DE1006090B - Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Werkstoffes fuer Magnetkerne, die eine nahezu echteckfoermige Hystereseschleife aufweisen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen von Wichtigkeit. Diese Art von Kernen wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« benutzt (s. z. B. W. N. Papian, Proceedings of the I. R. E., April 1952, S. 475 bis 478, und D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg, »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Speicher verwendet man unter anderem in Rechenmaschinen und für automatische Kontrollen. Eine weitere Anwendung finden diese Kerne in magnetischen Schaltern.

Das Maß, in dem die Form der Hystereseschleife sich der Rechteckform nähert, kann auf verschiedene Weise quantitativ zum Ausdruck gebracht werden. Ein üblicher

Maßstab ist z. B. der Quotient

Zur Erläuterung

der Bedeutung dieses Quotienten wird auf die schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungsmagnetisierungskurve nach Fig. 1 verwiesen. In dieser Figur stellt B_r die remanente Induktion dar, während B_CI die Induktion darstellt, bei der sich die Hystereseschleife gerade schließt. In der Praxis ist es häufig nicht einfach, B_n mit großer Genauigkeit zu messen. Es läßt sich jedoch auf einfache Weise ein Näherungswert für B₀₁ finden, indem zwei Werte der Induktion nach teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung mit zwischenzeitlicher Sättigung bei der gleichen Feldstärke gemessen werden. Die Feldstärke wird so gewählt, daß die genannten Induktionswerte um mehr als 1 %, aber weniger als 3°/₀, voneinander verschieden sind. Der Mittelwert der beiden Induktionswerte ergibt dann einen annähernd richtigen Wert für B_Cl.

Auf diese Weise wurden die im folgenden erwähnten Messungen durchgeführt, für die ein ballistisches Galvanometer verwendet wurde. Der Quotient -^- wurde stets

Bei

an einem ringförmigen Magnetkern mit konstantem Querschnitt des ferromagnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Außendurchmesser von höchstens l,6mal dem Innendurchmesser gemessen.

Als Maß dafür, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform angenähert ist, läßt sich auch eine Verhältniszahl {R_s)max angeben. Für die Bedeutung dieser Größe wird auf die vorerwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber folgt hier noch eine kurze Erläuterung unter Verweisung auf Fig. 2, gleichfalls eine schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve, die sich auf einen Fall bezieht, in dem vor dem Erreichen der magnetischen Sättigung mit der Entmagnetisierung angefangen wurde. Die Größe (R_s)_max wird definiert als

Verfahren zur Herstellung

eines Ferrit-Werkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige

Hystereseschleife aufweisen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 12. Januar 1954

Evert Willem Gorter, Cornells Jacobus Esveldt

und Hendrik van der Heide, Eindhoven (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

Der Quotient

B₁

B₁

ist eine Funktion der angelegten größten Feldstärke H_m. Es ergibt sich, daß dieser Quotient bei einem bestimmten Wert von H_m, der meist wenig von der Koerzitivkraft H₀ abweicht, einen Maximalwert hat. Dieser Maximalwert des Quotienten wird mit dem Symbol {R_s)max bezeichnet. Die zur Bestimmung von (R_s)max erforderlichen Messungen

von (B_m) und /_JL_Sm) können auch wieder mit Hilfe eines ballistischen Galvanometers durchgeführt werden. Als Meßobjekte dienen auch hier ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des Magnetmaterials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Außendurchmesser von höchstens l,6mal dem Innendurchmesser.

Bei den Anwendungen ferromagnetischer Materialien mit einer nahezu rechteckigen Form der Hystereseschleife handelt es sich meist um Wechselströme hoher Frequenz, und es kommt also darauf an, das Auftreten von Wirbelströmen möglichst zu beschränken. Bei der Verwendung von ferromagnetischen Legierungen kann dies etwa dadurch erfolgen, daß der Magnetkern aus gegenseitig isolierten, sehr dünnen Schichten des ferromagnetischen Materials aufgebaut wird. Es ist aber häufig äußerst schwer, aus diesen dünnen Schichten

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Kerne mit einer nahezu rechteckigen Form der Hystereseschleife aufzubauen. Es ist daher bei hohen Frequenzen vorteilhaft oder sogar erforderlich, magnetisch weiche, ferrioxydhaltige Materialien mit Spinellstruktur zu verwenden, denn diese Stoffe haben an sich bereits eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit.

Für die Brauchbarkeit des betreffenden Magnetkernes für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist ferner eine wesentliche Bedingung, daß die Koerzitivkraft (Hc) niedrig ist (vorzugsweise nicht höher als 10 Oersted und vorzugsweise sogar niedriger als 5 Oersted), da sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch sind.

Nach der Erfindung lassen sich Ferrit-Werkstoffe für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch vorteilhaft herstellen, daß ein Gemisch aus sauerstoffhaltigen Kobalt-, Mangan- und Eisenverbindungen (z. B. den Karbonaten dieser Metalle), vorzugsweise in einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre, auf eine Temperatur von 1400 bis 1500° C erhitzt wird, wobei die Anteile der Kobalt-, Mangan- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

entsteht, wobei χ zwischen 0,01 und 0,04 liegt und y sS 0,3 ist. Derartig hergestellte Kerne erfüllen die

Bedingung -~ > 0,7 und/oder [R_s)max > 0,6; die Koerzitivkraft solcher Kerne liegt unter 4 Oersted.

Bei der Herstellung von Verbindungen mit einer größeren Manganmenge kann die Erhitzung nicht nur in Luft oder Sauerstoff, sondern auch in technischem Stickstoff erfolgen. Bei der Herstellung von Verbindungen mit einer geringeren Manganmenge ist eine Erhitzung in Luft oder in Sauerstoff vorzuziehen. Wie sich aus dem nachfolgenden Beispiel ergibt, ist es im Rahmen der Erfindung sogar möglich, aus mindestens einer nach obigem Verfahren hergestellten Verbindung einen Magnetkern mit einer kleineren Koerzitivkraft als 1 Oersted herzustellen. Solche Magnetkerne sind naturgemäß sehr wertvoll.

Beispiel

Ein Gemisch von Kobaltkarbonat CoCO₃, Mangankarbonat MnCO₃ und Eisen (IH)-oxyd Fe₂O₃, wird Stunden in Alkohol gemahlen und darauf 1 Stunde bei 900° C in Luft vorerhitzt. Nach Abkühlung wird das Reaktionsprodukt weitere 2 Stunden in Alkohol gemahlen, worauf das Mahlprodukt zu einem Ring gepreßt wird. Dieser Ring wird 2 Stunden bei etwa 1450° C in Sauerstoff erhitzt.

Durch Änderung des Verhältnisses der Mengen an Kobaltkarbonat und Mangankarbonat im Ausgangsmaterial werden Ringkerne verschiedener Zusammensetzung hergestellt. Von einigen dieser Magnetkerne sind in der nachstehenden Tabelle die Zusammensetzung,

der Wert des Quotienten -^- und die Werte von (R_s)max und Hc verzeichnet.

Zusammensetzung	Bt Bei	(Rs) max	H0 (in Oersted)
Co0-01Mn0199Fe2O4 Co0102Mn0-98Fe2O4 Co0-02Mn1-08Fe2O4 Co0i02Mnli28Fe2O4	0,75 0,75 0,65 0,65	0,70 0,70 0,65 0,65	0,45 0,45 0,45 0,45

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Werkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus sauerstoffhaltigen Kobalt-, Mangan- und Eisenverbindungen (z. B. den Karbonaten dieser Metalle), vorzugsweise in einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre, auf eine Temperatur von 1400 bis 1500° C erhitzt wird, wobei die Anteile der Kobalt-, Mangan- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

z ₊^Fe₂ O₄

entsteht, wobei χ zwischen 0,01 und 0,04 liegt und y ^ 0,3 ist.

2. Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Verbindung besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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