DE10050369A1 - Ferrit auf NiMnZn-Basis - Google Patents

Ferrit auf NiMnZn-Basis

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Abstract

In einem Ferrit auf NiMnZn-Basis liegen die Hauptkomponenten innerhalb der Bereiche vor: Fe¶2¶O¶3¶ = 53 bis 59 Mol-%, MnO = 22 bis 41 Mol-%, ZnO = 4 bis 12 Mol-% und NiO = 2 bis 7 Mol-%, und die Nebenkomponenten des genannten Ferrits auf NiMnZn-Basis liegen innerhalb der Bereiche vor: SiO¶2¶: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, CaO: 0,008 bis 0,17 Gew.-% und P: 0,0004 bis 0,01 Gew.-%.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ferrit auf NiMnZn-Basis, der für Kerne für Transformatoren und Drosselspulen verwendbar ist, die in breiten Temperaturbereichen verwendet werden können, sowie auf Transformatoren und Drosselspulen, in denen dieser verwendet wird.
Ein Ferrit auf Mn-Zn-Basis weist im Vergleich zu anderen Ferrit-Werkstoffen und weichmagnetischen Metall-Werkstoffen einen geringen Leistungsverlust und eine verhältnismäßig hohe Sättigungs-Magnetflussdichte auf, wenn er als Kern für einen Transformator für Stromnetzverteiler eingesetzt wird, die in Fre­ quenzbereichen von einigen 10 kHz bis zu mehreren 100 kHz verwendet wer­ den. Er stellt daher einen wichtigen Werkstoff für Kerne für Transformatoren und Drosselspulen dar.
Neuerdings hat jedoch mit der zunehmenden Miniaturisieung von elektroni­ schen Vorrichtungen und der Erzielung einer hohen Leistungsabgabe die Nachfrage nach ihrer Verwendung unter hohen Temperaturbedingungen bei deren Verwendung als Teilen von Fahrzeugen (mindestens 100°C, vorzugs­ weise 150°C) zugenommen und konventionelle Ferrit-Werkstoffe weisen eine unzureichende Sättigungs-Magnetflussdichte Bs auf, insbesondere eine unzu­ reichende Sättigungs-Magnetflussdichte Bs in hohen Temperaturbereichen.
In JP-B-63-59241 und JP-B-63-59242 sind Ferrit-Werkstoffe beschrieben, in denen mindestens einer der Ni-, Mg- und Li-Ferrite anstelle von Teilen aus ei­ nem Ferrit auf Mn-Zn-Basis verwendet wird, um geringe Energieverluste bei der Verwendung bei 150°C oder höher und eine hohe magnetische Stabilität zu erzielen, die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs bei hoher Temperatur ist je­ doch unzureichend.
In JP-A-2-83218 ist ein Ferrit auf NiMnZn-Basis beschrieben, in dem die Sta­ bilität der magnetischen Eigenschaften bei hoher Temperatur und unter einem hohen Magnetfeld hoch ist, die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs hoch ist und die Leistungsverluste niedrig sind. Die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs bei hoher Temperatur ist jedoch unzureichend.
Bei den oben genannten konventionellen Ferrit-Werkstoffen treten die folgen­ den Probleme auf:
  • 1. wenn Ferrit-Werkstoffe für Transformatoren und Drosselspulen verwen­ det werden sollen, werden sie im allgemeinen konzipiert im Hinblick auf die Eigenschaften unter möglichst hohen Temperaturbedingungen, jedoch ist je­ des der oben genannten konventionellen Beispiele unzureichend in Bezug auf die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs bei hohen Temperaturbedingungen;
  • 2. wenn Ferrit-Werkstoffe für Transformatoren und Drosselspulen verwen­ det werden sollen, falls die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs hoch ist und die Koerzitivkraft Hc gering ist in dem Verhältnis zwischen der Sättigungs-Mag­ netflussdichte Bs und der Koerzitivkraft Hc, bleibt die Magnetisierungskurve der B/H-Kurve (Hysteresekurve) am Anfang steil bis zu einer Magnetflussdichte in der Nähe des Sättigungs-Zustandes und als Folge davon ist eine DC(Gleich­ strom)-Vormagnetisierung erwünscht (selbst wenn eine Überlappung des Gleichstroms in der Nähe der Sättigungs-Magnetflussdichte auftritt, nimmt die Indukdanz L nicht ab), bei Werkstoffen mit einer hohen Koerzitivkraft Hc bleibt jedoch die Magnetisierungskurve der B/H-Kurve am Anfang steil in ihrer ersten Hälfte, in der Mitte wird sie jedoch abgeflachter und in der Nähe der Magnet­ flussdichte in der Nähe des Sättigungs-Zustandes läuft sie in ein sehr geringes Gefälle aus. Wenn daher die DC-Vormagnetisierung bewertet wird, nimmt die Induktanz ab vor der Sättigung der Magnetflussdichte und trotz der hohen Bs- Charakteristik kann ihre Charakteristik nicht gezeigt werden und als Folge da­ von steht eine erwünschte DC-Vormagnetisierung nicht zur Verfügung.
Bezüglich der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs und der Koerzitivkraft Hc aller oben genannten konventionellen Beispiele können solche Eigenschaften nicht erzielt werden, bei denen die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs hoch und die Koerzitivkraft He niedrig ist, und die erwünschte DC-Vormagnetisierung steht nicht zur Verfügung.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, einen Ferrit auf NiMnZn-Basis zur Verfügung zu stellen, der eine ausgezeichnete DC(Gleichstrom)-Vormagne­ tisierung und geringe Energie- bzw. Leistungsverluste von Raumtemperatur bis etwa 150°C aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Ferrit auf NiMnZn-Basis, der umfasst:
als Hauptkomponenten 53 bis 59 Mol-% Eisenoxid, ausgedrückt als Fe2O3, 22 bis 41 Mol-% Manganoxid, ausgedrückt als MnO, 4 bis 12 Mol-% Zinkoxid, ausgedrückt als ZnO, und 2 bis 7 Mol-% Nickeloxid, ausgedrückt als NiO; und
als Nebenkomponenten 0,005 bis 0,03 Gew.-% Siliciumoxid, ausgedrückt als SiO2, 0,008 bis 0,17 Gew.-% Calciumoxid, ausgedrückt als CaO, und 0,0004 bis 0,01 Gew.-% Phosphor P.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Ferrit auf NiMnZn- Basis, der umfasst:
als Hauptkomponenten 53 bis 59 Mol-% Eisenoxid, ausgedrückt als Fe2O3, 22 bis 39 Mol-% Manganoxid, ausgedrückt als MnO, 4 bis 12 Mol-% Zinkoxid, ausgedrückt als ZnO, und 4 bis 7 Mol-% Nickeloxid, ausgedrückt als NiO; und
als Nebenkomponenten 0,005 bis 0,03 Gew.-% Siliciumoxid, ausgedrückt als SiO2, 0,008 bis 0,17 Gew.-% Calciumoxid, ausgedrückt als CaO, und 0,0004 bis 0,01 Gew.-% Phosphor P.
Dem oben genannten Ferrit auf NiMnZn-Basis wird mindestens eines der fol­ genden Additive in vorgegebenen Mengenbereichen zugesetzt:
0,005 bis 0,03 Gew.-% Nb2O5; 0,01 bis 0,08 Gew.-% Ta2O5; 0,01 bis 0,1 Gew.- % V2O5; 0,005 bis 0,03 Gew.-% ZrO2; 0,005 bis 0,04 Gew.-% Bi2O3; und 0,005 bis 0,04 Gew.-% MoO3.
Bei dem oben genannten Ferrit auf NiMnZn-Basis beträgt die durchschnittliche Korngröße eines Sinterkörpers 6 bis 25 µm.
Bei dem oben genannten Ferrit auf NiMnZn-Basis beträgt die Sättigungs- Magnetflussdichte Bs (100°C) eines Sinterkörpers 440 mT oder mehr.
Bei dem oben angegebenen Ferrit auf NiMnZn-Basis genügt die Beziehung zwischen der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (150°C) und der Koerzitivkraft bzw. -feldstärke Hc (150°C) der B/H-Kurve (Hysteresekurve) der Bedingung R = (Bs - 300)2/Hc (worin R ≧ 400).
Für einen Transformator oder eine Drosselspule wird ein Ferrit auf NiMnZn- Basis, wie er oben angegeben ist, verwendet.
Bei den oben angegebenen Strukturen werden die folgenden Effekte (Leistungen) erzielt.
Bei einem Ferrit auf NiMnZn-Basis liegen die Hauptkomponenten innerhalb der folgenden Bereiche: Fe2O3 = 53 bis 59 Mol-%, MnO = 22 bis 41 Mol-%, ZnO = 4 bis 12 Mol-% und NiO = 2 bis 7 Mol-%, und die Nebenkomponenten des ge­ nannten Ferrits auf NiMnZn-Basis liegen innerhalb der Bereiche: SiO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, CaO: 0,008 bis 0,17 Gew.-% und P: 0,0004 bis 0,01 Gew.-%. Die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs beträgt daher 440 mT oder mehr und die DC-Vormagnetisierung ist ausgezeichnet. Der erfindungsgemäße Ferrit- Werkstoff auf NiMnZn-Basis kann somit innerhalb breiter Temperaturbereiche verwendet werden.
In dem Ferrit auf NiMnZn-Basis liegen die Hauptkomponenten innerhalb der Bereiche: Fe2O3 = 53 bis 59 Mol-%, MnO = 22 bis 39 Mol-%, ZnO = 4 bis 12 Mol-% und NiO = 4 bis 7 Mol-%, und die Nebenkomponenten des genannten Ferrits auf NiMnZn-Basis liegen innerhalb der Bereiche: SiO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, CaO: 0,008 bis 0,17 Gew.-% und P: 0,0004 bis 0,01 Gew.-%. Die Ei­ genschaft der Sättigung-Magnetflussdichte Bs ist daher weiter verbessert und die DC-Vormagnetisierung ist ausgezeichnet. Der erfindungsgemäße Ferrit- Werkstoff auf NiMnZn-Basis kann somit innerhalb breiter Temperaturbereiche verwendet werden.
Einem Ferriten auf NiMnZn-Basis werden ein oder zwei oder mehr der folgen­ den Additive in den vorgegebenen Mengenbereichen zugesetzt: Nb2O5: 0,005 bis 0,03 Gew.-%; Ta2O5: 0,01 bis 0,08 Gew.-%; V2O5: 0,01 bis 0,1 Gew.-%; ZrO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%; Bi2O3: 0,005 bis 0,04 Gew.-%; und MoO3: 0,005 bis 0,04 Gew.-%. Die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs beträgt daher 450 mT oder mehr und die DC-Vormagnetisierung ist ausgezeichnet. Der erfindungs­ gemäße Ferrit-Werkstoff auf NiMnZn-Basis weist somit niedrige Energie- Verluste auf.
In dem oben genannten Ferrit auf NiMnZn-Basis beträgt die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers 6 bis 25 µm. Der erfindungsgemäße Ferrit auf NiMnZn-Basis weist daher eine niedrige Koerzitivkraft Hc, eine Sättigungs- Magnetflussdichte Bs von 440 mT oder mehr und niedrige Leistungs- bzw. Energieverluste auf.
Außerdem beträgt in dem erfindungsgemäßen Ferrit auf NiMnZn-Basis die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (100°C) des Sinterkörpers 440 mT oder mehr. Deshalb ist die DC-Vormagnetisierung ausgezeichnet.
In dem erfindungsgemäßen Ferrit auf NiMnZn-Basis genügt die Beziehung zwischen der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (150°C) und der Koerzitivkraft Hc (150°C) der B/H-Kurve der Bedingung R = (Bs - 300)2/Hc (worin R ≧ 400). Die DC-Vormagnetisierung ist daher ausgezeichnet, wenn ein Wert von R (R ≧ 400) ein Parameter ist.
Für Transformatoren oder Drosselspulen wird der erfindungsgemäße Ferrit auf NiMnZn-Basis verwendet. Es ist deshalb möglich, einen Transformator oder eine Drosselspule mit einer ausgezeichnete DC-Vormagnetisierung herzustel­ len, der (die) in breiten Temperaturbereichen verwendbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 stellt eine erläuternde Ansicht der DC-Vormagnetisierung dar;
Fig. 2 zeigt eine erläuternde Ansicht der Beziehung zwischen dem Wert von R und der DC-Vormagnetisierung; und
Fig. 3A bis 3C stellen erläuternde Ansichten von Transformatoren und Dros­ selspulen dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend wird die Art der Durchführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Tabellen 1 und 2 sowie die Fig. 1 bis 3 erläutert.
Erfindungsgemäß werden die Hauptkomponenten des Ferrits auf NiMnZn- Basis so kontrolliert (eingestellt), dass sie in einen Bereich fallen, in dem die Curie-Temperatur hoch und die Koerzitivkraft bzw. -feldstärke (Hc) der B/H- Kurve (Hysteresekurve) klein ist, durch Steuerung von P wird die Struktur des Kristallkorns während eines Sinterverfahrens beeinflußt und die SiO2- und CaO-Gehalte, bei denen es sich um Nebenkomponenten handelt, werden so eingestellt, dass sie innerhalb vorgegebener Werte liegen, und die durch­ schnittliche Korngröße des Sinterkörpers wird so eingestellt, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, wodurch ein Ferrit auf NiMnZn-Basis er­ halten wird, in dem die Dichte des Körpers hoch ist und die DC-Vormagneti­ sierung bei einer niedrigen Koerzitivkraft (Hc) ausgezeichnet ist und die Sätti­ gungs-Magnetflussdichte Bs (100°C) 440 ml oder mehr beträgt. Außerdem wird erfindungsgemäß der Bereich der Hauptkomponenten so kontrolliert (eingestellt), dass die Temperatur, bei der ein Minimalwert einer Temperatur- Charakteristik in Bezug auf die Leistungs- bzw. Energie-Verluste auftritt, etwa 100 bis etwa 150°C beträgt, und die durchschnittliche Korngröße des Sinter­ körpers wird so eingestellt, dass sie innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, wodurch ein Ferrit auf NiMnZn-Basis erhalten wird, bei dem die Lei­ stungs- bzw. Energie-Verluste niedrig sind bei Raumtemperatur bis etwa 150°C.
Bei der oben genannten Erfindung werden auch die Additive so eingestellt, dass sie innerhalb vorgegebener Gehalte liegen, wodurch ein Ferrit auf NiMnZn-Basis erhalten wird, in dem die Dichte des Sinterkörpers höher ist, die DC-Vormagnetisierung bei niedriger Koerzitivkraft (Hc) besser ist und die Sätti­ gungs-Magnetflussdichte Bs (100°C) 450 mT oder mehr beträgt und die Lei­ stungs- bzw. Energie-Verluste gering sind.
Erläuterung anhand eines Beispiels
In der Tabelle 1 sind Ferrit-Werkstoffe auf NiMnZn-Ferrit-Basis (die Hauptkom­ ponenten, die Nebenkomponenten, die Additive), die durchschnittlichen Korn­ größen ihrer Sinterkörper, die elektromagnetischen Eigenschaften und die R- Werte angegeben. Darin stehen "Vgl." für Vergleichsbeispiele und "Bsp." für Beispiele.
Die jeweiligen Komponenten wurden gewogen, miteinander gemischt, calci­ niert und pulverisiert, um als Hauptkomponenten, Nebenkomponenten und Additive wie in der Tabelle 1 angegeben verwendet zu werden, und mit Bin­ demitteln versetzt und dann granuliert unter Bildung von ringförmig (toroidal) geformten Proben.
Die Proben wurden mit 300°C/h erhitzt und bei 1210 bis 1400°C gesintert und bei Erreichen einer stabilen Temperatur mit 200°C/h auf Raumtemperatur ab­ gekühlt. Die Atmosphäre bei der stabilen Temperatur und bei Raumtemperatur wurden anhand des Gleichgewichts-Sauerstoffpartialdrucks des Ferrits be­ stimmt.
Die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (100°C, 150°C), die Koerzitivkraft bzw. - feldstärke Hc (150°C), die Leistungs- bzw. Energie-Verluste (bei Raumtempe­ ratur RT, 100°C, 150°C) bei 40 kHz-200 mT und die durchschnittliche Korn­ größe dieser Proben wurden jeweils bestimmt.
Eine Berechnungsformel für die Berechnung aus der B/H-Kurve (Hysterese­ kurve) wurde wie nachstehend angegeben aufgestellt und die charakteristi­ schen Werte (R) als Parameter der DC-Vormagnetisierung der erfindungsge­ mäßen Proben wurden dadurch errechnet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.
R = (Bs - 300)2/Hc (1)
worin bedeuten: Bs: (mT) bei 150°C und Hc: (A/m) bei 150°C.
In der Tabelle 1 sind Ferrit-Werkstoffe auf NiMnZn-Ferrit-Basis (die Hauptkom­ ponenten, die Nebenkomponenten, die Additive), die Korngrößen ihrer Sinter­ körper, die elektromagnetischen Eigenschaften und die R-Werte angegeben. In der Tabelle stehen "Vgl." für Vergleichsbeispiel und "Bsp." für Beispiel und "A" steht für die durchschnittliche Korngröße.
Die Formel (1) stellt einen Wert dar, der ein Parameter für die DC-Vormagne­ tisierung ist. Es wurde gefunden, dass der Wert R um so größer ist, je bevor­ zugter die DC-Vormagnetisierung ist. Der Bs-Wert bei 150°C eines Ferrits auf MnZn-Basis, wie er heute allgemein verwendet wird, betrug höchstens etwa 300 mT und der Ausdruck (Bs - 300)2 der Formel (1) steht für das Quadrat der Differenz gegenüber dem Bs-Wert des erfindungsgemäßen Ferrit auf NiMnZn- Basis. Der übrige Ausdruck "/Hc" gibt die lineare Ausdehnung der Induktanz- Charakteristik gegenüber dem derzeiten Wert bei der DC-Vormagnetisierung wieder.
Erfindungsgemäß wurde bei den Proben die Beziehung zwischen den B/H- Kurven-Charakteristika mit verschiedenen Gestalten und der DC-Vormagneti­ sierung untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass in den Proben mit ei­ ner hohen Sättigungs-Magnetflussdichte Bs und einer niedrigen Koerzitivkraft Hc die Magnetisierungskurve der B/H-Kurve (Hysteresekurve am Anfang) steil bleibt, bis die Magnetflussdichte in der Nähe des Sättigungs-Zustandes liegt, und infolgedessen ist eine DC-Vormagnetisierung erwünscht, bei einer Probe mit einer hohen Koerzitivkraft Hc bleibt sie jedoch in der ersten Hälfte der an­ fänglichen Magnetisierungskurve steil, im Mittelabschnitt wird sie jedoch mäßig flacher und in der Nähe derselben läuft sie zu einer Kurve mit einer geringen Steigung aus.
Deshalb nimmt dann, wenn die DC-Vormagnetisierung bewertet wird, die In­ duktanz ab, bevor die Sättigung des Magnetflusses erreicht wird, und trotz des hohen Bs-Wertes kann ihre Charakteristik nicht auftreten und als Folge davon ist die erwünschte DC-Vormagnetisierung nicht verfügbar.
Die Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs und der Koerzitivkraft bzw. -feldstärke Hc bei 100°C der Werkstoffe des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 4.
Tabelle 2
Bs- und Hc-Eigenschaften (bei 100°C) des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 4
Die Fig. 1 zeigt eine erläuternde Darstellung der DC-Vormagnetisierung, in der die DC-Vormagnetisierung der Transformatoren mit dem Werkstoff der Tabelle 2 durchgeführt wurde. Daraus ist zu ersehen, dass die Werkstoffe des Bei­ spiels 1 und des Vergleichsbeispiels 4 äquivalent sind in Bezug auf die Eigen­ schaften der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs, dass jedoch bei dem Werkstoff des Vergleichsbeispiels 4 mit großer Koerzitivkraft Hc bei einem Gleichstrom­ wert I. d. c. klein ist, bei dem die Induktanz L abzunehmen beginnt, und der Wert für den Gleichstrom, bei dem der Wert der Induktanz L vor der Gleich­ strom-Überlappung um 10% abnimmt, beträgt etwa 1,4 (A). Andererseits be­ trägt bei dem Werkstoff des Beispiels 1 mit der niedrigen Koerzitivkraft Hc der Gleichstromwert, bei dem der Wert für die Induktanz L um 10% abnimmt, etwa 1,75 (A) und die DC-Vormagnetisierung ist breiter als diejenige des Ver­ gleichsbeispiels 4.
Aus diesen Daten ist zu ersehen, dass im Hinblick auf die DC-Vormagnetisie­ rung, die nicht nur von der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs abhängt, die Be­ ziehung zwischen der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs und der Koerzitivkraft Hc wichtig ist und dass es insbesondere bei den Werkstoffen, die innerhalb breiter Temperaturbereiche verwendet werden sollen, erforderlich ist, dass der Wert R der Formel (1) groß ist.
Die Fig. 2 zeigt eine erläuternde Darstellung der Beziehung zwischen dem R- Wert und der DC-Vormagnetisierung, welche die DC-Vormagnetisierung der Transformatoren bei 100°C zeigt, die mit den Werkstoffen des Vergleichsbei­ spiels 1 und der Beispiele 1, 3 und 8 hergestellt wurden. Daraus ist zu erse­ hen, dass die DC-Vormagnetisierung ansteigt, wenn die R-Werte größer wer­ den von 31 über 425, 780 bis 1130. Bei den bereits vorhandenen Ferrit- Werkstoffen ist es schwierig, dass der R-Wert einen Wert über 400 erreicht. Diejenigen der R-Werte, die 400 oder höher sind, sind erfindungsgemäße Werte.
Der gesinterte Ferrit des Beispiels wird hochglanzpoliert, mit Fluorwasser­ stoffsäure geätzt und die geschliffene Oberfläche wird mit einem optischen Mikroskop bei 500-facher Vergrößerung fotografiert. Die durchschnittliche Korngröße wird untersucht auf der Basis der fotografischen Aufnahme mit die­ sem optischen Mikroskop. Auf der wie vorstehend angegeben angefertigen Fotografie wird ein quadratischer Ausschnitt einer Größe von beispielsweise 200 µm × 200 µm angefertigt, in dem etwa 100 Körner sich befinden, und es wird die Anzahl der in diesem Ausschnitt vorhandenen Körner ausgezählt, mit der Maßgabe, dass die Kristallkörner, die an den Grenzen vorhanden sind, als halbe Körner gezählt werden. Unter der Annahme, dass diese Anzahl n be­ trägt, wird die durchschnittliche Korngröße d mit Hilfe der folgenden Formel errechnet:
Die Ferrite, in denen die Hauptkomponenten innerhalb des vorgegebenen Be­ reiches liegen, wie in den Beispielen 1 bis 19 angegeben, bei dem die Ne­ benkomponenten innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegen und die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers 6 µm bis 25 µm beträgt, werden in der Weise kontrolliert, dass R ≧ 400, die Leistungs- bzw. Energie-Verluste Pcv ≦ 500 kW/m3 bei Raumtemperatur bis 150°C betragen und die Sättigungs- Magnetflussdichte Bs (100°C) ≧ 440 mT beträgt.
Bei dem Ferrit, bei dem die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers 6 µm oder weniger beträgt, wie in dem Vergleichsbeispiel 5, ist die Koerzitivkraft Hc groß und die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (100°) beträgt 440 mT oder weniger. Bei dem Ferrit, bei dem die durchschnittliche Korngröße des Sinter­ körpers 25 µm oder mehr beträgt wie in dem Vergleichsbeispiel 6, liegt R unter 400 und niedrige Leistungs- bzw. Energie-Verluste können nicht erzielt werden. Wenn die durchschnittliche Korngröße 25 µm oder mehr beträgt, kann das Korn wachsen gelassen werden, ohne dass ein abnormes Wachstum durch die Sinterbedingungen verursacht wird, und R kann so eingestellt werden, dass er bei einem verhältnismäßig bevorzugten Wert liegt, wobei jedoch ein Anstieg der Leistungs- bzw. Energie-Verluste bei dem angewendeten Frequenzbereich und der Sinterkosten zu berücksichtigen ist, wobei der Bereich der durch­ schnittlichen Korngröße der Erfindung bevorzugt ist.
In den Bereichen, in denen der Fe2O3-Gehalt der Hauptkomponenten 59 Mol- % oder mehr beträgt und der NiO-Gehalt 7 Mol-% oder mehr beträgt, wie in den Vergleichsbeispielen 11 und 12, ist die B/H-Kurve eine Perminvar-Kurve und diese Tendenz ist bemerkenswert. Obgleich die Sättigungs-Magnetfluss­ dichte Bs (100°C) hoch ist, ist die Koerzitivkraft Hc groß, sodass R 400 oder weniger beträgt und der Leistungs- bzw. Energie-Verlust steigt schnell an. Wenn der Fe2O3-Gehalt weniger als 53 Mol-% beträgt, kann die gewünschte Sättigungs-Magnetflussdichte Bs nicht erhalten werden. Wenn der NiO-Gehalt 0 bis 2 Mol-% beträgt, ist der zusätzliche Effekt des Anstiegs der Sättigungs- Magnetflussdichte Bs (100°C) gering, wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 angegeben, und die gewünschte Charakteristik kann nicht erhalten werden. Deshalb sollte der NiO-Gehalt 2 Mol-% oder mehr betragen. Bevorzugt ist ins­ besondere ein Gehalt von 4 Mol-% oder höher und die Charakteristik der Sätti­ gungs-Magnetflussdichte Bs (100°C) nimmt deutlich zu und der R-Wert ist ebenfalls groß. Bei einem Gehalt von 4 bis 6 Mol-% ist der der R-Wert maximal und in anderen Bereichen nimmt er ab.
In den Bereichen, in denen der ZnO-Gehalt 4 Mol-% oder weniger beträgt, wie in dem Vergleichsbeispiel 4, ist die Koerzitivkraft Hc groß, obgleich die Sätti­ gungs-Magnetflussdichte Bs (100°C) hoch ist, sodass der R-Wert niedriger ist, und eine bevorzugte DC-Vormagnetisierung ist nicht erhältlich und ein niedri­ ger Leistungs- bzw. Energie-Verlust kann nicht erzielt werden. In dem Bereich, in dem der ZnO-Gehalt 12 Mol-% oder mehr beträgt, wie in dem Vergleichsbei­ spiel 3, nimmt die Curie-Temperatur ab, sodass die Sättigungs- Magnetflussdichte Bs (100°C) nicht ausreichend ist.
Bei einem Ferrit auf NiMnZn-Basis, dessen Hauptkomponenten innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, dessen Nebenkomponenten jedoch außerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, wie in den Vergleichsbeispiele 7 bis 10, ist das Kornwachstum unzureichend oder es wird ein abnormes Wachstum wäh­ rend des Sinterverfahrens hervorgerufen, die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs und der Wert für R nehmen ab und die Leistungs- bzw. Energie-Verluste stei­ gen schnell an.
Wenn der SiO2-Gehalt unter 0,005 Gew.-% liegt und der CaO-Gehalt unter 0,008 Gew.-% liegt, nimmt der elektrische Widerstand ab und die Leistungs- bzw. Energie-Verluste sind groß. Wenn der SiO2-Gehalt 0,03 Gew.-% über­ steigt und der CaO-Gehalt 0,17 Gew.-% übersteigt, sind die vorgegebene Sät­ tigungs-Magnetflussdichte Bs und niedrige Leistungs- bzw. Energie-Verluste durch das abnorme Kornwachstum während des Sinterns nicht erreichbar.
Insbesondere die Nebenkomponente P, auch wenn sie in einem geringen Ge­ halt vorliegt, übt einen Einfluß auf die Dichte des Sinterkörpers aus. Ein P- Gehalt von 0,0004 bis 0,01 Gew.-% gehört zu dem erfindungsgemäßen Be­ reich. In dem Bereich, in dem der P-Gehalt über 0,01 Gew.-% liegt, wie in dem Vergleichsbeispiel 9, wächst das Korn abnorm stark während des Sinterns und eine zufriedenstellende Dichte des Sinterkörpers kann nicht erzielt werden, und infolgedessen werden die gewünschte Sättigungs-Magnetflussdichte Bs und der gewünschte R-Wert nicht erhalten. In dem Bereich, in dem der P-Gehalt unter 0,0004 Gew.-% liegt, wie in dem Vergleichsbeispiel 10, sind die Sinterei­ genschaften unbefriedigend und die vorgegebene Sättigungs-Magnetflussdich­ te Bs und der vorgegebene R-Wert werden nicht erhalten.
Dagegen werden bei einem Ferrit auf NiMnZn-Basis, bei dem die Hauptkom­ ponenten und die Nebenkomponenten innerhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, wie in den Beispiele 8 bis 19, ein oder zwei oder mehr Additive inner­ halb der vorgegebenen Bereiche zugesetzt werden: 0,005 bis 0,03 Gew.-% Nb2O5; 0,01 bis 0,08 Gew.-% Ta2O5; 0,01 bis 0,1 Gew.-% V2O5; 0,005 bis 0,03 Gew.-% ZrO2; 0,005 bis 0,04 Gew.-% Bi2O3 und 0,005 bis 0,04 Gew.-% MoO3, und die durchschnittliche Korngröße auf 6 bis 25 µm eingestellt wird, Sinter­ körper mit einer verhältnismäßig höheren Dichte erhalten als bei solchen ohne Additive und als Folge davon werden die Eigenschaften erhalten, dass die Ko­ erzitivkraft Hc klein ist, die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs hoch ist und der R-Wert hoch ist. Dagegen sind insbesondere die Additive Nb2O5 und Ta2O5 wirksam in Bezug auf die Verringerung der Leistungs- bzw. Energie-Verluste.
In den Bereichen, in denen die Gehalte dieser Additive niedriger sind als die vorgegebenen Bereiche, ist der Additiv-Effekt nicht ausgeprägt und in den Be­ reichen, in denen die Gehalte oberhalb der vorgegebenen Bereiche liegen, tritt während des Sinterns ein abnormes Kornwachstum auf und die gewünschte Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (100°C) und die gewünschten niedrigen Lei­ stungs- bzw. Energie-Verluste können nicht erhalten werden.
Die Fig. 3 zeigt eine erläuternde Darstellung von Transformatoren und Dros­ selspulen, wobei die Fig. 3A eine äußere perspektivische Ansicht vom EE-Typ und die Fig. 3B eine Querschnittsansicht vom EE-Typ und die Fig. 3C eine äu­ ßere perspektivische Ansicht vom EI-Typ darstellen.
Bei dem Transformator und der Drosselspule gemäß Fig. 3A und Fig. 3B sind ein Paar von Ferrit-Kernen 1 vom E-Typ einander gegenüberliegend angeord­ net, die einen magnetischen Kern bilden, und ein zentraler Magnetfuß 2 ist mit Spulen 3 ausgestattet, die mit Wendeln 4 umwickelt sind. Ein Spalt G zwischen dem zentralen Fuß 2 dient der Einstellung der Induktanz und kann entfernt werden.
In der Fig. 3C sind der Ferrit-Kern 11 vom E-Typ und der Ferrit-Kern 12 vom I- Typ einander gegenüberliegend angeordnet zur Bildung eines Magnetkerns und der zentrale Magnet-Fuß 101 des Ferrit-Kerns 11 vom E-Typ ist mit einer Wendel 14 umwickelt.
Wenn ein erfindungsgemäßer Ferrit auf NiMnZn-Basis in den Kernen des Transformators und der Drosselspule verwendet wird, können diese Transfor­ matoren und Drosselspulen innerhalb breiter Temperaturbereiche verwendet werden.
Bei einem Ferrit auf NiMnZn-Basis liegen die Hauptkomponente innerhalb der Bereiche Fe2O3 = 53 bis 59 Mol-%, MnO = 22 bis 41 Mol-%, ZnO = 4 bis 12 Mol-% und NiO = 2 bis 7 Mol-%, und die Nebenkomponenten des genannten Ferrits auf NiMnZn-Basis liegen innerhalb der Bereiche SiO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, CaO: 0,008 bis 0,17 Gew.-% und P: 0,0004 bis 0,01 Gew.-%. Des­ halb beträgt die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs 440 mT oder mehr und die DC-Vormagnetisierung ist ausgezeichnet. Der erfindungsgemäße Ferrit auf NiMnZn-Basis kann somit innerhalb breiter Temperaturbereiche verwendet werden.
Bei dem Ferrit auf NiMnZn-Basis liegen die Hauptkomponente innerhalb der Bereiche vor: Fe2O3 = 53 bis 59 Mol-%, MnO = 22 bis 39 Mol-%, ZnO = 4 bis 12 Mol-% und NiO = 4 bis 7 Mol-%, und die Nebenkomponenten des genann­ ten Ferrits auf NiMnZn-Basis liegen innerhalb der Bereiche vor: SiO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, CaO: 0,008 bis 0,17 Gew.-% und P: 0,0004 bis 0,01 Gew.-%. Deshalb ist die Eigenschaft der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs weiter ver­ bessert und die DC-Vormagnetisierung ist ausgezeichnet. Der erfindungsge­ mäße Ferrit auf NiMnZn-Basis kann somit innerhalb breiter Temperaturberei­ che verwendet werden.
Dem Ferrit auf NiMnZn-Basis wird mindestens eines der folgenden Additive in den vorgegebenen Bereichen zugesetzt: Nb2O5: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, Ta2O5: 0,01 bis 0,08 Gew.-%, V2O5: 0,01 bis 0,1 Gew.-%, ZrO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%, Bi2O3: 0,005 bis 0,04 Gew.-% und MoO3: 0,005 bis 0,04 Gew.-%. Deshalb beträgt die Sättigungs-Magnetflussdichte Bs 450 mT oder mehr und die DC-Vormagnetisierung ist besonders ausgezeichnet. Der erfindungsgemä­ ße Ferrit auf NiMnZn-Basis weist somit niedrige Leistungs- bzw. Energie- Verluste auf.
Bei dem Ferrit auf NiMnZn-Basis beträgt die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers 6 bis 25 µm. Der erfindungsgemäße Ferrit auf NiMnZn-Basis weist daher eine niedrige Koerzitivkraft Hc, eine Sättigungs-Magnetflussdichte Bs von 440 mT oder mehr und niedrige Leistungs- bzw. Energie-Verluste auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Ferrit auf NiMnZn-Basis beträgt die Sättigungs- Magnetflussdichte Bs (100°C) des Sinterkörpers 440 mT oder mehr. Deshalb ist die DC-Vormagnetisierung ausgezeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Ferrit auf NiMnZn-Basis genügt die Beziehung zwischen der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (150°C) und der Koerzitivkraft Hc (150°C) der Bedingung R = (Bs - 300)2/Hc (worin R ≧ 400). Deshalb ist die DC-Vormagnetisierung ausgezeichnet, wobei der R-Wert (R ≧ 400) ein Para­ meter ist.
Für Transformatoren oder Drosselspulen wird der erfindungsgemäße Ferrit auf NiMnZn-Basis verwendet. Es ist daher möglich, einen Transformator oder eine Drosselspule mit einer ausgezeichneten DC-Vormagnetisierung herzustellen, der bzw. die innerhalb breiter Temperaturbereiche verwendbar ist.

Claims (9)

1. Ferrit auf NiMnZn-Basis, der umfasst:
als Hauptkomponenten 53 bis 59 Mol-% Eisenoxid, ausgedrückt als Fe2O3, 22 bis 41 Mol-% Manganoxid, ausgedrückt als MnO, 4 bis 12 Mol-% Zinkoxid, ausgedrückt als ZnO, und 2 bis 7 Mol-% Nickeloxid, ausgedrückt als NiO; und
als Nebenkomponenten 0,005 bis 0,03 Gew.-% Siliciumoxid, ausgedrückt als SiO2, 0,008 bis 0,17 Gew.-% Calciumoxid, ausgedrückt als CaO, und 0,0004 bis 0,01 Gew.-% Phosphor P.
2. Ferrit auf NiMnZn-Basis, der umfasst:
als Hauptkomponenten 53 bis 59 Mol-% Eisenoxid, ausgedrückt als Fe2O3, 22 bis 39 Mol-% Manganoxid, ausgedrückt als MnO, 4 bis 12 Mol-% Zinkoxid, ausgedrückt als ZnO, und 4 bis 7 Mol-% Nickeloxid, ausgedrückt als NiO; und
als Nebenkomponenten 0,005 bis 0,03 Gew.-% Siliciumoxid, ausgedrückt als SiO2, 0,008 bis 0,17 Gew.-% Calciumoxid, ausgedrückt als CaO, und 0,0004 bis 0,01 Gew.-% Phosphor P.
3. Ferrit auf NiMnZn-Basis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder zwei oder mehr der folgenden Additive in vorgegebenen Men­ genbereichen zugesetzt werden:
Nb2O5: 0,005 bis 0,03 Gew.-%
Ta2O5: 0,01 bis 0,08 Gew.-%
V2O5: 0,01 bis 0,1 Gew.-%
ZrO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%
Bi2O3: 0,005 bis 0,04 Gew.-% und
MoO3: 0,005 bis 0,04 Gew.-%.
4. Ferrit auf NiMnZn-Basis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder zwei oder mehr der folgenden Additive in vorgegebenen Men­ genbereichen zugesetzt werden:
Nb2O5: 0,005 bis 0,03 Gew.-%
Ta2O5: 0,01 bis 0,08 Gew.-%
V2O5: 0,01 bis 0,1 Gew.-%
ZrO2: 0,005 bis 0,03 Gew.-%
Bi2O3: 0,005 bis 0,04 Gew.-% und
MoO3: 0,005 bis 0,04 Gew.-%.
5. Ferrit auf NiMnZn-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die durchschnittliche Korngröße eines Sinterkörpers 6 bis 25 µm beträgt.
6. Ferrit auf NiMnZn-Basis nach Anspruch 5, worin die Sättigungs- Magnetflussdichte Bs (100°C) des Sinterkörpers 440 mT oder mehr beträgt.
7. Ferrit auf NiMnZn-Basis nach Anspruch 6, worin die Beziehung zwi­ schen der Sättigungs-Magnetflussdichte Bs (150°C) und der Koerzitivkraft Hc (150°C) der folgenden Bedingung genügt
R = (Bs - 300)2/Hc, worin R ≧ 400.
8. Transformator, in dem ein Ferrit auf NiMnZn-Basis nach einem der An­ sprüche 1 bis 7 verwendet wird.
9. Drosselspule, in der ein Ferrit auf NiMnZn-Basis nach einem der An­ sprüche 1 bis 7 verwendet wird.
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