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Verfahren zur Herstellung von magnetisierbaren Ferritkernen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung magnetisierbarer Ferritkerne. Diese
Kerne werden insbesondere für Spulen der Hochfrequenztechnik verwendet. Diese sollen
möglichst nur geringe Verluste, insbesondere Wirbelstrom- und Hystereseverluste,
aufweisen. Zum anderen soll ihre Permeabilität im allgemeinen groß und für die häufigsten
Anwendungsfälle in Abhängigkeit von der Feldstärke in einem gewissen Bereich auch
möglichst konstant sein.
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Zur Verringerung insbesondere der Hystereseverluste und zur Erreichung
einer konstanten Permeabilität in einem gewissen Bereich der Feldstärke ist bereits
in der Patentanmeldung S 44574 VIb/80b vorgeschlagen worden, derartige Ferritkerne
dadurch auszubilden, daß vor der Sinterung eine Oxidmischung aus 50 bis 80 Molprozent
Fe2O3, 8 bis 50 Molprozent Ni0, 0 bis 35 Molprozent Zn0, 0 bis 40 Molprozent MnO
sowie zusätzlich 0,2 bis 5 Molprozent Co0 hergestellt wird, und nach der Sinterung
die Kerne sehr langsam, in etwa 24 Stunden, abgekühlt werden.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung und weitere Ausbildung
des in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Verfahrens dar. Gemäß der Erfindung
wird die Oxidmischung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre gesintert und
in mindestens dem Temperaturbereich von etwas oberhalb der Curie-Temperatur bis
unterhalb etwa 100° C sehr langsam, mit einer Geschwindigkeit von etwa 30° C/h,
abgekühlt.
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Die geringeAbkühlungsgeschwindigkeit kann während der gesamten Abkühlung
eingehalten werden. Es ist jedoch zur Verkürzung der Abkühlzeit vorteilhaft, die
sehr langsame Abkühlung ausschließlich in dem bezeichneten Temperaturgebiet anzuwenden.
Für den letztgenannten Fall erfolgt die Abkühlung, in weitererAusbildung der Erfindung,
zweckmäßigerweise mit zwei oder mehr verschiedenen Geschwindigkeiten. Die Abkühlung
von der Sintertemperatur bis zu einer Temperatur etwas oberhalb der Curie-Temperatur
wird z. B. mit einer Geschwindigkeit von 100° C/h vorgenommen. Die langsame Abkühlung
der gesinterten Oxide, die mindestens in dem Temperaturbereich etwas oberhalb der
Curie-Temperatur , bis unter 100° C erfolgt, beträgt zweckmäßig etwa 30° C/h.
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Besonders gute Perminvareigenschaften der Kerne erhält man, wenn die
Abkühlung bei einer Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur abgebrochen ; wird,
d. h. daß die Temperatur dort eine Zeitlang, vorzugsweise etwa 8 Stunden, konstant
gehalten wird. Für besondere Zwecke ist eine nohmalige Temperung mit sehr langsamer
Abkühlung der Kerne nach der auf die Sinterung folgenden Abkühlung zweckmäßig.
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Besonders geringe Verluste weisen die Kerne dann auf, wenn den Ausgangsoxiden
Manganoxid bis zu 20 Molprozent zugesetzt ist.
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Es wurde gefunden, daß bei Ferritkernen, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt sind, das Produkt aus der Anfangspermeabilität ,u" und der
»Öffnungsfeldstärke« Hp hohe Werte über 100 0e, zum Teil über 300 0e annehmen. Unter
»öffnungsfeldstärke« wird hier diejenige Feldstärke verstanden, bei der sich die
Magnetisierungsschleife gerade zu öffnen beginnt.
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Durch die Wahl der Zusammensetzung der Kerne kann die öffnungsfeldstärke
variiert werden. Ist eine große öffnungsfeldstärke erwünscht, so ist das gemäß der
Erfindung dadurch zu erreichen, daß hohe Eisenvorzugsweise bis 65 Molprozent) und/oder
Nickeloxidgehalte gewählt werden. Wird dagegen eine hohe Permeabilität gefordert,
so ist dies durch geringere Eisen- und/oder Nickeloxidgehalte der Ausgangsoxide
und/oder eventuell durch Zusatz von Zinkoxid zu erreichen.
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Auch der Temperaturbereich, in dem die Perminvareigenschaften der
Kerne auftreten, kann erfindungsgemäß durch die Quantität des Kobaltoxides
variiert
werden. Bei einem geringen Kobaltoxidzusatz bis herunter zu etwa 0,1 Gewichtsprozent
wird der Temperaturbereich zu tieferen Temperaturen hin verschoben. Ein höherer
Kobaltoxidzusatz bis zu etwa 1 Gewichtsprozent führt zu einer Verlagerung des Temperaturbereiches
zu höheren Temperaturen hin.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man den Temperaturkoeffizienten
der Permeabilität der Kerne in weiten Grenzen etwa von +3000-10-6 (l/°C) bis -3000
- 10-s (1/°C) regeln. Ein negativer Temperaturkoeffizient wird erhalten, wenn die
Sintertemperatur im unteren Bereich des zweckmäßigen Sintertemperaturgebietes gewählt
wird, während sich durch eine Sinterung im oberen Bereich des Sintertemperaturgebietes
ein positiver Temperaturkoeffizient einstellt. Die Sinterung erfolgt meistens in
einem Gebiet zwischen 1220 und 1300° C etwa 2 Stunden lang.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kerne zeigen
einen Verlauf der Permeabilität in Abhängigkeit von der Frequenz, der in einem weiten
Frequenzbereich konstant ist, in der Nähe der gyromagnetischen Grenzfrequenz stark
ansteigt und dann erst in bekannter Weise abfällt. Gegenüber bekannten Kernen ergibt
sich hierdurch eine Vergrößerung des ausnutzbaren Permeabilitätsbereiches. Es ist
daher besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäß hergestellten Kerne für Hochfrequenzübertrager
zu verwenden.
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Zur Herstellung magnetisierbarer Kerne mit rechteckförmiger Magnetisierungsschleife
ist bereits in der Patentanmeldung S 44574 VIb/80b vorgeschlagen worden, Perminvarferritkerne
in einem magnetischen Gleichfeld, das in Richtung des späteren Arbeitsfeldes der
Kerne wirkt, langsam abzukühlen. Zur Verbesserung der Eigenschaften dieser Kerne
schlägt die Erfindung vor, die Abkühlungs- und/oder Temperungstemperatur während
der Gleichfeldbehandlung eine Zeitlang zu halten. Der Rechteckcharakter wird dadurch
verstärkt.
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Es ist andererseits bereits vorgeschlagen worden, magnetisierbare
Isopermferritkerne mit kleiner Remanenz dadurch herzustellen, daß Perminvarferritkerne
in einem magnetischen Gleichfeld, das quer zur Richtung des späteren Arbeitsfeldes
der Kerne wirkt, langsam abgekühlt werden. Zur Verbesserung der Eigenschaften dieser
Kerne schlägt die Erfindung vor, die Abkühlungs- und/oder Temperungstemperatur während
der Gleichfeldbehandlung eine Zeitlang zu halten.
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Die Formgebung der Kerne erfolgt nach einem der bekannten Verfahren,
z. B. Formpressen, Strangpressen, Formspritzen. Die Formgebung der Kerne kann vor
oder nach der Sinterung erfolgen; im zweiten Fall ist eine weitere Temperung nachdem
mechanischen Bearbeiten zweckmäßig. Auch ist es möglich, die vor der Sinterung gepreßten
Kerne nach Sinterung und Abkühlung wieder zu zermahlen, um aus diesem Pulver unter
Zugabe von Bindemitteln Kerne zu formen.
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Die Vorteile der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Kerne gegenüber bekannten Ferritkernen bestehen darin, daß innerhalb des Feldstärkenbereiches
bis zur Öffnungsfeldstärke geringere Hysterese- und Nachwirkungsverluste auftreten,
und daß die Konstanz der Kernwerte, insbesondere der Permeabilität und der Verluste,
über einen größeren Zeitraum erhalten bleibt. Der hauptsächlichste Unterschied gegenüber
den allgemein üblichen weichmagnetischen Ferritkernen, der auch zur Bezeichnung
der Form der Magnetisierungsschleife führte, besteht darin, daß die Permeabilität
der erfindungsgemäßen Kerne innerhalb des Bereiches bis zur öffnungsfeldstärke im
wesentlichen konstant ist.
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Gegenüber bestimmten Metallegierungen, deren Magnetisierungsschleifen
ebenfalls Perminvarcharakter zeigen, unterscheiden sich die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Kerne vorteilhaft dadurch, daß ihre geringe elektrische
Leitfähigkeit nur eine sehr kleine Wirbelstrombildung zuläßt und somit erst eine
Verwendung der Kerne für Hochfrequenzzwecke ermöglicht. Des weiteren können die
nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Kerne bei konstanter Permeabilität
in einem größeren Feldstärkebereich verwendet werden. Die öffnungsfeldstärke der
Kerne ist mindestens um den Faktor 2 höher als bei den bekannten Metalllegierungen.
Nebenbei bemerkt ist auch noch das geringere Gewicht der erfindungsgemäßen Kerne
von vorteilhafter Bedeutung. Die erfindungsgemäßen Kerne ermöglichen die Erstellung
von Spulen sehr hoher Güte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den in den folgenden Beispielen
beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden.
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Beispiel 1 Die Oxide werden in folgender Zusammensetzung gemischt:
57,3 Molprozent Fe203, 19,3 Molprozent Ni0, " 22,2 Molprozent Zn0, 1,2 Molprozent
Co0. Die Mischung wird zu einem Ringkern gepreßt und bei 1240° C 2 Stunden lang
gesintert. Der Kern wird innerhalb von 16 Stunden auf 60° C abgekühlt. Die Anfangspermeabilität
beträgt ,u" = 140, der relative Verlustbeiwert tg d/,u = 28 # 10-g
(1 MHz) und die Öffnungsfeldstärke H, = 2,4 0e.
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Beispiel 2 Die Oxide werden in folgender Zusammensetzung gemischt:
57,5 Molprozent Fe203, 38,6 Molprozent Ni0, 2,95 Molprozent MnO, 0,95 Molprozent
Co0.
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Die Mischung wird bei 1270° C 2 Stunden lang gesintert. Die Abkühlung
erfolgt innerhalb von 40 Stunden bis auf Zimmertemperatur. Die Anfangspermeabilität
des Kernes beträgt ,u" = 11, der relative Verlustbeiwert tg a/Ic
= 23 - 10-g bei 1 MHz, der relative Hysteresebeiwert h/,u2 = 5 - 10-3
cm/kA und die öffnungsfeldstärke HP = 15,8 0e.
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Beispiel 3 Die Oxide werden in folgender Zusammensetzung gemischt:
56,0 Molprozent Fe203, 14,7 Molprozent Ni0, 25,5 Molprozent Zn0, 2,9 Molprozent
MnO, 0,9 Molprozent Co0.
Der geformte Kern wird 2 Stunden lang bei
1270° C gesintert und innerhalb von 40 Stunden auf Zimmertemperatur abgekühlt. Der
Kern zeigt eine Anfangspermeabilität ,u, = 210 und einen relativen Verlustbeiwert
tg8 = 17,0 - 10-s bei 1 MHz. Die Öffnungsfeldstärke des Kernes beträgt 0,5 0e.
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Aus diesen Beispielen ist zu erkennen, daß die Öffnungsfeldstärke
auf Kosten der Permeabilität durch einen hohen Gehalt an Fe203 und Ni0 vergrößert
werden kann.