DE1137667B - Verfahren zur Herstellung ferromagnetischer Koerper fuer Magnetostriktionsschwinger - Google Patents

Description

Magnetostriktive Schwinger werden bisher gewöhnlich aus teuren dünnen Blechen aus reinem Nickel· oder dessen Legierungen hergestellt. Dabei wird der Schwinger aus Lamellen aufgebaut, die aus dem Nickelblech ausgestanzt werden, nachdem dieses einer Behandlung zur Oberflächenisolation unterworfen worden ist. Diese bekannten Magnetostriktionsschwinger werden durch die Verwendung des teuren und schwer zu beschaffenden Nickels und auch durch das umständliche Herstellungsverfahren teuer. Überdies sind die aus Metallen hergestellten elektromechanischen Wandler unbefriedigend in ihrer Wirkungsweise wegen der auftretenden Wirbelstromverluste und der geringen Schärfe der mechanischen Resonanz.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ferromagnetische Oxyde herzustellen, mit denen es möglich ist bessere, magnetostriktive Schwinger herzustellen als diejenigen, die aus Metalllamellen aufgebaut sind. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß die Körper aus einer Mischung von 30 bis 60 Molprozent Fe₂O₃,0,1 bis 20 Molprozent CoO und 0,5 bis 65 Molprozent CuO geformt und anschließend in einer O₂-haltigen Verfahren zur Herstellung

ferromagnetischer Körper

für Magnetostriktionsschwinger

Anmelder:
Dr. Yoshimitsu Kikuchi, Sendai (Japan)

Vertreter: Dipl.-Ing. M. Schumacher, Patentanwalt, Bremen, Stephanikirchenweide 1

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 16. Februar 1957

Dr. Yoshimitsu Kikuchi, Sendai (Japan),
ist als Erfinder genannt worden

Atmosphäre zwischen 900 und 1400⁰C während V₂ bis 3 Stunden gesintert werden. Dabei wird der Oxydmischung zweckmäßig noch 0 bis 68 Molprozent NiO zugesetzt. Mit einer auf solche Weise hergestellten Festlösung von Metalloxyden lassen sich magnetostriktive Schwinger erzielen, die einen großen elektromechanischen Kopplungsfaktor, aber kleine Wirbelstrom- und Schwingerverluste aufweisen; außerdem lassen sich diese Schwinger wirtschaftlich auf industriellem Wege mit gleichbleibenden Eigenschaften trotz unvermeidlicher Abweichungen der chemischen Zusammensetzung herstellen. Es lassen sich so Schwinger zum Gebrauch nicht nur bei Hörfrequenz, sondern auf für sehr hohe Frequenzen, z. B. von mehreren MHz herstellen.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt Kennlinien, die den elektromechanischen Kopplungsfaktor für Schwinger mit verschiedenem Gehalt an NiO, CuO und CoO in Fe₂O₃ zeigen.

Fig. 2 Kennlinien, die für Schwinger der gleichen chemischen Zusammensetzung wie in Fig. 1 die Sättigungsmagnetostriktion zeigen,

Fig. 3, 4 und 5 Kennlinien, die den elektromechanischen Kopplungsfaktor für verschiedene Sintertemperaturen zeigen,

Fig. 6 Kennlinien, die den Temperaturkoeffizienten der mechanischen Resonanzfrequenz zeigen; die Zahlenangaben bei den Kurven entsprechen dem Koeffizienten in Perioden je Sekunde je Grad Celsius,

Fig. 7 und 8 Kennlinien, die den elektromechanischen Kopplungsfaktor für verschiedene Sintertemperaturen in Dreieckskoordinaten darstellen.

In Fig. 1 sind Kennlinien des elektromechanischen Kopplungsfaktors in Abhängigkeit von dem Gehalt an NiO, CuO und CoO als Beigabe zu 50 Molprozent Fe₂O₃ dargestellt. Die chemische Zusammensetzung kann ausgedrückt werden durch

[(NiO₂; · CuO₁-^)₁-J, · CoOy]₁^ · (Fe₂O₃)_z.

In diesem Beispiel erfolgte die Sinterung über 3 Stunden bei 1250⁰C. Es wurde jeweils bei dem günstigsten Wert der Vormagnetisierung gemessen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wächst der elektromechanische Kopplungsfaktor k mit wachsendem Co-Gehalt an und erreicht sein Maximum bei y = 0,015 entsprechend 0,75 Molprozent Co O, mit wachsendem Co O-Gehalt nimmt er wieder ab bis auf weniger als 5 °/₀ bei 20 Molprozent CoO. Da jedoch die Sättigungsmagnetostriktion, wie aus der Teildarstellung der Fig. 2 ersichtlich, mit wachsendem Co O-Gehalt zunimmt, ist das Material dieses Bereiches ebenfalls nützlich zur Herstellung wirksamer Schwinger. Daher wird erfindungsgemäß ein zwischen 0,1 und 20 Molprozent liegender Co O-Gehalt als brauchbar zur Lösung der vorliegenden Aufgabe angesehen. Fig. 2 zeigt die Kennlinien der Sättigungsmagnetostriktion für verschiedene Größen von χ und y, welche die

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chemische Zusammensetzung in der oben angegebenen Formel darstellen.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen den elektromechanischen Kopplungsfaktor k in Abhängigkeit von y. Die zugehörigen Sinterungstemperaturen sind 1250, 1000 und 1400⁰C. Es wurde jeweils bei dem günstigsten Wert der Vormagnetisierung gemessen. Wie aus jeder der Figuren zu ersehen ist, erreicht der Faktor k sein Maximum im Gebiet eines verhältnismäßig kleinen Wertes des Verhältnisses von Kobaltoxyd zu Nickel- und Kupferoxyd. Auch aus diesem Versuchsergebnis war erfindungsgemäß zu schließen, daß der nützliche Bereich der Kobaltoxydbeigabe zwischen 0,1 und 20 Molprozent liegt.

Die Beigabe von Kupferoxyd zu Nickelferrit ist nützlich zur Herabsetzung der Sinterungstemperatur und ebenfalls zur Verbesserung der magnetischen und mechanischen Gleichförmigkeit des Erzeugnisses. Wenn der Gehalt an Kupferoxyd über 50 Molprozent beträgt, nimmt der elektromechanische Kopplungsfaktor ab; gleichwohl ist auch das Material in diesem Bereich nützlich zur Herstellung von Schwingern, die keinen großen elektromechanischen Kopplungsfaktor

2. der elektromechanische Kopplungsfaktor dieses Ferritsystems kann 27°/₀ betragen, also gleich groß oder größer sein als bei reinem Nickel;

3. bei Schwingern aus reinem Nickel oder anderen Metallen beträgt der Schärfefaktor der mechanischen Resonanz gewöhnlich weniger als 50 wegen der Wirbelstromdämpfung. Demgegenüber liegt dieser Faktor bei den neuen Ferriten gewöhnlich zwischen 1000 und 4000 und erreicht manchmal den Wert 10000;

4. in Fig. 6 sind die Temperaturkoeffizieriten der mechanischen Resonanzfrequenz der neuen Ferrite dargestellt, und es läßt sich sagen, daß Werte kleiner als 3 · Ί0~^δ Hz / ⁰C über den verhältnismäßig breiten Bereich der angegebenen chemischen Zusammensetzung sich leicht verwirklichen lassen. Die üblichen Anforderungen an den Temperaturkoeffizienten bei magnetostriktiven mechanischen Filtern und selbsterregten Magnetostriktionsschwingem lassen sich durch Verwendung des neuen Ferritschwingers befriedigend erfüllen.

Fig. 7 und 8 zeigen den elektromechanischen Kopp

erfordern, weil die Schwinger bei niedriger Sinterungstemperatur und mit geringem Gehalt an kostspieligem 25 lungsfaktor von Ferrit in Prozent der chemischen Nickel hergestellt werden können. Die obere Grenze Zusammensetzung in Dreieckskoordinaten. Die Werte des Gehalts an Kupferoxyd wird deshalb bei 65 Mol- des Kopplungsfaktors gemäß Fig. 7 sind an Proben prozent gewählt. gemessen, die bei 12V₂ ⁰C während 3 Stunden ge-

Betrachtet man den Einfluß des Gehalts an Nickel- sintert worden sind, während Fig. 8 für Proben gilt, oxyd, so ergibt sich, daß der elektromechanische 30 die 3 Stunden bei 1350°C gesintert wurden. All diese Kopplungsfaktor klein wird, wenn der Gehalt an NiO Werte sind bei einem günstigsten Wert der Vormagnetisierung gemessen.

68 Molprozent überschreitet; außerdem geht dann der günstigste Einfluß der Beifügung von Kobaltoxyd verloren, und es ergeben sich hohe Sinterungstemperaturen.

Die Herstellung von Ferriten gemäß der Erfindung geht folgendermaßen vor sich. Die Mischung der obenerwähnten Metalloxyde wird in einer Mühle pulverisiert und gut gemischt und sodann auf etwa

35 Bemerkungen
Schärfe der Resonanz:

/0

/1-/2

1000⁰C zur Vorsinterung erhitzt. Das so behandelte 40 wo/₀ die Resonanzfrequenz und/_a,/₂ die Frequenzen, Material wird nochmals in einer Mühle pulverisiert bei denen die Amplitude auf 0,707 der Amplitude bei und das erzeugte Pulver in einer Form in die gewünschte Gestalt gepreßt. Der geformte Block wird
sodann bei 900 bis 1400⁰C während 0,5 bis 3 Stunden
in einem elektrischen oder sonstigen Ofen gesintert, 45
wobei ständig Luft oder Sauerstoff zugeführt wird.
Nach diesem Sinterungsprozeß wird der Ofen mit
einer Geschwindigkeit von 5 bis 1O⁰C je Minute
gekühlt. Auf diese Weise lassen sich magnetostriktive

Resonanz abgenommen hat.
Elektromechanischer Kopplungsfaktor Ic:

Jc =

wo Emag und Emech die bei Ausübung von Druck auf einen Würfel des Materials gespeicherte magnetische

Schwinger mit ausgezeichneten Eigenschaften erzeugen, 50 bzw. mechanische Energie bezeichnen, in Analogie zu die einen elektromechanischen Kopplungsfaktor von der entsprechenden Definition bei piezoelektrischen mehr als 27 % als Maximalwert und ungefähr 5 % als Körpern.
Minimalwert haben, je nach Art der gewählten chemischen Zusammensetzung und der Behandlung.

Die Eigenschaften der festen Lösung von Oxyden, die man auf diese Weise durch Mischung von Fe₂O₃, Ni O, CuO und Co O erhält, sind bezüglich Beschaffenheit und Wirkung, verglichen mit den Magnetostriktionssehwingern aus Metall, wie Nickel oder Alferlegierung, in folgenden Punkten überlegen:

1. Der spezifische elektrische Widerstand der neuen Ferrite liegt zwischen 10⁴ und IO⁶ Ohm cm; der genaue Wert hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Sinterungstemperatur ab. Der Wirbelstromverlust kann vernachlässigbar 6g klein gemacht werden, so daß sich eine Lamellierung, wie sie bei metallischen Schwingern gebräuchlich ist, ersparen läßt;

Claims (3)

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung ferromagnetischer Körper zur Verwendung als magnetostriktive Schwinger aus Oxyden, indem diese Oxyde gemahlen, verformt und der Sinterung unterworfen
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Körper aus einer Mischung von

0,5 bis 68 Molprozent NiO,

0,5 bis 65 Molprozent CuO,

0,1 bis 10 Molprozent CoO,

30 bis 60 Molprozent Fe₂O₃

hergestellt werden und daß diese Mischung dann

V₂ bis 3 Stunden gesintert wird, und zwar bei einer Temperatur von 900 bis 1400⁰C in einer Atmosphäre, die O₂ enthält.

2. Ferromagnetische Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierte Mischung 1 Stunde bei 1000⁰C einleitend gesintert wird, daß diese Mischung dann pulverisiert, verformt und dann bei 125O⁰C 2 Stunden gesintert wird.

3. Ferromagnetische Körper nach Anspruch und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierte Mischung aus

41,87 Molprozent NiO,

7,38 Molprozent CuO,

0,75 Molprozent CoO, 50 Molprozent Fe₂O, besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen