DE1018776B - Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen, keramischen Koerpern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen, keramischen Koerpern

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DE1018776B
DE1018776B DES44029A DES0044029A DE1018776B DE 1018776 B DE1018776 B DE 1018776B DE S44029 A DES44029 A DE S44029A DE S0044029 A DES0044029 A DE S0044029A DE 1018776 B DE1018776 B DE 1018776B
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ferromagnetic
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cooling
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Boris Feertchack
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen, keramischen Körpern Die Erfindung betrifft die Herstellung weicher, ferromagnetischer Körper mit hoher Permeabilität und geringen Verlusten, welche bei verhältnismäßig hohen Frequenzen Verwendung finden können und aus Mischkristallen von Metalloxyden vom ferromagnetischen Spinelltyp bestehen und nachstehend als ferrokeramische Körper bezeichnet werden.
  • Man kennt bereits magnetische Stoffe mit hoher anfänglicher Permeabilität und geringen Verlusten, welche aus Mischferriten mit mindestens drei Bestandteilen der folgenden chemischen Zusammensetzung bestehen: X(Fe203) + Y(MO), wobei X -f- Y = 1, in welcher M zwei oder mehrere zweiwertige Metalle, wie Mangan, Zink, Nickel, Eisen, Kupfer, Cadmium, Magnesium, bedeutet.
  • Bei einem Ferrit gegebener Zusammensetzung, welcher aus handelsüblichen, technisch reinen Oxyden erhalten wurde, wurde oft eine ziemlich große Streuung der Werte der magnetischen Werte festgestellt. Man weiß, daß größere Permeabilitätsunterschiede sich bei der Verwendung sehr nachteilig auswirken.
  • Die erfindungsgemäß erhaltenen Körper besitzen die genannten Nachteile nicht. Ihre Herstellung erfolgt so, daß man die Ausgangsmischung von x1 (Fe. 03) + x2 (Cr. 0") -f- y1 (Mn 02) -f- y2 (Zn 0), in welcher x1 + x2 -f- y1 + y2 = 1 ist, wobei die molekularen Mengenanteile x1, x2, y1 und y2 innerhalb der folgenden Grenzen liegen 0,49 < x1 < 0,61 0,02 < x2 < 0,06 0,20 < y1 < 0,27 0,15 < y2 < 0,27 bei einem Druck zwischen 3 und 5 t/qcm preßt, sie 3 bis 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1220 und 1320'C in einer Luftatmosphäre sintert und sie dann in zwei Etappen abkühlt, wobei die erste Abkühlung bis auf 500° langsam und die zweite Abkühlung bis auf Raumtemperatur schnell erfolgt und die ganze Abkühlung in atmosphärischer Luft durchgeführt wird.
  • Zur Erläuterung der nachstehenden Ausführungen seien die Verluste, welche unter der Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes in einem magnetischen Stoff auftreten, definiert. Es ist üblich, bei schwachem Feld diese Verluste durch die Verlustkoeffizienten t, h und F zu definieren, welche die Verluste infolge Ummagnetisierung (Restverluste) bzw. die Hysteresisverluste bzw. die Wiibelstromverluste kennzeichnen.
  • Diese Koeffizienten werden nach der klassischen Methode bestimmt, welche darin besteht, die Verluste auf einer auf einem Ringkern befindlichen Selbstinduktionsspule zu messen, wobei der Kern mit dem zu prüfenden Stoff hergestellt ist und eine Wicklung von N Windungen trägt.
  • Diese Selbstinduktionsspule besitzt einen durch die nachstehende Formel gegebenen Verlustwiderstand. In der Formel sind die verschiedenen Verlustkoeffizienten in üblicher Weise auf eine Frequenz von 800 Hz/Sek. bezogen: In der Formel bedeutet R" den Verlustwiderstand in Ohm, L die Induktanz in Henry, f die Frequenz in Hz/Sek., N die Anzahl Windungen der Wicklung, I die wirksame Intensität des Stroms in der Wicklung in Ampere, l die mittlere Länge der magnetischen Kraftlinien in cm, t den Verlustkoeffizient durch Ummagnetisierung in Ohm/Henry, h den Hysteresisverlustkoeffizient in Ohm/Henry/Ampere-Windung/cm, F den Wirbelstromverlustkoeffizient in Ohm/Henry.
  • Für die nachstehend beschriebenen, erfindungsgemäß erhaltenen Stoffe sind die Koeffizienten t und F auf der Basis von bei mehreren Frequenzen zwischen 20 und 250 kHz pro Sekunde durchgeführten Messungen berechnet. Der Koeffizient h entspricht der Messung bei 100 kHz/Sek. für eine Änderung des magnetischen Feldes von 0 bis 30 Milliörsted.
  • Die anfängliche magnetische Permeabilität soll bei niedriger Frequenz und in einem Magnetfeld unterhalb 2 Milhörsted gemessen werden. Die erfindungsgemäß erhaltenen Stoffe besitzen die folgende chemische Zusammensetzung: Xl (F2 03), X2 (Cr2 O3) , Yl (Mn O), Y2 (Zn 0), Y3 (Fe 0). In der Formel bedeuten Xl, X2, Yl, Y2 und Y3 die molekularen Mengenanteile der Bestandteile und XI -y- X2 + Y,-+ Y2 -f- Y3 = 1. Die molekularen Mengenanteile der Bestandteile der genannten Zusammensetzungen bewegen sich in den folgenden-Grenzen: 0,44 - <-X, < 0,58 0;017 <=X2 < 0,06 _. 0,19 .< Y, < 0,27 0,14 <_Y, < 0,27 0 < Y3 < 0,10 Ein solches Material besitzt die folgenden Eigenschaften 1. Sein Curiepunkt liegt oberhalb 110° C, 2. seine anfängliche Permeabilität u liegt zwischen 500 und 1300, 3. seine Verlustkoeffizienten t, F und lt, welche vorstehend definiert wurden, liegen innerhalb der folgenden Bereiche Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine sehr reinen Ausgangsstoffe. Es können so die folgenden Prozente Verunreinigungen geduldet werden: Si02 ................................. < 0,50/" A1203 ................................ < 1 0/0 Kupferoxyd und Oxyde anderer Schwermetalle ............................. < 0,10 J0 Oxyde und Sulfate der Alkali- und Erdalkalimetalle ........................ < 0,10/0 Diese Prozentzahlen sind Gewichtsprozent. Aus vorstehendem ergibt sich, daß die verwendeten Oxyde nur den handelsüblichen Reinheitsgrad haben.
  • Das Herstellungsverfahren umfaßt die folgenden Verfahrensstufen: 1. Die in die Zusammensetzung einzubringenden Oxyde werden getrennt in einer- Stahlkügehnühle vorzugsweise unter Zugabe von destilliertem Wasser in einen sehr feinkörnigen Zustand übergeführt.
  • 2: Die Oxyde Fe, 0, Cr, 0, Zn 0 und Mn 02 werden in den gewünschten Mengen 8 bis 12 Stunden in einer Kugelmühle zusammen mit einer solchen Menge destilliertem Wasser vermischt, welche ausreicht, um ein Ankleben der Oxyde an den Wänden zu verhindern.
  • 3. Die Mischung wird getrocknet und bildet ein sehr -feines Pulver, in welchem die größte Abmessung der Körnchen unterhalb 2 Mikron liegt.
  • 4. Zur Herstellung der magnetischen Kerne wird die Mischung in den geeigneten Formen einem Druck von 4 t/qcm ausgesetzt.
  • 5. Die Kerne werden in einem Ofen unter langsamer Steigerung der Temperatur auf 600'C (6 bis 12 Stunden) getrocknet.
  • 6. Die Sinterung erfolgt. bei einer maximalen, zwischen 1220 und 1320°C liegenden Temperatur. Die maximale Behandlungstemperatur richtet sich nach dem gewünschten Wert der Permeabilität, welcher mit steigender Sinterungstemperatur ansteigt. Die Erhöhung der Permeabilität ist indessen von einer Erhöhung der Hysteresisverluste begleitet, wenn die Sinterungstemperatur etwa 1260'C überschreitet. Die maximale Temperatur wird 3 bis 5 Stunden aufrechterhalten.
  • 7. Die Abkühlung erfolgt in zwei Etappen. Die erste Abkühlung bis auf 500°C geht verhältnismäßig langsam innerhalb von 3 bis 5 Stunden vor sich. Die zweite Abkühlung auf 500°C auf Raumtemperatur erfolgt sehr rasch, und zwar, indem man die Kerne schnell aus dem Ofen entnimmt.
  • Die gesamten Verfahrensschritte der Trocknung und der Sinterung werden in atmosphärischer Luft durchgeführt.
  • Es wurde durch chemische Analyse und durch Röntgenanalyse festgestellt, daß der erfindungsgemäß erhaltene ferrokeramische Körper aus Verbindungen der Formel (Fe2O3, Cr,03, MO) besteht, in welcher M die zweiwertigen Metalle Eisen, Mangan und Zink umfaßt. Ferner wurde festgestellt, daß das Cr203 nicht im freien Zustand, sondern in fester Verbindung vorliegt.
  • Es wurde weiter festgestellt, daß die Anwesenheit von Cr203 in der Mischung dem erhaltenen Stoff eine größere Homogenität der Kristallstruktur verleiht.
  • Durch diese Verbesserung der Struktur werden die Schwankungen der Anfangspermeabilität unter ± 5 0/0 verringert. Außerdem betragen die Schwankungen bei jedem der verschiedenen Verlustkoeffizienten, bezogen auf den Mittelwert, nicht mehr als ± 20 0/0 Das folgende Beispiel beschreibt das Herstellungsverfahren eines magnetischen Stoffes mit einer mittleren anfänglichen Permeabilität von etwa 1000.
  • Beispiel Die Mischung besitzt die folgende molekulare Ausgangszusammensetzung: 0,50 (Fe, 03) + 0;02 (Cr. 0,) + 0;25 (Mn 02) + 0,23 (Zn 0) mit einem Gehalt an Verunreinigungen (Kieselsäure) von 0,4 Gewichtsprozent der Gesamtoxyde. Nach der Zerkleinerung und Durcharbeitung der Mischung, wie vorstehend beschrieben, was 12 Stunden dauert, werden die Proben einem Druck von 4 t/qcm unterworfen. Die Kerne werden dann durch allmähliches Erhitzen bis auf 600°C getrocknet und anschließend bei 1270° C während 4 Stunden gesintert. Dann werden die Proben in dem Ofen während 4 Stunden bis auf 500° C und anschließend rasch in der freien Luft durch Herausnehmen aus dem Ofen abgekühlt.
  • Die an mehreren Reihen von Proben gemessene anfängliche Permeabilität lag zwischen 970 und 1060.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen; keramischen Körpern mit hoher Permeabilität und geringen Verlusten, insbesondere zur Verwendung für hohe Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausgangsmischung von xl(Fe2Oa) ; x2(Cr203) + yl(Mn02) + y2(Zn0), in welcher x, + x2 -f- y1 + y2 == 1 ist, wobei die molekularen Mengenanteile xl, x2, y, und y2 innerhalb der folgenden Grenzen liegen: 0,49 < x, < 0,61 0,02 < x2 < 0,06 0,20 < y, < 0,27 0,15 < y2 < 0,27 bei einem Druck zwischen 3 und 5 t/qem preßt, sie 3 bis 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1220 und 1320°C in einer Luftatmosphäre sintert und dann in zwei Etappen abkühlt, wobei die erste Abkühlung bis auf 500° langsam und die zweite Abkühlung bis auf Raumtemperatur schnell erfolgt und die ganze Abkühlung in atmosphärischer Luft durchgeführt wird. Die verschiedenen Verlustkoeffizienten verblieben innerhalb der folgenden Grenzen:
DES44029A 1954-06-23 1955-05-21 Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen, keramischen Koerpern Pending DE1018776B (de)

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