DE1223734B - Verfahren zur Verminderung der Verluste eines ferromagnetischen Mangan-Zink-Ferrits - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verminderung der Verluste eines ferromagnetischen Mangan-Zink-Ferrits Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Verluste bei ferromagnetischem Mangan-Zink-Ferrit. Mangan-Zink-Ferrit, das im wesentlichen aus Oxiden des Eisens, Mangans und Zinks besteht und Spinellstruktur aufweist, wird als Ferromagnetikum z. B. zur Erhöhung der Induktivität von elektrischen Spulen verwendet.
• Derartige Mangan-Zink-Ferrite sollen sich durch eine hohe Permeabilität und geringe Verluste auszeichnen. Der Vorteil derartiger Ferrite gegenüber ferromagnetischen Legierungen besteht darüber hinaus darin, daß dieses oxidkeramische Material einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand als ferromagnetische Legierungen aufweist. Aus diesem Grunde erfolgt die Verwendung von Mangan-Zink-Ferriten besonders vorteilhaft bei hohen Frequenzen im kHz-Bereich und darüber.
• Es ist bekannt, zur Verlustminderung von Mangan-Zink-Ferriten den Ausgangssubstanzen, wie Fe203, MnO und Zn0, die in sehr reinem Zustand gemischt werden, Calciumoxid bzw. Caleiumoxid ergebende Verbindungen, wie Calciumcarbonat, in geringen Anteilen von weniger als beispielsweise 1 Gewichtsprozent zuzugeben. Darüber hinaus ist es auch bekannt, die Zugabe von Calciumoxid mit einer Zugabe von geringen Anteilen Siliziumoxid zu kombinieren. Auf diese Weise erfolgt eine weitere Verbesserung der ferromagnetischen Eigenschaften von Mangan-Zink-Ferriten bei höheren Frequenzen von beispielsweise 100 kHz. So weist ein Mangan-Zink-Ferrit mit einer Zusammensetzung von 54 Molprozent Eisenoxid, 35 Molprozent Manganoxid und 11 Molprozent Zinkoxid und mit 0,2 Gewichtsprozent Ca0 und 0,02 Gewichtsprozent Si02 einen spezifischen elektrischen Widerstand von 8 = 600 Ohm - cm auf. Dieser geringe Betrag von 0,02 Gewichtsprozent Si02 tritt oftmals bereits infolge der Verunreinigungen der ferritbildenden Oxide auf, da zur Kostenminderung eine Reinheit von etwa 99,98 °/o im allgemeinen nicht überschritten wird.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer weiteren Verminderung der Verluste von Mangan-Zink-Ferriten. Es soll insbesondere der Grundverlust, das ist der Verlustfaktor tau dlua für kleinste Frequenzen (f -> 0) vermindert werden. Durch die Verminderung dieser Grundverluste werden auch die Gesamtverluste der ferromagnetischen Werkstoffe, die sich im wesentlichen aus diesen Grundverlusten, den Wirbelstrom-, Hysterese- und Nachwirkungsverlusten zusammensetzen, herabgesetzt.
• Die Erfindung besteht in der Kombination folgender Merkmale: Den ferritbildenden Stoffen werden 0,2 bis 2 Gewichtsprozent Zinnoxid zugesetzt. und die Abkühlurig des Sinterproduktes erfolgt- -langsam mit einer Geschwindigkeit von etwa :100°C/h .in einer, inerten Atmosphäre. So wird beispielsweise in@reineein Stickstoff abgekühlt. Besonders vorteilhaft ,zeichnet sich die Zugabe von Ö;5'bis 1 Gewichtsprözerit Zinnoxid zur Verlustminderung aus.. .. .
• Die Verwendung von Zinnoxid als Zusatzmittel bei Mangan-Zink-Ferriten ist an sich für die Verbesserung der Temperaturkoeffizienten der Permeabilität bekannt. Die Fachwelt war jedoch der Ansicht, daß Zinnoxid auch in Verbindung mit Calciumoxid nicht in merklichem Maße zu einer Senkung der Verluste beiträgt. Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet dieses Vorurteil. Es wird vermutet, daß das Zinnoxid in anderer Weise als beispielsweise Calciumoxid in das Ferritgitter eingebaut ist. Während sich Calciumoxid bekanntlich an den Korngrenzen absetzt und dort eine schlecht leitende Schicht bildet, die speziell die Wirbelstromverluste vermindert, ersetzen die Zinnionen zweiwertige Eisenionen im Kristallgitter. Dadurch wird die Möglichkeit des Elektronenaustausches zwischen zwei- und dreiwertigen Eisenionen vermindert, und die Grundverluste sind herabgesetzt.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung werden zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Zinnoxidzusätzen etwa 0,02 bis etwa 0,1 Gewichtsprozent Calciumoxid zugesetzt. Die erfindungsgemäße Kombination von Zinn- und Calciumoxid in Verbindung mit einer langsamen Abkühlung in einer inerten Atmosphäre führt zu einem ferromagnetischen Mangan-Zink-Ferrit mit sehrguten elektrischenund magnetischen Eigenschaften.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also den Ausgangsstoffen, z. B. den Oxiden des Eisens, Mangans und Zinks, Zinnoxid und gegebenenfalls Calciumoxidzusätze zugegeben. Die Mischung wird gemahlen, gegebenenfalls gepreßt, gesintert und in einer inerten Atmosphäre langsam abgekühlt. An Stelle des Zinn- bzw. Calciumoxides können auch derartige Verbindungen verwendet werden, die diese Oxide spätestens beim Sinterprozeß ergeben.
• Sehr günstige Eigenschaften werden in weiterer Ausbildung der Erfindung erzielt, wenn die reinen Ausgangsstoffe, nämlich Oxide, Carbonate oder ähnliche durch thermische Zersetzung Oxide ergebende Verbindungen, mit Zinnoxid gemischt und erst nach einer thermischen Vorbehandlung, einem sogenannten Kalzinieren.bei etwa 800 bis 900°C, während eines Naßmahlvorganges mit Calciumoxid oder Calciumcarbonat vermischt werden, Nach einer guten Vermischung und Vermahlüng dieser Substanzen in einigen Stunden wird das Mahlgut gepreßt und der Sinterung bei etwa 1200°C unterworfen. Nach dem langsamen Abkühlen des gesinterten Kerns erhält man ein Mangan-Zink-Ferrit mit vorzüglichen magnetischen Eigenschaften.
• Als Beispiel ist ein erfindungsgemäß hergestelltes Mangan-Zink-Ferrit mit 53 Molprozent Fe203, 30 Molprozent MnO und 17 Molprozent Zn0 angegeben, bei dem 1 Gewichtsprozent Sn02 zugemischt und diese Mischung etwa 1 Stunde bei 850°C kalziniert und anschließend zerkleinert wird. Danach wird 0,1 Gewichtsprozent CaCO3 2 Stunden lang zugemischt, das Mahlgut gepreßt, und die Preßlinge werden 2 Stunden bei 1200°C in, einer 7 Volumprozent Sauerstoff enthaltenden Stickstoffatmosphäre gesintert. Nach langsamer Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 100° C/h weist dieser Mangan-Zink-Ferritkem eigne Anfangspermeabilität von ßA = 2200 und einen *spezifischen elektrischen Widerstand von6 = 900Ohm#cm auf. Außerdem wurden folgende Verlustfaktoren gemessen: tan b/,u = 0,35 - 10-8 (bei f 0), tan 8/,u = 1,5 - 10-8 (bei f = 100 kHz). Auf dieselbe Weise hergestellte Mangan-Zink-Ferrite ohne den erfindungsgemäßen Zinnzusatz weisen bei einer Anfangsperineabilität von ,uA = 1800 und einem spezifischen elektrischen Widerstand- von 8 = 650 Ohm - cm folgende Verlustfaktoren auf: tan 8/,u = 0,6 - 10-8 (bei f 0), tan d/A = 2,1 - 10-8 (bei f = 100 kHz). Ein Zusatz von Zinnoxid ohne die erfindungsgemäße Kombination mit einer langsamen Abkühlung in inerter Atmosphäre führt ebenfalls zu schlechten elektrischen und magnetischen Eigenschaften.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verminderung der Verluste eines ferromagnetischen Mangan-Zink-Ferrits, bei dem den Ausgangsstoffen Zusätze zugegeben werden und die Mischung gemahlen, gegebenenfalls gepreßt und gesintert wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kombination folgender Merkmale: Der zu sinternden Mischung werden 0,2 bis 2 Gewichtsprozent Zinnoxid zugesetzt, und das Sintergut wird langsam mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 100° C/h in einer inerten Atmosphäre abgekühlt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 1 Gewichtsprozent Zinnoxid zugesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 0,02 bis 0,1 Gewichtsprozent Calciumoxid zugesetzt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, daß die mit Zinnoxid gemischten reinen Ausgangsstoffe nach einer thermischen Vorbehandlung bei etwa 800 bis 900°C naß gemahlen und dabei mit -etwa 0,1 Gewichtsprozent CaC03 gemischt werden. . In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1123 243.