Vorrichtung für die Umwandlung von Energie einer Form in Energie einer anderen Form Im schweizerischen Patent Nr. 434 440 ist eine Vor richtung zur Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere Form, mit mindestens einer magnetischen Komponente, Mitteln zur Zuführung von Energie einer Form zu der magnetischen Komponente und Mitteln zur Abnahme der Energie in einer anderen Form von der magnetischen Komponente angegeben, die dadurch ge kennzeichnet ist, dass die magnetische Komponente eine plötzliche und reversible Zunahme der Sättigungsinduk tivität bei einer Temperatur unter ihrem Curie-Punkt aufweist.
Die vorliegende Erfindung schafft als Weiterbildung der im Hauptpatent beschriebenen Vorrichtung eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die magnetische Komponente eine Änderung ihrer Grössen- abmessung bei einem Temperaturwechsel unterhalb ihres Curie-Punktes erfährt, und dass ein an der magnetischen Komponente anliegendes Glied vorgesehen ist, dessen relative Bewegung von der Veränderung der Grössen- abmessung der magnetischen Komponente abhängt.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise be schrieben.
Die Zeichnung zeigt eine graphische Darstellung, die die durch Erhitzen und/oder Anwendung eines magneti schen Feldes hervorgebrachte Änderung der Abmessun gen zeigt, die bei einer magnetischen Komponente einer erfindungsgemässen Vorrichtung eintreten.
Zu den Materialien, die für magnetische Komponen ten in den erfindungsgemässen Vorrichtungen brauch bar sind, gehören Materialien, wie sie vollständiger in der schweizerischen Patentschrift Nr. 418 479 beschrie ben sind und die mindestens zwei aus den Gruppen BV, BIV und BVII des periodischen Systems der Elemente ge wählte Übergangselemente, von denen mindestens eines aus der ersten Reihe der genannten Übergangselemente entnommen ist, und mindestens ein aus den Elementen der Gruppe A'- Arsen, Antimon und Wismut gewähltes Element enthalten und die bei einer Temperatur unter halb des Curiepunktes des Materials eine maximale Sättigungsinduktion aufweisen.
In diesen Materialien bilden das oder die Elemente der Gruppe A" 5 bis 40 Atomprozent des Ganzen und sind im allgemeinen im Bereich von 5 bis 35 Atom prozent vorhanden. Es versteht sich, dass mindestens eines der Elemente der Gruppe A" Arsen, Antimon und Wismut stets in den Materialien vorhanden ist. Stick stoff und Phosphor können ebenfalls vorhanden sein.
Von den restlichen Bestandteilen bilden die Übergangs metalle der Gruppen BV, BVI, BVII des periodischen Systems, d. h. mindestens zwei der Elemente Vanadium, Chrom, Mangan, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und Rhenium, von denen mindestens eines der Elemente Vanadium, Chrom und Mangan vorhanden ist, 35 bis 95 Atomprozent, wobei jegliches andere vorhandene Element ein Metall aus den Gruppen II bis IV des pe riodischen Systems in einer Menge von nicht mehr als 30 Atomprozent vorhanden ist. Geeignete Beispiele der artiger anderer Elemente sind Cadmium, Gallium, In dium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkonium, Scandium, Yttrium, Magnesium und Zink. Gewöhnlich bildet eines der oben aufgezählten Übergangsmetalle den Hauptteil des Gehaltes des Materials an Übergangsmetall, wäh rend das zweite Übergangsmetall in einer geringeren Menge vorhanden ist.
Jedoch ist der Gehalt an dem zweiten Übergangsmetall in keinem Fall geringer als 0,1 Atomprozent, bezogen auf das gesamte Material.
Das periodische System der Elemente, auf das hier Bezug genommen wird, ist in Deming, General Chemi- stry , John Wiley & Sons, Inc., 5. Ausgabe, Kap. 11, enthalten.
Materialien, die für magnetische Komponenten be sonders brauchbar sind, enthalten Antimon, Mangan und mindestens ein zusätzliches übergangsmaterial, ins besondere Chrom, Vanadium, Molybdän oder Niob, und gewünschtenfalls ein oder mehrere zusätzliche Elemente, die aus der aus Indium, Cadmium, Blei, Zirkonium, Zinn, Gallium, Thallium, Scandium, Yttrium, Magne sium und Zink bestehenden Gruppe gewählt sind.
Beispiele von brauchbaren Materialien sind diejeni gen, die 5 bis 40 Atomprozent Antimon, 35 bis 91,9 Atomprozent Mangan und mindestens eines der Ele mente Chrom und Vanadium in einer Menge von 0,1 bis 38,5 Atomprozent sowie gewünschtenfalls eines der Elemente Cadmium, Gallium, Indium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkonium, Scandium, Yttrium, Magnesium und Zink in einer Menge von 0 bis 30 Atomprozent enthal ten, wobei die Prozentwerte so gewählt sind, dass sie insgesamt 100 % ergeben.
Andere brauchbare Materialien enthalten 5 bis 35 Atomprozent Antimon, 25 bis 75 Atomprozent Man gan, 0,1 bis 50 Atomprozent mindestens eines der Ele mente Molybdän und Niob sowie gewünschtenfalls 0 bis 30 Atomprozent eines der Elemente Cadmium, Gallium, Indium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkonium, Scandium. Yttrium, Magnesium und Zink.
Die vorstehenden Materialien können durch die For mel MnaXbZcSbd beschrieben werden, wobei X Chrom, Vanadium. Molybdän oder Niob, Z Indium, Cadmium, Gallium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkonium, Scandium, Yttrium, Magnesium oder Zink und a, b, c und d die Atomverhältnisse der verwendeten Elemente bedeuten und so gewählt sind, dass prozentuale Zusammensetzun gen innerhalb der oben angegebenen Bereiche erhalten werden. Materialien, in denen X und/oder Z eine Kom bination von zwei oder mehr Elementen darstellen, kön nen ebenfalls in den erfindungsgemässen Vorrichtungen verwendet werden.
Besonders brauchbare Materialien sind diejenigen, die 53,5 bis 91,9 Atomprozent Mangan, 8 bis 35 Atom prozent Antimon und 0,1 bis 38,5 .Atomprozent eines zusätzlichen Elementes, das aus der Gruppe Chrom, Vanadium und Gemische derselben gewählt ist, enthal ten. Diese Materialien können durch die Formei MnaXbSbd beschrieben werden, wobei X Chrom und/ oder Vanadium und a, b und d die oben angegebenen Atomverhältnisse der Elemente bedeuten und a, b und d insgesamt 1 ergeben. Besonders brauchbare Materia lien haben die Formel Mn2-xXxSb, wobei x 0,003 bis 0,41 bedeutet und es sich versteht, dass die Summe der unteren Indices von Mn, X und Sb 3 beträgt.
Andere brauchbare Materialien sind diejenigen, die 5 bis 35 Atomprozent Antimon, 35 bis 70 Atomprozent Mangan, mindestens eines der Elemente Chrom und Vanadium in einer Menge von 0,8 bis 25 Atomprozent sowie eines der Elemente Cadmium, Gallium, Indium, Blei, Thallium, Zinn, Zirkonium, Scandium, Yttrium. Magnesium und Zink in einer Menge von 0 bis 30 Atomprozent enthalten, wobei die Prozentwerte so ge wählt sind, dass sie insgesamt 100 0.'o ergeben.
Eisen-Rhodium-Legierungen sowie Eisen-Rhodium- Legierungen, die bis zu 20 Atomprozent, beispielsweise Mangan, Ruthenium, Iridium, Palladium, Silber, Gold und Platin, enthalten, sind ebenfalls brauchbar. Geeig nete Legierungen sind die von Fallot, Revue Scienti- fique 77, 498 (1939), Kouvel et al, General Eletric Research Report No. 61-RL-2870M und von P. H. L. Walter in den US-Patentschriften Nr. 3 140 941 und Nr. 3 140 942 beschriebenen.
Weitere Materialien, die verwendet werden können, enthalten Mangan in einer Menge von mindestens 40 Atomprozent, einen aus den Elementen Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Zink gewählten zweiten metallischen Bestandteil in einer Menge von 6 bis 25 Atomprozent und mindestens eines der Elemente Arsen, Antimon und Wismut in einer Menge von 25 bis 40 Atomprozent. Zusätzliche Bestandteile, die aus den Elementen der Gruppe AIII, BIII, AIV, BIV gewählt sind, können in einer Menge von 0 bis 12,5 Atomprozent ebenfalls vorhan den sein. Diese Materialien sind vollständiger in der US- Patentschrift Nr. 3 126 345 beschrieben.
Andere Materialien, die brauchbar sind, sind in der US-Patentschrift Nr. 3 126 346 beschrieben. Diese Ma terialien enthalten ein einziges Übergangsmetall, näm lich Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel, in einer Menge von 61 bis 75 Atomprozent und 25 bis 39 Atomprozent mindestens zweier Elemente, die aus Gallium, Germanium, Selen, Tellur, Arsen, Antimon und Wismut gewählt sind. von denen mindestens die überwiegende Menge in Atomprozent aus Arsen, Anti mon und/oder Wismut besteht.
Andere besonders wünschenswerte Materialien sind Mangan-Antimonarsenid und Mangan-Germaniumanti- monid, die 61 bis 75 Atomprozent Mangan, bis zu 20 .Atomprozent .Arsen oder Germanium und als Rest An timon enthalten. Weitere wünschenswerte Materialien sind Mangan-Kobaltantimonid, Mangan-Zinkantimo- nid und Eisen-Rhodium-Legierungen. Wie oben ange geben, kann das Vorhandensein von zusätzlichen Ele menten in dem Material manchmal eine günstige Wir kung haben.
Es ist für gewisse Anwendungen wünschenswert, dass der ferromagnetische Übergang bei niedriger Tem peratur über ein kleines Temperaturintervall eintritt und eine grosse Änderung der Sättigungsinduktion hervor ruft. Der Temperaturbereich, über den der Übergang eintritt, wird natürlich durch Änderungen der Zusam mensetzung der magnetischen Phase beeinflusst und kann so eingestellt werden, dass er für eine spezielle Vorrichtung geeignet ist. Die brauchbarsten Materialien weisen unterhalb der unteren ferromagnetischen Tem peratur eine Sättigungsind@ktion auf, die nicht mehr als ca. 1/10 der maximalen Sättigungsinduktion oberhalb die ser Temperatur beträgt.
Für viele Vorrichtungen ist ein Material, das eine sehr scharfe Zunahme der Sättigungsinduktion aufweist, erwünscht. Der Temperaturbereich, über den die Zu nahme der Sättigungsinduktion eintritt, kann leicht auf das Mindestmass herabgesetz werden, indem das Ma terial in Einkristallform erzeugt oder indem es abge schreckt und getempert wird. wie es in der US-Patent schrift Nr. 3 196 055 beschrieben ist. Dieses Verfahren umfasst das Abschrecken des geschmolzenen Materials auf eine Temperatur unterhalb seiner Verfestigungstem peratur, das Tempern bei einer höheren Temperatur un terhalb der Verfestigungstemperatur und das langsame Abkühlen.
Gewünschtenfalls kann dem geschmolzenen Material vor dem Abschrecken ein Reagenz, das mit Chalcogenen zu reagieren vermag, z. B. Aluminium, zu gesetzt werden.
Die genannten Materialien können durch Erhitzen von Gemischen der Elemente oder Verbindungen und Legierungen derselben auf eine Temperatur im Bereich von 600 bis 1500 C oder mehr hergestellt werden. Für Mangan-Chrom- und/oder Vanadiumantimonide werden gewöhnlich Temperaturen von 600 bis<B>1050</B> C oder vorzugsweise 700 bis 975 'C verwendet. Temperaturen von mindestens 850 \C sind im allgemeinen erforderlich. wenn das Material geschmolzen werden soll.
Die Herstellung eines typischen, in den erfindungs gemässen Vorrichtungen brauchbaren Materials wird ii den folgenden Abschritten beschrieben.
A. Ein inniges Gemisch von Mangan, Chrom, Ir dium und Antimon (55,5, 11,1, 16,7 bzw. 16,7 Aton Prozent) in feinzerteilter Form wurde in ein Ouarzrol gebracht, das dann evakuiert und zugeschmolzen wurde. Das Rohr wurde in einen Ofen bei 910 C gebracht und 22 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Das Quarzrohr wurde dann aus dem Ofen entfernt, schnell in Luft abgekühlt und geöffnet. Das Produkt war ein metallisch aussehender Klumpen, der bei 62'C eine maximale Sättigungsinduktion sowie obere (Curie-Punkt) und untere ferromagnetische Übergangstemperaturen von 238 C bzw. =20 C aufwies.
Zur Reinigung wurde ein Teil des Klumpens in einem Achatmörser gemahlen und mit zwei Chargen von 20 Gew.-% wässriger Weinsäure behandelt, gefolgt von einer Behandlung mit einer Lösung von 0,5 Gew.-% Picrinsäure und 3 Volumenprozent konzentrierter Salz säure in absolutem Äthanol. Nach jeder dieser Behand lungen wurde die getrocknete Festsubstanz in einem ma gnetischen Feld bewegt, um magnetisches von nicht magnetischem Material zu trennen. Das gereinigte Pro dukt gab das folgende Röntgenbeugungsdiagramm (nach Subtraktion schwacher Reflexe, die durch das Vorhan densein von Spuren Antimon, Indium und Indium- antimonid hervorgerufen wurden).
Netzebenenabstände sind in ngström-Einheiten ( ) angegeben. Die relativen Intensitäten sind folgender- massen bezeichnet: S bezeichnet die stärkste registrierte Linie; M,, 1I1 und XI, sind Linien mit mittlerer In tensität mit fortschreitend abnehmender Intensität; F bedeutet, dass die Linie schwach ist; VF und VVF be deuten sehr schwach bzw. ausserordentlich schwach.
EMI0003.0008
Röntgenbeugungsdiagramm
<tb> von <SEP> Chrom-Indium-Manganantimonid
<tb> Netzebenenabstände <SEP> Relative <SEP> Intensitäten
<tb> 6,5 <SEP> VVF
<tb> 3,46 <SEP> M2
<tb> 3,26 <SEP> M4
<tb> 2,89 <SEP> M2
<tb> 2,64 <SEP> M3
<tb> 2,16 <SEP> S
<tb> 2,04 <SEP> M1
<tb> 1,954 <SEP> VVF
<tb> 1,921 <SEP> VF
<tb> 1,757 <SEP> F
<tb> 1,729 <SEP> F
<tb> 1,630 <SEP> VF
<tb> 1,186 <SEP> NI.,
<tb> 1,443 <SEP> M,
<tb> 1,420 <SEP> VVF
<tb> 1,398 <SEP> F
<tb> 1,331 <SEP> VVF
<tb> 1,320 <SEP> F
<tb> 1,290 <SEP> VF
<tb> 1,273 <SEP> M4
<tb> 1,265 <SEP> VVF
<tb> 1,242 <SEP> VVF
<tb> 1,216 <SEP> VVF
<tb> 1,200 <SEP> M2
<tb> 1,190M4 Eine tetragonale Struktur von Cu2Sb-Typ mit Ele mentarzellenkonstanten ao = 4,08 und co = 6,51 ist mit diesen Daten in Obereinstimmung.
B. Eine zweite Probe wurde wie oben beschrieben hergestellt, wobei ein Erhitzungszyklus von 20 Stunden bei 920 bis 925 '-C verwendet wurde. Diese Probe wies bei 58'C maximale Sättigungsinduktion auf und hatte eine Curietemperatur von 243 bis 246 C. Nach Reini- gung durch Extraktion der Reihe nach mit Picrinsäure- konzentrierter Salzsäure in Äthanol und mit 5%iger wässriger Schwefelsäure und durch magnetische Schei dungen wurden die magnetischen Eigenschaften in einem Feld von 2000 Örsted bestimmt. Die Sättigung pro Gramm, 08, betrug bei 65 C über 20 Gauss cm3/g. Die Induktionskoerzitivkraft, @j, betrug bei 2,5'C 127 Örsted und bei 31 C 166 Örsted.
Die chemische Ana lyse des gereinigten Produktes lieferte die folgenden Er gebnisse (ausgedrückt in Gewichtsprozent): Sb 41,47, In 14,01, Mn 38,70 und Cr 0,84 0,89. Diese Analyse entspricht Mn1,53, Cr0,40, In0,26, Sb0,74. Andere Elemente, deren Vorhandensein bewiesen wurde, waren O (durch direkte Analyse) 1,49 %, Pb 0,2 bis 1,0 %, Sn 0,2 bis 1,0 %, Cu 200 bis 1000 Teile pro Million, Ni 300 bis 500 Teile pro Million und Si 100 bis 500 Teile pro Million.
C. Eine dritte Probe wurde hergestellt, wobei ein Erhitzungszyklus von 6 Stunden bei 800 bis 820 C verwendet wurde. Einkristalle wurden isoliert, indem sie von dem aus der Reaktion erhaltenen Klumpenprodukt abgespaltet wurde. Diese Kristalle wiesen bei 70 C eine maximale Sättigungsinduktion auf und hatten bei dieser Temperatur eine Sättigung pro Gramm, a,, von 26 Gauss cm3/g, gemessen in einem Feld von 14 400 Örsted. Die Magnetisierung in dem obigen Feld gegen die Tempe ratur war gleich, gleichgültig ob die Kristalle mit den Spaltebenen rechtwinklig oder parallel zum Feld orien tiert waren, und zeigte keine thermische Hysteresis. Die Änderung der Magnetisierung mit der Temperatur im Bereich der unteren ferromagnetischen Übergangstem peratur war sehr schnell.
Im vorstehenden wird auf zwei magnetische Eigen schaften, die für die technische Verwendbarkeit der Ma terialien wichtig sind, Bezug genommen, nämlich auf die Induktionskoerzitivkraft, H@i, und die Sättigung pro Gramm oder der Sigmawert, os. Die Definition der In- duktionskoerzitivkraft wird in der technischen Spezial veröffentlichung Nr. 85 der American Society for Testing Materials mit dem Titel Symposium an Magnetic Testing (1948), Seiten 191-198, gegeben. Die in dieser Beschreibung gegebenen Werte der Induktionskoerzitiv- kraft werden mit einem ballistischen Galvanometer be stimmt; dies ist eine abgeänderte Form des durch Davis und Hartenheim in Review of Scientific Instruments, 7, 147 (1936), beschriebenen Apparates.
Der Sigmawert, ay, ist auf den Seiten 7 und 8 in Bozorth, Ferro- magnetism , Van Nostrand Co., New York, 1951, de finiert. Dieser Sigmawert ist gleich der 'Iagnetisierungs- stärke, I@. geteilt durch die Dichte, d, des Materials. Die in dieser Beschreibung angegebenen Sigmawerte sind auf einem ähnlichen Apparat wie dem von T. R. Bardell auf Seiten 226-228 in Magnetic Materials in the Electric Industry , Philosophical Library, New York, 1955, be schriebenen bestimmt.
Eigenschaften <I>der Materialien</I> Die beschriebenen ferromagnetischen Materialien sind durch eine scharfe und reversible Zunahme der Sättigungsinduktion mit der Temperaturerhöhung bei einer Temperatur unterhalb des Curie-Punktes gekenn zeichnet. Die Temperatur, bei der diese Zunahme ein tritt, wird oft als die untere ferromagnetische Übergangs temperatur bezeichnet, um sie von der oberen über- gangstemperatur oder dem Curie-Punkt zu unterschei den.
Die ungewöhnliche Abhängigkeit der Magnetisie- rung von der Temperatur bei der unteren L\bergangs- temperatur ergibt sich, wie man annimmt, aus einem Übergang von einem antiferromagnetischen Zustand in einen ferromagnetischen Zustand. Demgemäss nimmt man an, dass bei der Übergangstemperatur der gesamte quantenmechanische Austausch zwischen benachbarten Teilgittern das Vorzeichen ändert, und man nimmt fer ner an, dass diese Austauschinversion der beobachteten Änderung der magnetischen Eigenschaften zugrunde liegt.
Der Übergang ist ein Übergang nach der ersten Ordnung von fester Phase zu fester Phase unter Beibe haltung der Kristallsymmetrie, und jedes magnetische Material, das einen derartigen Übergang aufweist, kann erfindungsgemäss verwendet werden.
Zusätzlich zu der Zunahme der Sättigungsinduktion mit der Temperaturerhöhung bei der Temperatur der Austauschinversion weisen die Materialien Änderungen anderer Eigenschaften auf, die als Grundlage für das Arbeiten der Vorrichtungen verwendet werden können. Vorzugsweise nimmt die Sättigungsinduktion mindestens fünffach und noch bevorzugter mindestens zehnfach zu. Gleichzeitig ändert sich der spezifische elektrische Wi derstand um mindestens 10 0;'o, vorzugsweise 20 01o, und die Kristallabmessungen um mindestens 0,1 0/o, vorzugs weise 0,2 0''o. Andere Eigenschaften ändern sich bei der Temperatur der Austauschinversion in entsprechender Weise.
Zur Erläuterung werden unten für Mangan- Chrom- und Mangan-Vanadiumantimonide repräsenta tive Eigenschaften bei verschiedenen Temperaturen dis kutiert. Wie vorstehend angegeben, können diese Ma terialien gewünschtenfalls zusätzliche Elemente, z. B. Indium, enthalten.
Für Materialien, die im feldfreien Raum oder in einem sehr geringen magnetischen Feld eine Austausch inversion oberhalb ca. -70 C aufweisen, tritt beim Ab kühlen ein direkter Übergang von einem ferrimagneti- schen Zustand in einen antiferromagnetischen Zustand ein. Es wurde jedoch gefunden, dass Materialien, die eine Austauschinversion bei einer niedrigeren Tempera tur -haben, einen intermediären Zustand aufweisen, und bei genügend niedrigen Temperaturen, d. h. unter ca. -170 C, wird nur der Übergang zwischen dem ferri- magnetischen Zustand und diesem intermediären Zu stand beobachtet.
Alle Übergänge zwischen den drei Zuständen sind im thermodynamischen Sinne Übergänge der ersten Ordnung. Obgleich die Natur des intermediä ren Zustandes nicht vollständig verständlich ist, ist die magnetische Struktur in diesem Zustand von der Struk tur in den oben erwähnten antiferromagnetischen und ferrimagnetischen Zuständen verschieden.
Die für magnetische Komponenten in erfindungs- gemässen Vorrichtungen brauchbaren Mangan-Chrom- und Mangan-Vanadiumantimonide besitzen eine tetra- gonale Kristallstruktur des Cu2Sb-Typs. Die Symmetrie dieser Struktur bleibt unverändert, wenn die Materialien unter Durchlaufen der unteren Übergangs- oder Aus tauschinversionstemperatur erhitzt oder abgekühlt wer den. Natürlich können andere Strukturen, wie z. B. MnSb und nicht umgesetzte Bestandteile, ebenfalls vor handen sein, aber es ist für viele Anwendungen wün schenswert, dass derartige verunreinigende Strukturen praktisch nicht vorhanden sind.
Anderseits wird für ge wisse Anwendungen das tetragonale Material mit ande ren Substanzen, z. B. Kunststoffen oder Substanzen mit herkömmlichen magnetischen Eigenschaften, kombiniert, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise können durch Kombination mit einer magnetischen Sub stanz, die die herkömmliche Abhängigkeit der magneti- sehen Eigenschaften von der Temperatur aufweist, zu sammengesetzte Materialien mit äusserst neuartigen magnetischem Verhalten erhalten werden, wie weite unten vollständiger beschrieben wird.
Die Mangan-Chrom- und Mangan-Vanadiumanti- monide weisen Spaltebenen rechtwinklig zur c-Achs@ auf und haben gewöhnlich Curie-Temperaturen im Be@ reich von 180 bis 300 C. Die Materialien schmelze gewöhnlich bei ca. 900 C oder höher und besitzen be@ Zimmertemperatur Dichten im Bereich von 7,0 bi: 7,2 g/cm3. Manche Materialien weisen beim Übergan@ thermische Hysteresis auf, d. h. der Übergang tritt be@ einer höheren Temperatur ein, wenn man sich ihm vor einer Temperatur unterhalb der Übergangstemperatu@ nähert, als wenn man sich ihm von einer Temperatu@ oberhalb der Übergangstemperatur nähert.
Diese Hy steresis, die von weniger als 1 C bei Materialien mit ge ringer Hysteresis bis zu 20 C oder mehr bei mancher Produkten variiert, kann unter gewissen Umständen er wünscht sein. Wenn jedoch die Temperaturhysteresis ge nügend gross ist, um in das richtige Arbeiten einer Vor richtung einzugreifen, kann die Hysteresis gewöhnlich durch eine Erhöhung des angewendeten magnetischen Feldes in einem geeigneten Stadium in dem Hysteresis zyklus auf ein annehmbares Niveau herabgesetzt wer den. Andere Eigenschaften gewisser Mangan-Chrom- und Mangan-Vanadiumantimonide sind unten in Ta bellenform wiedergegeben.
EMI0004.0022
Eigenschaften <SEP> von <SEP> Mangan-Chrom und <SEP> Mangan-Vanadiumantimoniden
<tb> Eigenschaft1 <SEP> Wert <SEP> T K
<tb> Youngmodul
<tb> (Einkristall;
<tb> Mn <SEP> 65,2 <SEP> %; <SEP> Cr <SEP> 1,5 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 33,3 <SEP> %)
<tb> a-Achse, <SEP> AF <SEP> 14,5 <SEP> X <SEP> 1011 <SEP> Dyn/cm2 <SEP> 115
<tb> F <SEP> 13,3 <SEP> X <SEP> 1011 <SEP> Dyn/cm2 <SEP> 130-300
<tb> Schermodul
<tb> (polykristallin;
<tb> Mn <SEP> 63,4 <SEP> %;
<SEP> Cr <SEP> 3,3 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 33,3 <SEP> %)
<tb> AF <SEP> 2,85 <SEP> X <SEP> 1011 <SEP> Dyn/cm2 <SEP> 307
<tb> F <SEP> 3,03 <SEP> X <SEP> 1011 <SEP> Dyn/cm2 <SEP> 307
<tb> Linearer <SEP> Ausdehnungs koeffizient
<tb> (Mn <SEP> 62,7-66,0 <SEP> %;
<tb> Cr <SEP> 0,6-4,0 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 31,6-33,3 <SEP> %;
<tb> In <SEP> 0-1,7 <SEP> %)
<tb> a-Achse, <SEP> AF <SEP> 10 <SEP> X <SEP> 10-6 C-1 <SEP> 100
<tb> 13 <SEP> X <SEP> 10-6 C-1 <SEP> 200
<tb> 15x10-<B><I>6</I></B> C-t <SEP> 300
<tb> F <SEP> 30x10-<B><I>6</I></B>0C-1 <SEP> 150
<tb> 29 <SEP> x10-s C-1 <SEP> 200
<tb> 26 <SEP> x <SEP> 10-6 C-1 <SEP> 300
<tb> c-Achse, <SEP> AF <SEP> 20x10-s C-1 <SEP> 100
<tb> 33 <SEP> x <SEP> 10-6 C-1 <SEP> 200
<tb> 43 <SEP> x <SEP> 10-6 C-1 <SEP> 300
<tb> F <SEP> <B>11X10-6"C-1</B> <SEP> 200
<tb> 22x <SEP> 10-6 C-1 <SEP> 300
EMI0005.0000
EMI0005.0001
Eigenschaft1 <SEP> Wert <SEP> T <SEP> K
<tb> Restinduktions5
<tb> (Mn <SEP> 63,4 <SEP> %;
<SEP> Cr <SEP> 3,3 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 33,3 <SEP> %)
<tb> Nach <SEP> Entfernung <SEP> des
<tb> sättigenden <SEP> Feldes <SEP> 1600 <SEP> Gauss <SEP> 300
<tb> Nach <SEP> Entfernung <SEP> des
<tb> sättigenden <SEP> Feldes <SEP> und
<tb> thermischem <SEP> zyklischem
<tb> Überführen <SEP> in <SEP> den <SEP> AF Zustand <SEP> und <SEP> zurück <SEP> 300 <SEP> Gauss <SEP> 300
<tb> Spezifischer <SEP> elektrischer
<tb> Widerstand
<tb> (Mn <SEP> 64,6-66,4 <SEP> %;
<tb> Cr <SEP> 0,3-2,9 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 30,9-33,3 <SEP> %;
<tb> In <SEP> 0-1,7 <SEP> %)
<tb> AF <SEP> 35 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 4
<tb> 95 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 50
<tb> 175 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 100
<tb> 265 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 200
<tb> 305 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 300
<tb> F <SEP> 5 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 4
<tb> 20 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 50
<tb> 50 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 100
<tb> 135 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 200
<tb> 210 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 300
<tb> 265 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 400
<tb> I <SEP> 25 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 4
<tb> 65 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 50
<tb> 125 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> Ohm <SEP> cm <SEP> 100
<tb> Thermokraft <SEP> gegen
<tb> Cu
<SEP> (Mn <SEP> 65,0-65,9 <SEP> %;
<tb> Cr <SEP> 0,8-1,7 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 33,3 <SEP> %; <SEP> Tt <SEP> unter
<tb> 210 <SEP> K) <SEP> 7-8 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> Volt/ C <SEP> 300
<tb> Wärmeleitfähigkeit
<tb> (Mn <SEP> 64,6 <SEP> %; <SEP> Cr <SEP> 2,9 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 30,9 <SEP> %;
<SEP> In <SEP> 1,6 <SEP> %)
<tb> AF <SEP> 0,059 <SEP> Watt/cm <SEP> C <SEP> 208
<tb> AF <SEP> 0,049 <SEP> Watt/cm <SEP> C <SEP> 273
<tb> F <SEP> 0,060 <SEP> Watt/cm <SEP> C <SEP> 303
<tb> Wärmeinhalt <SEP> bei
<tb> konstantem <SEP> Druck
<tb> (Mn <SEP> 64,3-65,2 <SEP> %;
<tb> Cr <SEP> 1,5-3,3 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 31,6-33,3 <SEP> %;
<tb> In <SEP> 0-1,7 <SEP> %) <SEP> 13,2 <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 100
<tb> 19,4 <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 200
<tb> 22,0 <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 300
<tb> Übergangsentropie6
<tb> (Mn <SEP> 62,7-65,2 <SEP> %;
<tb> Cr <SEP> 0,7-4,2 <SEP> %;
<tb> Sb <SEP> 30,9-33,3 <SEP> %;
<tb> In <SEP> 0-1,7 <SEP> %) <SEP> 0,35 <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 150
<tb> 0,40 <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 200
<tb> 0,31 <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 300
<tb> <B>0,11</B> <SEP> cal/Mol <SEP> C <SEP> 400 Die in vorstehender Tabelle hochgestellten Zahlen bedeuten: Das bei der Herstellung von Proben für die Messung verwendete Material ist in Klammern angegeben.
EMI0006.0000
2 Druckänderung pro Grad Änderung der Übergangs temperatur bei konstantem Feld.
3 Probe in ferrimagnetischem Zustand, korrigiert für die bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der Austauschinversion beobachtete Restmagnetisierung. Verfahren (b).
4 Feldänderung pro Grad Änderung der Übergangs temperatur bei konstantem Druck.
5 Siehe Bozorth, loc. cit., Seiten 4 und 5.
6 Berechnet mittels der Beziehung von Clausius-Cla- peyron aus den Feldkoeffizienten und der Änderung der Magnetisierung bei der Austauschinversion. Die berechneten Werte stimmen mit den durch direkte kalorimetrische Messung bestimmten Werten überein. <I>Zusammengesetzte Komponenten</I> In gewissen erfindungsgemässen Vorrichtungen wird eine zusammengesetzte magnetische Komponente ver wendet, die aus einem magnetischen Material des oben beschriebenen Typs (1. Element) in Kombination mit einem magnetischen Material des üblichen Typs, näm lich einem Material, dessen Magnetisierbarkeit unter halb des Curie-Punktes bei zunehmender Temperatur monoton abnimmt und bei höheren Temperaturen 0 ist (2. Element), besteht.
Durch geeignete Wahl dieser Ele mente können zusammengesetzte magnetische Kompo nenten konstruiert werden, die in einem schmalen Tem peraturbereich ein ausgeprägtes Maximum der Sätti gungsinduktion und sowohl bei niedrigeren als auch bei höheren Temperaturen eine viel geringere Induktion auf weisen. Es können auch zusammengesetzte Komponen ten konstruiert werden, deren Sättigungsinduktion in nerhalb eines schmalen Temperaturbereiches ein Mini mum ist oder innerhalb eines gewünschten Temperatur bereiches praktisch konstant ist.
Das folgende Beispiel erläutert die direkte gegen seitige Umwandlung von thermischer und mechanischer Energie ineinander in einer Vorrichtung auf der Basis einer Komponente, die aus einem Material mit Aus tauschinversion bestand. In dieser Vorrichtung wurde eine magnetische Komponente aus einem Einkristall in Form eines Parallelepipedes mit Kanten von 5,08 bis 7,62 mm verwendet. Eine Seite des Parallelepipedes wurde stark poliert, und in der entgegengesetzten Seite wurde eine kleine V-förmige Kerbe angebracht. Das Par allelepiped wurde mit der Seite mit der V-förmigen Kerbe nach oben auf den Boden eines Quarzrohres ge stellt, und ein Quarzstab wurde vertikal so angebracht, dass sein unteres Ende in die Kerbe eingriff.
Der Stab besass die Freiheit, sich in vertikaler Richtung zu bewe gen, und das obere Ende des Stabes setzte den Kern eines Differentialtransformators in Bewegung. Die Wick lungen des Transformators waren auf dem oberen Teil des Quarzrohres montiert, so dass der Ausgang des Transformators die relative Bewegung zwischen Stab und Rohr anzeigte. Durch Eichung mit Präzisionsmess- klötzen wurde festgestellt, dass selbst so kleine Bew@ gungen des Stabes wie 2,54 X 10-4 mm bestimmt wei den konnten. Im Betrieb wurde das untere Ende d@n Quarzrohres, das die magnetische Komponente enthiel mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 C/Minute erhit@ oder abgekühlt, und die durch die thermische Ausdel nung oder Zusammenziehung der Komponente e@ zeugte mechanische Bewegung des Quarzstabes wur@ durch den Ausgang des Differentialtransformators ang@ zeigt.
In der Zeichnung ist die Beziehung zwischen Te@ peratur der Komponente und Bewegung des Stabes b@ Temperaturen in der Nähe der Temperatur der Au tauschinversion für Vorrichtungen angegeben, bei dene die Bewegung des Stabes Änderungen der Abmessung@ parallel zu den kristallographischen a- bzw. c-Richtu@- gen der magnetischen Komponente aus einem Manga@ Chromantimonid mit der Zusammensetzung 65,5 Aton Prozent hin, 1,7 Atomprozent Cr und 32,8 Atompr@ zent Sb zuzuschreiben ist. Es ist offensichtlich, dass d@ Bewegung des Stabes bei Verwendung der beschriebene Vorrichtung zur Temperaturanzeige benützt werde kann und dass eine Umwandlung in eine Vorrichtu@g zur Temperatursteuerung leicht herbeigeführt werde kann.
Durch Thermostatisieren des Materials mit Au@ tauschinversion können derartige Vorrichtungen für @ Verwendung zur Richtungssinnbestimmung der magnet@ sehen Feldstärke abgeändert werden.