und das Ganze hei einer Temperatur zwischen 1100 und l200 C in Sauerstoff gesintert. Von einigen so hergestellten 'Magnetkernen ist in der fol genden Tabelle die Zusammensetzung, der Wert des Quotienten
EMI0003.0010
der von (R,)"" und der von He angegeben.

EMI0003.0013

Zusammensetzung <SEP> _Br <SEP> (Rs)max <SEP> He
<tb> Bei <SEP> (in0ersted)
<tb> Li0,40Cu0,20Fe2,4004 <SEP> 0,89 <SEP> 0,70 <SEP> 2,8
<tb> Li0.37C11"26Fe2"704 <SEP> 0,88 <SEP> 0,65 <SEP> 2,75
<tb> 1-'i0,3-#)C116.36Fe2,3204 <SEP> 0,88 <SEP> 0,71 <SEP> 2,45
<tb> L10,3oC110.40Fe2,3004 <SEP> 0,88 <SEP> 0,65 <SEP> 1,5
<tb> L10.@;;CZ10.50Fe2.250,1 <SEP> 0,90 <SEP> 0,75 <SEP> 1,5 Das Rechteekigkeitsverhältnis der Hyste- reseschleife der erwähnten Magnetkerne lässt sieh noch durch Erhitzung, zweckmässig auf wenigstens Curie-Temperatur, und anschlie ssende Abkühlung in einem Magnetfeld ver bessern.

Zu diesem Zweck kann entweder ein magnetisches Wechselfeld oder ein magneti sches Gleichfeld benutzt werden. Beim Ma gnetkern von einer Zusammensetzung ent sprechend der Formel Lio,3oCuo,40Fe2.3004 erwies es sich als möglich, in dieser Weise das. Reehteckigkeitsverhältnis der Hysterese- schleife von 0,65 bis auf 0,80 zu steigern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung eines Magnet kernes mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife, wobei den Bedingungen EMI0003.0024 und (R6) ",@x > 0,6 sowie H, < 4 Oersted entsprochen ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der Magnetkern aus Mischkri stallen von Spinellstruktur mit der Gesamt formel Lix(,'u(1_2X)Fe(2+X)04 hergestellt wird, wobei x zwischen 0,25 und 0,40 liegt, und die Mischkristalle dadurch her gestellt werden, dass ein in die genannten Mischkristalle überführbares,

oxydische Ver bindungen von Lithium, Kupfer und Eisen im erforderlichen Gewichtsverhältnis enthal tendes Stoffgemisch in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent bei einer Temperatur von.1100 bis 1200 C gesintert wird. II. Magnetkern, hergestellt nach dem Ver fahren nach Patentanspruch I.

UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Magnetkern zur Erhöhung des Rechteclcigkeitsverhältnis- ses der Hystereseschleife auf wenigstens Curie- Temperatur erhitzt und anschliessend in einem Magnetfeld abgekühlt wird.