CH347907A - Process for the production of a magnetic core with an almost rectangular hysteresis loop - Google Patents

Process for the production of a magnetic core with an almost rectangular hysteresis loop

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CH347907A
CH347907A CH347907DA CH347907A CH 347907 A CH347907 A CH 347907A CH 347907D A CH347907D A CH 347907DA CH 347907 A CH347907 A CH 347907A
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magnetic core
hysteresis loop
sep
rectangular hysteresis
mixed crystals
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Jacobus Esveldt Cornelis
Willem Gorter Evert
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Philips Nv
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Description

  

  Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit einer nahezu     rechteckförmigen          Hystereseschleife       Magnetkerne mit einer nahezu rechteckigen       Hystereseschleife    sind für verschiedene Anwendun  gen wichtig. Kerne dieser Art werden unter anderem  für sogenannte  magnetische Speicher  verwandt  (siehe beispielsweise W. N.     Papian,        Proceedings    of       the    I. R. E. April 1952, S. 475-478 und D. R.       Brown    und E.     Albers-Schoenberg         Electronics      April 1953, S. 146-149). Solche magnetischen  Speicher finden u. a. in Rechenmaschinen und auto  matischen Piloten Verwendung.

   Eine andere Anwen  dung finden diese Kerne bei magnetischen Schal  tungen.  



  Das Mass, welches angibt, wie weit sich die  Form der     Hystereseschleife    der     Rechteckform     nähert, kann verschiedenartig quantitativ zum Aus  druck gebracht werden. Ein übliches Mass ist bei  spielsweise der Quotient
EMI0001.0012  
   . Zur Erläuterung der  Bedeutung des erwähnten Quotienten wird auf     Fig.    1  verwiesen, die eine schematische Darstellung eines  Teils einer     Sättigungs-Magnetisierungskurve    ist. In  dieser Figur stellt     Br    die     Remanenzinduktion    dar,  während     B,1    diejenige Induktion darstellt, bei der  sich die     Hystereseschleife    gerade schliesst.

   In der  Praxis ist es häufig schwierig,     B"1    mit grosser Ge  nauigkeit zu messen. Es ergibt sich jedoch ein an  näherungsweise richtiger Wert für     B,,1    dadurch, dass  der Mittelwert der Induktionen nach teilweiser Ma  gnetisierung bzw. teilweiser     Entmagnetisierung    (mit  zwischenzeitlicher Sättigung) genommen wird, wobei  die beiden Induktionen bei der gleichen Feldstärke  gemessen werden, die so gewählt ist, dass die er  wähnten Induktionen um mehr als<B>10/9,</B> jedoch um  weniger als     3114    voneinander abweichen.

   Dieses  Verfahren wurde auch bei den beim Zustande  kommen der vorliegenden Erfindung durchgeführten    Messungen angewendet; für diese Messungen fand  ein ballistisches Galvanometer Verwendung (siehe       Bozorth,         Ferromagnetism     S. 843). Wenn hier von  dem Quotienten die Rede ist, wird stets an  genommen, dass er
EMI0001.0025  
   an einem ringförmigen Magnet  kern mit einem konstanten Querschnitt des     ferro-          magnetischen    Materials über den ganzen Umfang  des Ringes und mit einem Aussendurchmesser, der  höchstens das     1,6fache    des Innendurchmessers be  trägt, gemessen ist.  



  Das Mass, welches angibt, wie weit sich die Form  der     Hystereseschleife    der     Rechteckform    nähert, lässt  sich gleichfalls mittels des sog.      Rechteckigkeits-          verhältnisses         ( Squareness        ratio )        (RS)","    zum  Ausdruck bringen. Für die Bedeutung dieser Grösse  wird auf die vorstehend erwähnte Literatur verwie  sen.

   Vollständigkeitshalber folgt hier eine kurze Er  läuterung unter Hinweis auf     Fig.    2, gleichfalls eine  schematische Darstellung eines Teils einer     Magneti-          sierungskurve,    die sich auf einen Fall bezieht, bei  dem die     Entmagnetisierung    angefangen wurde, bevor  die magnetische Sättigung erreicht war. Die Grösse       (Ra)".,,,    wird als  
EMI0001.0041     
    definiert.  Der Quotient
EMI0001.0042  
   ist eine Funktion der an  gelegten grössten Feldstärke Hm.

   Es stellt sich heraus,  dass dieser Quotient für einen bestimmten Wert von       H""    der sich meist wenig von der     Koerzitivkraft        H,,     unterscheidet, einen Höchstwert aufweist. Dieser  Höchstwert des Quotienten wird durch das Symbol           (Rs)ma,    angedeutet. Die zur Ermittlung von     (R9)",,,     erforderlichen Messungen von<I>B (Hm)</I> und-<I>B (_</I>     TH-)     können auch wieder mit Hilfe     eines        ballistischen.     Galvanometers durchgeführt werden.

   Als     Mess-          objekte    dienten auch ringförmige Magnetkerne mit  einem konstanten Querschnitt des magnetischen Ma  terials über den ganzen Umfang des     Ringes    und  einem     Aussendurchmesser,    der maximal das     1,6fache     des Innendurchmessers beträgt. Bei den Verwendun  gen     ferromagnetischer    Materialien mit einer nahezu  rechteckigen     Hystereschieife    handelt es sich meist  um Wechselströme hoher Frequenz, und es kommt  somit darauf an, das Auftreten von Wirbelströmen  soweit wie möglich zu beschränken.

   Bei der Ver  wendung     ferromagnetischer    Legierungen kann dies  bis zu einem gewissen Grade dadurch erfolgen, dass  der Magnetkern aus voneinander isolierten, sehr  dünnen Schichten des     ferromagnetischen    Materials  aufgebaut wird. Häufig ist es jedoch sehr schwierig,  aus diesen dünnen Schichten Kerne mit einer nahezu  rechteckigen     Hystereseschleife    aufzubauen. Es ist  somit bei diesen hohen Frequenzen     vorteilhaft    und  bei noch höheren Frequenzen sogar notwendig, ma  gnetisch weiche,     eisen-(III)-oxydhaltige    Materialien  mit     Spinellstruktur    zu verwenden.

   Diese Stoffe haben  nämlich an sich bereits eine sehr geringe elektrische       Leitfähigkeit.     



  Für die     Verwendungsfähigkeit    der in Rede  stehenden Magnetkerne für magnetische Speicher  und magnetische Schaltungen ist es weiterhin eine  wesentliche Bedingung, dass die     Koerzitivkraft    gering  ist (vorzugsweise nicht höher als 10     Oersted    und  sogar niedriger als 5     Oersted),    weil sonst die elektro  magnetischen Verluste zu hoch sind.

      Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass Magnet  kerne mit einer nahezu     rechteckförmigen        Hysterese-          schleife,    wobei die Bedingungen     (R6)",a,    > 0,6 und       H,     <  4     Oersted        erfüllt    werden, dadurch erzielbar  sind, dass sie aus Mischkristallen mit     Spinellstruktur     mit der Gesamtformel     Ni.,Mg"_1_Y,ZnyFe20.1    her  gestellt werden, wobei x = 0,6 bis 0,8, y = 0,1 bis  0,3 und x + y = 0,7 bis 0,9 ist, und die Misch  kristalle dadurch hergestellt werden, dass ein in die  genannten Mischkristalle     überführbares,

          oxydische     Verbindungen von Nickel, Magnesium, Zink und  Eisen im erforderlichen Gewichtsverhältnis enthal  tendes Stoffgemisch in einer Gasatmosphäre mit  einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumen  prozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475  C  erhitzt wird.  



  <I>Beispiel</I>  Ein Gemisch aus     Magnesiumkarbonat,    Nickel  karbonat, Eisenoxyd und Zinkoxyd wird 8 bis 10  Stunden in reinem Alkohol oder wasserfreiem Benzol  gemahlen und darauf eine Stunde bei 900  C in Luft       vorgebrannt.    Nach     Abkühlen    wird das     Reaktions-          Produkt    einige Zeit, beispielsweise 2 Stunden, in  reinem Alkohol gemahlen. Danach wird es zu einem  Ring gepresst, und dieser Ring wird bei angenähert  1450  C in Sauerstoff gesintert.  



  Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht  der Werte des Quotienten des     Rechteckigkeits-          verhältnisses        (R,)",.    und der
EMI0002.0043  
       Koerzitivkraft        H,    der       Magnetkerne    mit einer in dem in den Rahmen der  Erfindung fallenden Bereich liegenden Zusammen  setzung.  
EMI0002.0047     
  
    B
<tb>  Zusammensetzung <SEP> <U>''</U> <SEP> (Rg)n"" <SEP> H, <SEP> (in <SEP> Oersted)
<tb>  Bcl
<tb>  Nio,7 <SEP> M90,2 <SEP> Zno,1 <SEP> Fe204 <SEP> 0,65 <SEP> 0,8 <SEP> 2,2
<tb>  N'0,7 <SEP> M90,1 <SEP> Zno,2 <SEP> Fe204 <SEP> 0,70 <SEP> 0,75 <SEP> 2,0



  Process for producing a magnetic core with an almost rectangular hysteresis loop Magnetic cores with an almost rectangular hysteresis loop are important for various applications. Cores of this type are used, inter alia, for so-called magnetic memories (see, for example, W. N. Papian, Proceedings of the I. R. E. April 1952, pp. 475-478 and D. R. Brown and E. Albers-Schoenberg Electronics April 1953, pp. 146-149). Such magnetic memory find u. a. Use in calculating machines and automatic pilots.

   These cores are also used in magnetic circuits.



  The measure, which indicates how far the shape of the hysteresis loop approaches the rectangular shape, can be expressed quantitatively in various ways. A common measure is, for example, the quotient
EMI0001.0012
   . To explain the meaning of the quotient mentioned, reference is made to FIG. 1, which is a schematic representation of part of a saturation magnetization curve. In this figure, Br represents the remanent induction, while B, 1 represents the induction at which the hysteresis loop is just closing.

   In practice, it is often difficult to measure B "1 with great accuracy. However, an approximately correct value for B ,, 1 results from the fact that the mean value of the inductions after partial magnetization or partial demagnetization (with intermittent Saturation) is taken, the two inductions being measured at the same field strength, which is selected so that the inductions mentioned differ by more than 10/9, but less than 3114.

   This method was also used in the measurements made in making the present invention; a ballistic galvanometer was used for these measurements (see Bozorth, Ferromagnetism p. 843). If the quotient is mentioned here, it is always assumed that it
EMI0001.0025
   is measured on an annular magnet core with a constant cross-section of the ferromagnetic material over the entire circumference of the ring and with an outer diameter that is at most 1.6 times the inner diameter.



  The measure, which indicates how far the shape of the hysteresis loop approaches the rectangular shape, can also be expressed by means of the so-called squareness ratio (RS) ",". For the significance of this variable, reference is made to the literature mentioned above.

   For the sake of completeness, a brief explanation follows with reference to FIG. 2, likewise a schematic representation of part of a magnetization curve, which relates to a case in which the demagnetization was started before the magnetic saturation was reached. The size (Ra) ". ,,, is called
EMI0001.0041
    Are defined. The quotient
EMI0001.0042
   is a function of the applied greatest field strength Hm.

   It turns out that this quotient has a maximum value for a certain value of H "", which usually differs little from the coercive force H ,,. This maximum value of the quotient is indicated by the symbol (Rs) ma. The measurements of <I> B (Hm) </I> and - <I> B (_ </I> TH-) required to determine (R9) ",,, can also be carried out again with the aid of a ballistic galvanometer will.

   Ring-shaped magnetic cores with a constant cross-section of the magnetic material over the entire circumference of the ring and an outer diameter that is a maximum of 1.6 times the inner diameter were also used as measuring objects. The uses of ferromagnetic materials with an almost rectangular hysteresis curve are mostly high-frequency alternating currents, and it is therefore important to limit the occurrence of eddy currents as much as possible.

   When using ferromagnetic alloys, this can be done to a certain extent in that the magnetic core is made up of very thin layers of the ferromagnetic material that are isolated from one another. However, it is often very difficult to build cores with an almost rectangular hysteresis loop from these thin layers. It is therefore advantageous at these high frequencies and even necessary at even higher frequencies to use magnetically soft, iron (III) oxide-containing materials with a spinel structure.

   These substances already have a very low electrical conductivity.



  For the usability of the magnetic cores in question for magnetic memories and magnetic circuits, it is also an essential condition that the coercive force is low (preferably not higher than 10 Oersted and even lower than 5 Oersted), because otherwise the electromagnetic losses are too high .

      According to the invention it has been found that magnet cores with an almost rectangular hysteresis loop, whereby the conditions (R6) ″, a,> 0.6 and H, <4 Oersted are met, can be achieved by using mixed crystals with a spinel structure with the Overall formula Ni., Mg "_1_Y, ZnyFe20.1 can be produced, where x = 0.6 to 0.8, y = 0.1 to 0.3 and x + y = 0.7 to 0.9, and the mixed crystals are produced in that a convertible into the mentioned mixed crystals,

          oxidic compounds of nickel, magnesium, zinc and iron in the required weight ratio containing substance mixture is heated in a gas atmosphere with an oxygen content of more than 50 percent by volume to a temperature of 1375 to 1475 C.



  <I> Example </I> A mixture of magnesium carbonate, nickel carbonate, iron oxide and zinc oxide is ground for 8 to 10 hours in pure alcohol or anhydrous benzene and then pre-burned for one hour at 900 C in air. After cooling, the reaction product is ground in pure alcohol for some time, for example 2 hours. It is then pressed into a ring, and this ring is sintered in oxygen at approximately 1450 C.



  The table below gives an overview of the values of the quotient of the squareness ratio (R,) ",. And the
EMI0002.0043
       Coercive force H, the magnetic cores with a composition lying in the range falling within the scope of the invention.
EMI0002.0047
  
    B.
<tb> Composition <SEP> <U> '' </U> <SEP> (Rg) n "" <SEP> H, <SEP> (in <SEP> Oersted)
<tb> Bcl
<tb> Nio, 7 <SEP> M90.2 <SEP> Zno, 1 <SEP> Fe204 <SEP> 0.65 <SEP> 0.8 <SEP> 2.2
<tb> N'0.7 <SEP> M90.1 <SEP> Zno, 2 <SEP> Fe204 <SEP> 0.70 <SEP> 0.75 <SEP> 2.0

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife, wobei die Bedingungen (Rs)",a, > 0,6 und H, < 4 Oersted erfüllt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern aus Mischkristallen mit Spinell- struktur mit der Gesamtformel Ni,Mg(1-a-"ZnYFe204 hergestellt wird, wobei x = 0,6 bis 0,8,y = 0,1 bis 0,3 und x + y = 0,7 bis 0,9 ist, und die Misch- kristalle dadurch hergestellt werden, PATENT CLAIMS 1. A method for producing a magnetic core with an almost rectangular hysteresis loop, the conditions (Rs) ", a,> 0.6 and H, <4 Oersted being met, characterized in that the magnetic core is made of mixed crystals with a spinel structure the total formula Ni, Mg (1-a- "ZnYFe204, where x = 0.6-0.8, y = 0.1-0.3 and x + y = 0.7-0.9, and the mixed crystals are produced by dass ein in die genannten Mischkristalle überführbares, oxydische Verbindungen von Nickel, Magnesium, Zink und Eisen im erforderlichen Gewichtsverhältnis enthal tendes Stoffgemisch in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumen prozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475 C erhitzt wird. II. Magnetkern, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. that an oxidic compounds of nickel, magnesium, zinc and iron in the required weight ratio containing substance mixture which can be converted into the mixed crystals mentioned is heated in a gas atmosphere with an oxygen content of more than 50 percent by volume to a temperature of 1375 to 1475 C. II. Magnetic core, produced according to the method according to claim I.
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