DD211422A1

DD211422A1 - Verfahren zum einstellen einer speziellen hystereseschleife in amorphen legierungen

Info

Publication number: DD211422A1
Application number: DD24472182A
Authority: DD
Inventors: Juergen Schneider; Bernd Springmann
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1984-07-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik. Ihr Ziel ist es, einen Induktionshub > gleich 1T bei einer Feldstaerkeaussteuerung < gleich 1A/cm im Falle amorpher bzw. teilweise amorpher Legierungen u. eine Verschiebung der inneren B(H)-Schleife in positiver oder negativer Richtung nach vorangegangener Aufmagnetisierung zu ermoeglichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auf dem Wege der Ausbildung einer zweiten magnetischen Phase in amorphen bzw. teilweise amorphen Legierungen in Band- oder Drahtform eine Erhoehung des Induktionshubes bei kleinen Feldaussteuerungen sowie die Existenz eines wirksamen inneren entmagnetisierenden Feldes im Falle der Messung der inneren Magnetisierungsschleifen nach vorangegangener Aufmagnetisierung sichert. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine zweite ferromagnetische Phase in Form von Ausscheidungen ausgebildet wird, die die Bedingungen - geringe Groesse, - geringes Gesamtvolumen der Ausscheidungen, - hohe Werte der Saettigungsmagnetisierung, - Koerzitivkraft H tief c groesser als die der Matrix (H tief c etwa 1 - 10A/cm) erfuellt. Anwendungsgebiete der Erfindung sind weichmagnetische Werkstoffe zur Impulsanwendung, Schalt- und Schutzvorrichtungen sowie fuer Mess- und Speicherkerne.

Description

Verfahren zum Einstellen einer speziellen Hystereseschleife in amorphen Legierungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik« Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind weichmagnetische Werkstoffe für Impulsanwendung, Schalt- und Schutzvorrichtungen sowie für Meß- und Speicherzwecke·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Allgemein bekannt sind Verfahren zur Einstellung von bestimmten Hystereseschleifen in kristallinen Werkstoffen. Speziell für Impulsanwendung in der E/E, u. a. für unipolar betriebene Drosseln und Impulsübertragung, wurden Magnetwerkstoffe erforderlich und Verfahren für ihre Herstellung bekannt, die eine niedrigere Remanenz sowie niedrigere Verluste dieser Werkstoffe und gleichzeitig eine hohe differentielle Permeabilität bis zu möglichst hohen Aussteuerungsfeldstärken (Magnetwerkstoffe mit ?-~chleife oder Stufenschleife) sichern. Bei der Verwendung von kristallinen weichmagnetischen Legierungen für Impulsanwendung mit unipolarem Betrieb entstehen, infolge der Herstellung dünner Bänder mit einer Vielzahl von Walzschritten mit erforderlichen Zwischenglühungen und der mehrstündigen Abschlußglühung bei Temperaturen oberhalb 1000 ⁰C, sehr hohe Kosten,

Zur Beseitigung dieses Mangels sind Verfahren bekannt geworden, die die Verwendung amorpher weichmagnetischer Werkstoffe vorsehen, da dadurch die Herstellung dünner Bänder wesentlich verbilligt wird. So ist nach der DE-Äs 27 09 626 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Band aus einer weichmagnetischen amorphen Metallegierung oder ein daraus gewickelter Magnetkern zunächst bei einer Temperatur oberhalb der Curie temperatur und unterhalb der Kristallisationstemperatur der Legierung zur mechanischen Entspannung geglüht wird· Die Legierung wird dann kontrolliert auf eine Temperatur unterhalb der Curie temperatur abgekühlt,, wobei das Glühen und Abkühlen an Luft oder anderen oxidierenden Medien erfolgt. Der Mangel des Verfahrens besteht darin, daß damit nur we ichmagne tische- amorphe Legierungen hergestellt werden können, deren nutzbarer Induktionshub * B - 0,8 T bei einer Feldstärkeaussteuerung von etwa 1 A/cm beträgt,, im Vergleich zu kristallinen Materialien für Impulsanwendungen bei denen nutzbare Induktionshübe bis zu 1,2 - 1,4 T bei gleicher Aussteuerung erreichbar sind. Ursächlich für die geringe Größe des Induktionshubes vom Feld UuIl bis zu kleinen endlichen Werten des angelegten Feldes und die unzureichende Größe' der differentiellen Permeabilität bei den amorphen Legierungen sind die niedrige Sättigungsmagnetisierung, did Höhe der Remanenz, die geringe Magnetisierbarkeit im Bereich kleiner Felder sowie das Hichtauftreten einer perminarähnlicheη Hystereseschleife (Stufenschleife) im Vergleich zu den kristallinen Legierungen, Weder bei den kristallinen noch bei den amorphen weichmagnetischen Legierungen läßt sich eine durch die innere Struktur des Materials bedingte wesentliche Verschiebung der inneren ß (H) - Schleifen (Asymetr,ie der Magnetisierungsschleifen) wahlweise in positiver oder negativer Richtung nach einer vorangegangenen Aufmagnetisierung erreichen.,Ursächlich dafür ist das Fehlen eines

wirksamen inneren Feldes_;(gegeben z. B. durch eine zweite magnetische Phase) für eine Verschiebung der meßbaren inneren Magnetisierungsschleifen .

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Irluktionsiiub - 1 T bei einer Feldstärkeaussteuerung - 1 A/cm im Falle amorpher bzw. teilweise amorpher Legierungen zu erzielen und eine Verschiebung der meßbaren inneren B (H) - Schleife in positiver oder negativer Richtung des angelegten äußeren Feldes nach einer vorangegangenen Aufmagnetisierung zu ermöglichen«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ^erfahren anzugeben, das auf dem Wege der Ausbildung einer zweiten magnetischen Phase in amorphen bzw. teilweise amorphen Legierungen in Band- oder Drahtform, eine Erhöhung des Induktionshubes bei kleinen Feldaussteuerungen sowie die Existenz eines wirksamen inneren Feldes und damit eine Verschiebung der meßbaren inneren Magnetisierungsschleifen nach einer vorangegangenen Aufmagnetisierung sichert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine zweite ferromagnetische Phase in Form von Ausscheidungen bzw. Fluktuationen in der chemischen Zusammensetzung ausgebildet wird, die die Bedingungen

- geringe Größe der Ausscheidungen bzw. geringe Wellenlänge durch ehem. Fluktuationen

- geringes Gesamtvolumen der Ausscheidungen

- hohe Werte der Sättigungsmagnetisierung, z. B₉ <x Fe-Ausscheidungen in Fe-Basislegierungen

- Koerzitivkraft H_n größer als die der Matrix (H., etwa 1-10 A/cm)

erfüllte

Ferner sollen die Ausscheidungen der zweiten Phase eine geringe Beeinflussung der Magnetisierungsprozesse in der Matrix bewirken und keine wirksame magnetische Anisotropie senkrecht zu der Band- oder Drahtfichtung ergeben, Für die Ausbildung einer zweiten Phase sind erfindungsgemäß entscheidend:

- geeignete Auswahl der Legierungszusammensetzung an Hand des Kristallisationsverhaltens, so das die Ausbildung einer zweiten magnetischen Phase wie ζ. Β. <κ -Fe oder Go-Phasen bei der unvo11ständigen raschen Erstarrung und/oder thermischen Behandlung gewährleistet wird,

- die geeignete Wahl der Verfahrensparameter bei der Herstellung schnell abgekühlter Materialien in Band~ oder Drahtform nach bekannten Verfahren, so.daß eine unvollständige Abkühlung bei der Herstellung und damit die Keimbildung von Kristalliten einer derartigen zweiten¹ magnetischen Phase begünstigt wird und

- eine anschließende Wärmebehandlung bei mindestens 80 C unterhalb der Kristallisationstemperatur für.kurze Anlaßzeiten (ca. 1/2 bis 2 h) ohne die sonst übliche Sntspannungsglühung nahe der Kristallisationstemperatiar, die die gewünschte Ausscheidungsstruktur bezüglich der zweiten magnetischen Phase durch strukturelle Relaxationen beim Niedrigtemperaturanlassen ergibt.

Das Vorhandensein und die Ausbildung der zweiten magnetischen Phase kann rö'ntgenographisch und elektronenmikroskopisch sowie durch Messungen von physikalischen Größen wie Koerzitivkraft, elektrischer Widerstand, Dichte nachgewiesen werden. So gestattet die Messung der Koerzitivfeidstärke nach der jeweiligen thermischen Behandlung oder bei der thermischen Behandlung im Falle der ümmagnetisierung in positiver sowie negativer Richtung der Band- bzw. Drahtachse (H . H )

c c

eine direkte Kontrolle der Ausbildung der zweiten magnetischen Phase und die Festlegung der optimalen Gliihbehandlang für eine maximale Verschiebung der inneren Magnetisierungsschleifen nach vorangegangener Aufmagnetisierung und das Erreichen hoher Induktionshübe bei kleinen Feldaussteuerungen.

Zur Kennzeichnung des gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Lösungsweges kann ferner festgestellt werden, daß im Falle von Glühungen bei Temperaturen Ij. nahe der Kristallisationstemperatur (im Bereich von T. * T₁ . , - 70 C; T₁ .1 — Kristallisationstemp.), 'die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, sich sowohl im Falle eines oxidierenden Mediums (Luft) wie auch eines nichtoxidierenden Mediums (Wasserstoff) die bereits in. DD-AS 2709626 bzw. Datta u. a., ?roc. 4th Conf. on Rapidly Quenched Metals, Sendai (1981) S. 1007 beschriebenen flachen Hystereseschleifen (F-Schleifen) ergeben.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1 ·

Aus einer amorphen Fen·, Si^B. ,Cp-Legierung mit einem röntgeno graphisch nachweisbaren sehr geringen kristallinen Phasenanteil im Ausgangszustand wird ein Bandringkern hergestellt. Im Ausgang3zustand werden bei einer Feldaus steuerung von H = 1 A/cm folgende Werte gemessen:

H₀ = 200 mA/cm

B_a = 0,73 T

B_r = 0,7 T

Eine Verschiebung der inneren Magnetisierungsschleifen nach vorangegangener Aufmagnetisierung wird nichibeobachtet« nachdem der Bandringkern einer Wärmebehandlung bei einer Glühtemperatur T_Q = 335 ⁰C und einer Glühzeit fc_Q = 1 h an Wasserstoff unterzogen wurde mit nachfolgender Ofenabkühlung bis auf 100^0 und weiterer Abkühlung bis Raumtemperatur an Luft, v^erden bei gleicher Peldaussteuerung nach vorangegangener Aufmagnetisierung folgende Werte gemessen

H_Q = 94 mA/cm

B_o = 0,78 T

Pig. 1 zeigt die Abhängigkeit des Indukstionshubes λ Β nach der Wärmebehandlung bei einer ^eldaussteuerung mit sin-Halbwellen. Dabei bedeutet die Kurve 1 eine Frequenz von 50 Hz, Kurve 2 von 100 Hz und Kurve 3 von 400 Hz, Fig. 2 stellt die Temperaturabhängigkeit des Induktions-— hubes Δ B bei Messungen in einem Feld H = 1 A/cm nach vorangegangener Aufmagnetisierung dar.

Bei unipolarer Aussteuerung und einem Feld H = 300 mA/cm ergibt sich ein nutzbarer InduktionshubΔ B = 1,15 T.

Beispiel 2

Ein Bandringkern wird aus einer amorphen Fe^pV⁰A/®i-2A^20~ Legierung mit einein r ö'ntgenogr aphis ah. noch nachweisbaren sehr geringen kristallinen Phasenanteil im -^usgangszustand hergestellt. Nach einer Wärmebehandlung bei einer Glühtemperätur Tq = 275 ⁰C und einer Glühzeit Jt^ von 30 min an Luft mit anschließender Ofenabkühlung ergibt sich nach vorangegangener Aufmagnetisierung bei unipolarer Aussteuerung Λ H = 500 mA ein nutzbarer Induktionshub

Claims

"findungsanspruch

Verfahren zum Einstellen einer speziellen Hystereseschleife in amorphen "bzw. teilweise amorphen Legierungen in Band- oder Drahtform gekennzeichnet dadurch, daß durch die Auswahl der Legierungszusammensetzung, Wahl der Verfahrensparameter bei der Plerstellung sowie einer anschließenden Wärmebehandlung bei einer Glühtemperatur, die mindestens 80 ⁰G unterhalb der Kristallisationstemperatur liegt und einer Glühzeit t« von vorzugsweise ¹/2 bis 2 h eine amorphe Legierung mit einem geringen Volumenanteil einer zweiten magnetischen Phase mit einer Koerzitivkraft und Sättigungsmagnetisierung größer als die der Matrix, der Art entsteht, daß keine wirksame magnetische Anisotropie senkrecht zur Band- oder Drahtrichtung auftritt.

Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß amorphe Legierungen der Zusammensetzung ^^qqq__x (Si, B, G, Al) mit 10 - χ - 25 mit einem rö'ntgenographisch nachweisbaren kristallinen Phasenanteil'einer Glühbehandlung im Bereich von 300 bis 3 weise ¹/2 bis 2 h unterzogen werden.

behandlung im Bereich von 300 bis 360 ⁰G für vorzugs-

Hierzu 1 Seite Zeichnungen