CH375804A - Ferromagnetischer Magnetkern aus Ferritmaterial mit einer praktisch rechteckigen Hystereseschleife und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Ferromagnetischer Magnetkern aus Ferritmaterial mit einer praktisch rechteckigen Hystereseschleife und Verfahren zu seiner Herstellung

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CH375804A
CH375804A CH5212057A CH5212057A CH375804A CH 375804 A CH375804 A CH 375804A CH 5212057 A CH5212057 A CH 5212057A CH 5212057 A CH5212057 A CH 5212057A CH 375804 A CH375804 A CH 375804A
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mol
magnetic core
ferrite material
molo
mgo
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CH5212057A
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Albers-Schoenberg Ernst
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Indiana General Corp
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Description


      Ferromagnetischer    Magnetkern aus     Ferritmaterial    mit     einer    praktisch rechteckigen       Hystereseschleife    und Verfahren zu seiner     Herstellung       Diese     Erfindung    bezieht sich .auf einen     fer        .ro-          magnetischen    Magnetkern aus     Ferritrnaterial    mit  einer praktisch rechteckigen     Hystereseschleife.     



       Ferrite    mit rechteckiger     Hyste:reseschleife    :sind seit  ungefähr 1950 bekannt. Sie werden in sehr weitem  Masse in den Gedächtnissystemen     elektronischer     Rechenmaschinen     verwendet,    ferner     auch    in kleineren  Mengen für Vorrichtungen hoher :Schaltgeschwindig  keit, wo der innere Richtungswechsel der magne  tischen Polarisation eine     ähnliche    Funktion     erfüllt     wie die beweglichen Teile eines     Schalters.     



  Der     erfindungsgemässe        ferromagnetische    Magnet  kern aus     Ferritmaterial    mit     :einer    praktisch recht  eckigen     Hystereseschleife    ist dadurch     gekennzeichnet,     dass das     Ferritmaterial    eine Zusammensetzung ent  sprechend 27,5 bis 66     Molo/o        Manganoxyd,    30 bis  47,5     Molo/o    Eisenoxyd und 4 bis 25     Melo/o    MO  aufweist, in welcher     Zusammensetzung    MO, bezogen  auf das     Ferritmaterial,

      zu mindestens 2     MolO/o    aus       MgO    und zu insgesamt     höchstens    23     Molo/o    :aus  mindestens einem der folgenden Oxyde,     Ca0,        Cu0,          ZnO    oder     Cd0,    besteht, wobei aber der     Molo/o-          Gehalt    an     Mg0    nicht grösser ist als die     Hälfte        des          Molo/o-Gehaltes        an    MO.  



  Auf     der        Zeichnung    findet sich ein Dreieck  diagramm, in welchem die     Malprozente        dargestellt     sind; da jedoch     im    Magnetkern mehr als drei Be  standteile vorhanden     sind,    stellt die     eine    der     drei     Koordinaten mehrere zweiwertige Oxyde dar und  wird mit dem Symbol MO bezeichnet.

   Zu     beachten     ist die     Abgrenzung    der     bevorzugten        Zusammen-          setzungen,    wie sie durch die Fläche     innerhalb        des          Dreieckdiagramms    bestimmt sind.

   Diese     Fläche    reicht  in ein Gebiet des     Dreieckdiagramms        hinein,    von wel  chem früher     nicht    angenommen     wurde,        dass    es zu  der eigentlichen      Rechteck-Schleifen@Fläche     dieses         Systems        gehöre.    Aber dies galt nur so lange, als das  System auf die drei Oxyde     Mg0,        MnO,        Fe203    be  schränkt war.

   Im     Dreieckdiagramm        sind        drei    Seiten  dieser Fläche     gradlinig,    und zwar die 4     Molo/o,    MO  Linie; die 25     Molo/o        MO-Linie    und     :die    47,5     Molo/o          Fez03-    Linie. Die vierte Seite der     Fläche    ist     gekrümmt.     



       Ein    anderer Wesenszug der     Erfindung        besteht        in     der Auswahl der Metalloxyde, welche durch das  Symbol MO     zusammengefasst    sind. Es     sind    die Oxyde  von Magnesium, Kalzium, Zink, Kupfer     und    Cad  mium.  



       Ein    drittes Charakteristikum der     Erfindung    ist  die besondere Wichtigkeit eines Mindestgehalts an  Magnesia von 2     Molo/o,    welcher in allen diesen Mas  sen     innegehalten    sein muss; die anderen     MO-Kom-          ponenten    können in     verschiedenen        Mengenanteilen     bis zu einem     Höchstsatz    von 23     Moll'/o,    zugegen sein.

    Die unterste     Grenze    von 4     Mol        o/o    MO     bedeutet,     dass dieser Körper 2     Molo/o    Magnesia und 2     MolA/o:     von einem oder mehreren der     anderen    Oxyde ent  hält. Der     Molo/o-Gehalt    an     Magnesia    ist jedoch  nie     grösser    als die Hälfte des     Molo/o-Gehaltes    an MO.  



  Wie die Beispiele zeigen, kann der Magnetkern  bei einer Temperatur bis zu 1370  C     vorzugsweise     in der     Nähe    von 1315  C unter Benutzung     einer     Schutzatmosphäre von Wasserdampf     gebrannt    wer  den;

   in anderen Fällen werden     günstigere    Eigen  schaften erzielt, wenn die     Stoffe        zuerst    in Luft .ge  feuert und nachher in     einer        Wasserdarnpfatmosphäre          nachbehandeh    werden     ( Korrekturbrand ).        Andere          inerte    Gase können gleichfalls     angewandt    werden.  



  Selbstverständlich ist es     nicht    ohne Bedeutung,  welche von den verschiedenen mit MO bezeichneten  Bestandteilen in jedem     einzelnen    Fall     benutzt    oder  kombiniert     werden.    Je nach den     Eigenschaften,    die  erzielt werden sollen, wird man     verschiedene         Mischungen der     MO-Komponenten    vornehmen.

    Magnesia hat die an sich     bekannte        Wirkung,    die  Ecken der     Hystereseschleife    schärfer hervortreten zu  lassen; Kupfer-Oxyd wirkt als ein     Flussmittel,        setzt     die     Brenntemperatur    herab und fördert den Dicht  brand der Masse; Kalzium-Oxyd     vermindert    die       Koerzitivkraft,    ohne dabei die     Curietemperatur    wesent  lich     herabzusetzen;        Cadmium-Oxyd    übt     eine    Wirkung  aus, die teilweise der des Kupfers, teilweise des Kal  ziums entspricht;

   Zink-Oxyd     vermehrt    die     Sättigungs-          flussdichte    (grössere Mengen des     letztgenannten     Oxydes setzen jedoch die     Curietemperatur    herab und  beeinflussen die     Rechtecknatur    in ungünstiger Weise).  



  Die folgenden Beispiele zeigen eine     Anzahl    von  Versätzen.     Sättigungsflussdichte,        Remanerz,        Koerzitv-          kraft,        Anfangspermeabilität    und     Maximalpermeabi-          lität    sind in jedem Fall     angegeben.    In     einigen        Fällen     erscheint das     Verhältnis    von     Remanenz    zur     Sätti-          gu.ngsflussdichte        Br!B,

          verhältnismässig        niedrig,    näm  lich zwischen 0,7 und 0,8. Dies hat seinen Grund  darin, dass die     Flussdiehte    bei der     verhältnismässig     hohen     Feldstärke    von 25     Oersted    gemessen wurde.  Tatsächlich liegen die Feldstärken für eine optimale       Rechteckschleife    im allgemeinen sehr viel     niedriger,     wobei sich das     Br/B,-        Verhältnis        dann    ein wenig  unterhalb 0,9 einstellt.  



  Ein besonderer Vorteil der Magnetkerne gemäss  der Erfindung ist die sehr niedrige     Koerzitivkraft,        die     sich mit den beschriebenen Stoffgemischen erzielen  lässt. Es ist möglich, Magnetkerne mit     ausgezeichne-          ten        Rechteckschleifen    und eine     Koerzitivkraft        kleiner     als 0,4     Oersted,    in gewissen     Fällen    sogar     kleiner     als 0,2     Oersted    zu erzielen.  



  <I>Beispiel 1</I>  20     Mol        o/o    MO  47     Mol        o/oi        MRO     33     Molo/a        Fe203     MO besteht aus  9,6     MOIo/o        Mg0     2,6     MolO/oa        CaO     7,8     Molo/o        Zn0     Der Magnetkern wird     hergestellt    durch     Nass-          mahlung    und Mischung :

  geeigneter Mengen von     MgO          (oder     CaC03,     Zn0,        MnO    (oder     MnC03)     und     Fe203.    Die getrocknete Mischung wird     bei    Unge  fähr 930  C     kalziniert,    wieder     aufgemahlen,    getrock  net und granuliert. Der     gepresste    Kern     wird    zuerst  in Luft bei 1350 C und darauf     in    Wasserdampf bei  1150  C gebrannt.  



  Die wesentlichen     Eigenschaften        ringförmiger     Magnetkerne sind:  B. = 2500 Gauss       B,.    = 2100 Gauss       H,    = 0,24     Oersted          ,u,'    = 100       P",ax    = 4400  Die     Ecken    der     Hystereseschleife    sind gut ausge  bildet.    <I>Beispiel 2</I>  Das     MO-Verhältnis    in     bezug    auf die drei Kom  ponenten MO,     MnO    und     Fe203    ist das gleiche wie       in        Beispiel    1.  



  MO besteht jedoch aus:  9,6     Molo/o        MgO     2,6     Molo/o        CuO     7,8     Molo/o        Zn0     Die Aufbereitung ist die     gleiche        wie,    oben be  schrieben, mit der     Ausnahme,    dass     Calcium    durch  Kupfer ersetzt ist. Kupferoxyd     oder    basisches  Kupferkarbonat kann als Rohmaterial dienen.

   Die  Eigenschaften des gebrannten Magnetkernes     sind:     B, = 2400 Gauss  B,. =<B>1700</B> Gauss       H,    = 0,24     Oersted          , < r"    = 63       /t",;,x    = 3300  Die Ecken der     Hystereseschleife    sind gut ausge  bildet. Der Ersatz des     CaO    durch     CuO    hat eine  geringe Verbreiterung der     Hystereseschleife        zur     Folge.  



  <I>Beispiel 3</I>       20        Mol        %        MO     38     Molo/o        MnO     42     Mol11/o        Fe203     MO besteht aus  9,6     Molo/o        MgO     2,6     Molo/o        CaO     7,8     Molo/o        Zn0     Die     Aufbereitung    ist die     gleiche    wie für     Beispiel    1  beschrieben.

   Die Eigenschaften des gebrannten       Magnetkernes    sind:       B,#    = 3100 Gauss       B,.    = 2200 Gauss       H,.    = 0,15     Oersted          ,r,.    = 175       ,U",a,   <I>-</I> 4700  Die Ecken der     Hystereseschleife    sind sehr deut  lich     ausgebildet,

      auch für kleine     Magnetisierungs-          feldstärken.    Im Vergleich zu Beispiel 1 zeigt     dieser     Körper eine wesentlich höhere     Sättigungsflussdichte.     <I>Beispiel 4</I>  Das     Mol-Verhältnis    der drei     Komponenten    MO,       MnO    und Fe     203    ist das gleiche wie in Beispiel 3,  aber MO besteht jedoch aus:

    9,6     Molo/o        MgO     2,6     Molo/o        Cu0     7,8     Molo/o        Zn0     Die Aufbereitung ist     dieselbe    wie in Beispiel 3  beschrieben, mit der Ausnahme, dass als Ersatz für  Ca     Cu    verwendet wird.

   Die     Eigenschaften    von Ring  kernen (gebrannt in Luft bei     1320 C    und nachge  brannt in einer     Wasserdampfatmosphäre    bei 1150  C)       sind:              B,    = 3200 Gauss       B,    = 2700 Gauss       Ho    = 0,3     Oersted          /co    = 120       f-smax    =     60(i0     Die Ecken der     Schleife    sind     gut        ausgebildet,    die  Form der     Schleife    ist     vorzüglich.     



  <I>Beispiel 5</I>  5     Molo/o    MO  62     Molo/o        MnO     33     Molo/o        Fe203     MO besteht aus  2     Molo/o        Mg0     1     MolII/o        Ca0     2     Molo/o        Zn0     Die Herstellungsweise     des        Magnetkernes    ist die  gleiche wie bei den     Beispielen    1 und 3.

       Die    Eigen  schaften des bei 1350  C gebrannten     und    bei 1150  C  in     Wasserdampf    nachgebrannten     Ringkernes        sind        die     folgenden:     B,    = 2300 Gauss       B6    = 1700 Gauss  <I>Ho</I> = 0,4     Oersted     /so = 77       Pmax    = 2400  Verglichen mit den vorliegenden     Beispielen        zeigt     dieses Material eine     verhältnismässig        niedrige    Maxi  malpermeabilität.  



  <I>Beispiel 6</I>  Das     Mol-Verhältnis    der drei Komponenten MO,       MnO    und     Fe203    ist das gleiche wie in     Beispiel    5,  aber MO     besteht    aus:

    2 Mal IM     Mg0     1     Mo1o/a        Cu0     2     Molo/o        Zn0     Die Herstellung des     Magnetkernes    folgt     den    glei  chen Methoden wie     in    den Beispielen 1, 3 und 5, mit  der     Ausnahme,    dass     Calcium    durch     Kupfer        ersetzt    ist.

    Die Eigenschaften     ringförmiger        Magnetkerne,    die in       Wasserdampf    bei 1315  C gebrannt     wurden,    sind:       B,    = 2300 Gauss       Bg    = 1800 Gauss       Ho    = 0,6     Oersted          ,uo    = 80       ,

  umax    = 6600       Beispiele    5 und 6 veranschaulichen die Wirkung  des     besonders    hohen     Mangan-Anteils.    (Die Zusam  mensetzung liegt meiner Ecke der im     Dreieck-          diagramm    gezeigten Fläche und stellt daher     nicht          die    günstigste     Oxydkompositiondar.)        Beispiel    6 zeigt  eine     bemerkenswert    hohe     Maximalpermeabiutät,

       welche die     Wirkung    des Kupferoxydes als     Flussmittel          aufzeigt.       <I>Beispiel 7</I>  5,0     Molo/a    MO  47,5     1M1        o/@        Mn0     47,

  5     Molo/o        Fe203     MO besteht aus  2     Moll/o.        Mg0     1     Mol        o/o        Ca0     2     Molo/o        Zn0     Die     Herstellung    ödes     Magnetkernes    ist     die-,gleiche     wie in den Beispielen 1, 3 und 5     beschrieben.    Die  Eigenschaften, gemessen an     Ringkernen;        sind    die fol  genden:

       BS    = 3200 Gauss       B,    = 2500 Gauss  Ho = 0,5     Oersted          yo    = 220       ,umax    = 2600  Diese     Zusammensetzung    repräsentiert einen weni  ger     :günstigen    Punkt im Stoffsystem,     indem    sie auf  der     47,5-Molo/o-Eisenoxyd-Grenzhnie        liegt.     



  <I>Beispiel 8</I>  <B>8,0</B>     Molo/o    MO  48,0     Mol9/o        MnO     44,0     Molo/a        Fe203     MO besteht .aus  3,0     Molo/o        Mg0     1,5     Mo10/9        Ca0     3,5     Mo10/9        Cu0     Die Herstellung des Magnetkernes folgt dem oben  beschriebenen Schema.

   Die     Cu-Kompanente    wird .als  basisches Kupferkarbonat     zugegeben.    Die     Eigen-          schaften        desgebrannten        Magnetkernes        werden    durch  die     folgenden    Zahlen     veranschaulicht:          B5    = 3040     Gauss          B,    = 2490 Gauss  <I>Ho</I> = 0,66     Oersted     <B>[to</B> = 140       ,@@max    = 2350  Ausbildung der Ecken:

   gut     erkennbar,    aber nicht       besonders        scharf.     



  <I>Beispiel 9</I>  15     MOlo/o    MO  48     Molo/o        MnO     37     Molo/o        Fe203     MO besteht aus  7     Molo/o        Mg0     2     Mol        o/o        Ca0     6     Molo/a        Zn0     Die     Herstellung.    des Magnetkernes ist     die        gleiche     wie     im    vorstehenden Beispiel angegeben.

       Die    Eigen  schaften nach dem ersten Brand bei 1320  C     und          einer        Wasserdampfbehandlung    bei 1175 C     ergeben          folgende        Messwerte:              Bn    = 2800 Gauss       B,    = 2150 Gauss       H,,    = 0,3     Oersted          /r"    = 123       nin@    =     3600     Ecken: gut ausgebildet.

      <I>Beispiel 10</I>  Das     Mol-Verhältnis    der drei     Komponenten    MO,       MnO    und     Fe203    ist das     gleiche    wie in Beispiel 9,  aber MO besteht aus:

    7     Molo/a        Mg0     2     Mol        o/a        CÜO     3     Mol        %        Zn0     3     Molo/a        Cd0     Die Herstellung des Magnetkernes ist die gleiche  wie bereits oben beschrieben.     Cd0        kann        eingeführt     werden als     CdC03.    Das Material wurde     in        einer          Wasserdampfatmosphäre    bei 1330 C ohne Nach  brand gefeuert.

   Der Magnetkern ist durch folgende  Eigenschaften charakterisiert:       B,    = 2600 Gauss       B,    = 2400 Gauss   &  = 0,35     Oersted          ,u.   <I>= 74</I>  <I>=</I> 2900  Form der Ecken: gut entwickelt.

    <I>Beispiel 11</I>  Das     Mol-Verhältnis    der drei     Komponenten    MO,       MnO    und     Fe.03    ist das gleiche wie in den Beispielen  9 und 10, aber MO besteht aus:  7,0     Mol11/9        Mg0     2,0     Molo/a        Cu0     6,0     Molo/o        Zn0       Beispiel MO     Mg0        Ca0        Cu0        Zn0        Cd0        MnO        Fe,03     1 20 9,6 2,6 - 7,8 - 47 33  2 20 9,6 - 2,6 7,

  8 - 47 33  3 20 9,6 2,6 - 7,8 - 38 42  4 20 9,6 - 2,6 7,8 - 38 42  5 5 2 1 - 2 - 62 33  6 5 2 - 1 2 - 62 33  7 5,0 2 1 - 2 - 47,5 47,5  8 8,0 3,0 1,5 3,5 - - 48,0 44,0  9 15 7 2 - 6 - 48 37  10 15 7 - 2 3 3 48 37  11 15 7,0 - 2,0 6,0 - 48 37  12 10 4,0 1,5 - 4,5 - 52 38    Die Herstellung des     Magnetkernes    ist die gleiche  wie im     vorausgehenden    Beispiel.

   Nach     einem        Brande     bei 1390  C in Stickstoff werden folgende     Eigenschaf-          ten    gefunden:       B\    = 2900 Gauss       B1.    = 2230 Gauss       H,    = 0,4     Oersted     = 120        < .t",.,1    = 2770  Ecken: scharf.  



  Die Zusammensetzung des     Ferritmaterials    der  nach den Beispielen 9, 10 und 11     erhaltenen    Magnet  keine liegt in der Mitte der im     Dreiecksdiagramm     eingetragenen Fläche und zeigen gute     allgemeine     Eigenschaften.  



  <I>Beispiel 12</I>  10     Molo/o    MO  52     Molo/o        Mn0     38     Malo/o        Fe..,03     MO besteht aus  4,0     Mo10/9        Mg0     1,5     Mol        o/o        Ca0     4,5     Molo/o        Zn0     Die Herstellung des Magnetkernes folgt dem oben  beschriebenen Schema.

   Das Material kann     entweder     in     einem        Verfahrensschritt    oder     in    zwei     Verfahrens-          schritten    gebrannt werden, wobei der Magnetkern       ungefähr    die gleichen     Werte    erreicht. Diese sind:       B'    = 2900 Gauss       B,    = 2050 Gauss       H,    = 0,35     Oersted          /ca    = 125       f@nia@    = 2900  Ecken: gut     ausgebildet.     



  Um die     LUbersicht    über die Beispiele zu erleichtern,  sind diese in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Ferromagnetischer Magnetkern aus Ferrit- material mit einer praktisch rechteckigen Hysterese- schleife, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit material eine Zusammensetzung entsprechend 27,5 bis 66 MolII/o Man;
    ganoxyd, 30 bis 47,5 Molo/a Eisen oxyd und 4 bis 25 Molo/o MO aufweist, in welcher Zusammensetzung MO, bezogen auf das Ferritmate- rial, zu mindestens 2 Moll'/o, aus MgO und zu insge samt höchstens 23 MolO/o aus mindestens einem der folgenden Oxyde, Ca0, Cu0, ZnO oder Cd0, be steht,
    wobei aber der Molo/a-Gehalt an MgO nicht grösser ist als die Hälfte des Molo/o-Gehaltes an MO. II. Verfahren zur Herstellung eines ferromagne- tischen Magnetkernes nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man 27,5 bis 66 Molo/a MnO, 30 bis 47,
    5 MolO/o Fe203 und insgesamt 4 bis 25 Mola/a MO, in welcher Zusammensetzung MO, bezogen auf das Ferritmaterial, zu mindestens 2 MolQ/o aus MgO und zu insgesamt höchstens 23 Moh/o aus mindestens einem der folgenden Oxyde, Ca0, Cu0, ZnO oder Cd0, besteht,
    wobei aber der Molo/o-Gehalt an MgO nicht grösser ist als die Hälfte des Moll/o-Gehaltes an MO, oder äquünolare Men gen beim Brennen in diese Oxyde übergehende Ver bindungen innig vermischt, den Magnetkern durch Pressen formt und brennt,
    wobei das Brennen min- destens zeitweise in einer inerten Gasatmosphäre erfolgt. UNTERANSPRÜCHE 1. Ferromagnetischer Magnetkern nach Patent anspruch I, dadurch :gekennzeichnet, dass MO min destens zwei der folgenden Oxyde, Ca0, Zn0, CaO und Cd0, enthält. 2.
    Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man den geformten Kern zuerst in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und anschlie ssend in Wasserdampf- oder einer andern inerten Gas atmosphäre brennt, wobei die Temperatur des zwein ten Brandes niedriger als die des ersten Brandes ist.
    3. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man als Verbindungen, die beim Brennen in die Oxyde übergehen, die Karbonate oder Oxalate verwendet.
    4. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man den Magnetkern durch Strangpressen formt. 5. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, d@ass man als inertes Gas Wasser dampf verwendet.
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