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Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit einer rechteckigen
Hystereseschleife Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines
Magnetkernes mit einer im wesentlichen rechteckigen Hystereseschleife aus einem
ferromagnetischen Mischferritmaterial, wobei eine in die gewünschte Form gepreßte,
gegebenenfalls vorgesinterte Masse von Oxyden aus Lithium, Nickel, Eisen und gegebenenfalls
noch Zink und/oder Kupfer und/oder von Verbindungen dieser Metalle, die bei starker
Erhitzung in diese Oxyde übergehen, gesintert wird, wobei die relativen Mengen der
erwähnten Metalle in der zu sinternden Masse, in Molprozent der Oxyde Li,0, Ni0,
Fe,O" ZnO und CuO ausgedrückt, 2 bis 20 Molprozent Li,0, 0,5 bis 45 Molprozent
Ni0, 50 bis 84 Molprozent Fe2011 0 bis 3 Molprozent ZnO und
0 bis 8 Molprozent CuO betragen. Solche Magnetkerne können z. B. als
Speicherelemente in elektronischen Rechenmaschinen verwendet werden.
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Die Brauchbarkeit der betreffenden Magnetkerne als Speicherelemente
beruht auf einem deutlichen Unterschied zwischen dem »Nullsignal« und dem »Einssignal«
(in der Rechenmaschinentechnik unterscheidet man noch das »ungestörte« Einssignal,
uV1, und das »gestörte« Einssignal, rVI, bei einem guten Speicherelement sind diese
Größen jedoch nur sehr wenig voneinander verschieden). Zu diesem Zweck ist es, außer
einer genügend großen »Rechteckigkeit« der Hystereseschleife, erforderlich, daß
bei einer gegebenen Anstiegzeit des Steuerstromes der Zeitverlauf zwischen dem Anfang
des Steuerstromimpulses und dem Zeitpunkt, an dem die Ausgangsspannung des Einssignals
ihren Höchstwert erreicht, im wesentlichen konstant ist. Aus praktischen Gründen
geht man vorzugsweise nicht vom Anfang des Steuerstromimpulses aus, sondern von
dem Zeitpunkt, an dem der Steuerstrom eine Stärke von 10 0/, seines Höchstwertes
erreicht. Unter der »Spitzenzeit«(Tp) eines Magnetkernes versteht man den Zeitverlauf
zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Steuerstrom eine Stärke von 100/, seines
Höchstwertes erreicht, und dem Zeitpunkt, an dem die Ausgangsspannung des Einssignals,
das durch den diesbezüglichen Steuerstromimpuls erzeugt wird, maximal geworden ist.
Diese Spitzenzeit ist selbstverständlich von der Anstiegzeit (-c,) des Steuerstromimpulses
abhängig. Bei den Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, betrug diese
Anstiegzeit immer 0,15 Mikrosekunden.
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Bis jetzt hat man die infolge Temperaturänderungen auftretenden Änderungen
in den Stromimpulscharakteristiken von Speicherelementen meistens dadurch korrigiert,
daß die Stärke des Steuerstromes geändert wurde. Auch hat man das ganze System von
Speicherelementen in einem Thermostat angeordnet, um störende Temperaturänderungen
zu verhüten. Diese Verfahren sind jedoch kompliziert und umständlich. Außerdem sind
sie nicht verwendbar, wenn beim Betrieb des Systems Temperaturunterschiede zwischen
den einzelnen Speicherelementen auftreten, weil das eine Element in einem bestimmten
Zeitverlauf öfter umgeschaltet wird als das andere. Es ist daher von großer Wichtigkeit,
über Speicherelemente verfügen zu können, die nicht nur ein genügend großes Rechteckigkeitsverhältnis
der Hystereseschleife aufweisen, sondern von denen auch die Ausgangsspannung des
Einssignals, wie auch der Spitzenzeit, in einem weiten Temperaturbereich (vorzugsweise
zwischen -50 und +120'C) nicht oder nur in geringem Maße von der Temperatur
abhängig sind.
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Magnetkerne mit einer im wesentlichen rechteckigen Hystereseschleife
aus Lithium-Nickel-Ferriten mit Anteilen von 12,5 bis 15,8 Molprozent
Li,0, 2,6 bis 12,5 Molprozent Ni0 und 75 bis 81,6 Molprozent
Fe,0, waren schon bekannt. Sie waren jedoch durch Erhitzung auf eine Temperatur
von 1100 bis 1200'C
hergestellt. Daher ist bei ihnen der Unterschied
zwischen der Ausgangsspannung des Nullsignals und derjenigen des Einssignals relativ
klein.
Bisher glaubte man, daß die Flüchtigkeit des Lithiumoxyds
der Verwendung höherer Erhitzungstemperaturen als 1200'C im Wege stand. Aus
diesem Grunde wurden lithiumhaltige Ferrite auch stets nur bei Temperaturen bis
zu maximal 1200'C gesintert.
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Gemäß der Erfindung lassen sich Lithium-Nickel-Ferrite mit ausgezeichneten
Speichereigenschaften nach dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch herstellen,
daß die Sinterung bei einer Temperatur über 1200 und bis 1400'C in trockener Luft
oder in einem, trockenen Luft-Sauerstoff-Gemisch stattfindet.
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Es wurde nämlich erkannt, daß man bei der Herstellung lithiumhaltiger
Ferrite Sintertemperaturen von über 1200'C anwenden kann, wenn die Sinterung
in einer Gasatmosphäre stattfindet, die keinen oder wenigstens im wesentlichen keinen
Wasserdampf enthält. Bei der Sinterung von Lithiumferrit 6 Stunden bei einer
Temperatur von 1250'C in Luft wurde gefunden, daß in einer völlig trockenen
Gasatmosphäre der Lithiumverlust, berechnet auf das Gesamtferritgewicht,
1,5 0/0, betrug, bei einem atmosphärischen Wasserdampfdruck von
15 Torr auf 3,8 0/" bei 50 Torr auf 5,5 0/", bei
100 Torr auf 6,5 0/00 und bei 150 Torr auf 7,6 0/,o
ansteigt. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Magnetkerne weisen
Spitzenzeiten auf, die über einen ausgedehnten Temperaturbereich deutlich weniger
von der Temperatur abhängig sind als die Spitzenzeiten der bekannten, aus Mangan-Magnesium-(Zink)-Ferriten
oder Mangan-Kupfer-(Zink)-Ferriten bestehenden Magnetkerne mit rechteckiger Hystereseschleife,
während sie im übrigen diesen nicht nachstehen. Gegenüber den bekannten, zwischen
1100 und 1200'C gesinterten Lithium-Nickel-Ferriten weisen die nach
der Erfindung hergestellten Magnetkerne einen deutlich größeren Unterschied zwischen
der Ausgangsspannung des Nullsignals und der des Einssignals auf.
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Als Rohstoffe für die nach der Erfindung hergestellten Magnetkerne
kommen außer den schon erwähnten Lithium-Nickel-Ferriten auch noch die Mischferrite
von diesen mit Zinkferrit und/oder Kupferferrit in Betracht.
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Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die durch Erhitzung auf
eine Temperatur von 1200 bis 1400'C gesinterte Masse zuerst mit einer Geschwindigkeit
von höchstens
30'C in der Minute bis auf eine
100 bis
600'C
niedrigere Temperatur abgekühlt und
| Kern Zusammensetzung Vorsinter- |
| Nr. in Molprozent der Oxyde temperatur Art der Sinterung und
Abkühlung |
| UO, 1 Ni0 Zno Cu0 j Fe203 (0 Q |
| 1 15,431 5,35 - 79,22 800 Mit einer Geschwindigkeit
von 2 cm in der Minute durch den |
| Ofen geschoben. In der Erhitzungszone des Ofens 8 cm
lang, |
| herrschte eine Temperatur von 1243'C |
| 2 14,55 6,45 - 79,0 750 Mit einer Geschwindigkeit
von 2 cm in der Minute durch den |
| Ofen geschoben. In der Erhitzungszone des Ofens 8 cm
lang, |
| herrschte eine Temperatur von 1250'C |
| 3 15,76 4,04 - 80,2 800 10 Minuten auf
1258'C erhitzt, im Ofen abgekühlt auf |
| 1000'C und dann abgeschreckt |
| 4 16,3 1,2 - - 82,5 750 5 Minuten auf 1340'C
erhitzt, im Ofen abgekühlt auf 900'C |
| und dann abgeschreckt |
| 5 14,55 6,45 - - 79,0 750 10 Minuten auf
1340'C erhitzt, im Ofen abgekühlt auf |
| 1000'C und dann abgeschreckt |
| 6 14,55 6,45 - - 79,0 625 5 Minuten auf
1280'C erhitzt, schnell abgekühlt auf 980'C, |
| 15 Minuten auf 980'C gehalten und dann abgeschreckt |
| 7 14,55 6,45 - - 79,0 - 5 Minuten auf
1340'C erhitzt, im Ofen abgekühlt auf |
| 1000'C und dann abgeschreckt |
| 8 14,55 6,45 - - 79,0 - 5 Minuten auf
1350'C erhitzt, schnell abgekühlt auf 1020'C, |
| 10 Minuten auf 1020'C gehalten und dann abgeschreckt |
| 9 14,55 5,45 1,0 - 79,0 775 5 Minuten
auf 1337'C erhitzt, im Ofen abgekühlt auf |
| 1000'C und dann abgeschreckt |
| 10 14,55 4,45 2,0 - 79,0 775 5 Minuten
auf 1350'C erhitzt, schnell abgekühlt auf 11000 C, |
| 40 Minuten auf 1100'C gehalten und dann abgeschreckt |
| 11 8,8 17,7 - 5,9 67,6 750 5 Minuten auf 1340'C erhitzt,
im Ofen abgekühlt auf |
| 970'C und dann abgeschreckt |
| 12 12,5 6,25 - 6,25 75,0 750 7 Minuten auf
1262'C erhitzt, schnell abgekühlt auf 970'C, |
| 15 Minuten auf 970'C gehalten und dann abgeschreckt |
| 13 15,03 5,23 - - 79,74 900 Mit einer Geschwindigkeit
von 2 cm in der Minute durch den |
| Ofen geschoben. In der Erhitzungszone des Ofens,
1 cm lang, |
| herrschte eine Temperatur von 1235'C |
| 14 15,43 5335 _ _ 79,22 800 10 Minuten auf
1218'C erhitzt, im Ofen abgekühlt auf |
| 1050'C und dann abgeschreckt |
dann abgeschreckt wird oder wenn man die durch Erhitzung auf eine
Temperatur von 1200 bis 1400'C gesinterte Masse mit einer Geschwindigkeit von mehr
als
30'C in der Minute bis auf eine
100 bis
600'C
niedrigere
Temperatur abkühlt, wenigstens
5 Minuten auf dieser niedrigeren Temperatur
hält und dann abschreckt.
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Was die Zusammensetzung der betreffenden Magnetkerne betrifft, sei
noch bemerkt, daß optimale Eigenschaften erreicht werden können in einem Zusammensetzungsbereich
mit relativen Mengen Lithium, Nickel und Eisen entsprechend 14 bis 15 Molprozent
Li201 5 bis 7 Molprozent Ni0 und 78 bis 80 Molprozent
Fe201.
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Die Erfindung wird an Hand eines Beispiels näher erläutert.
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Beispiel Gemische aus Lithiumcarbonat Li,CO3, Nickelcarbonat NiCO.,
Eisenoxyd Fe203 und gegebenenfalls Zinkoxyd Zn0 oder Kupferoxyd Cu0 wurden 4 Stunden
in Äthanol in einer Kugelmühle gemahlen. Die Mahlprodukte wurden in Luft vorgesintert,
bis auf Zimmertemperatur abgekühlt und 16 Stunden in Äthanol in einer Kugelmühle
gemahlen. Die so erhaltenen Mahlprodukte wurden, nach Zusatz eines organischen Bindemittels,
granuliert und unter einem Druck von 1,5 t/cm2 zu Ringen mit einem Außendurchmesser
von 1,63 mm, einem Innendurchmesser von 0,94 mm und einer Höhe von
0,38 mm gepreßt. Diese Ringe wurden durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen
1200 und 1400'C in trockener Luft gesintert.
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Die Vorsinterung wurde nicht immer durchgeführt. In nachstehender
Tabelle sind nähere Einzelheiten über die chemische Zusammensetzung und die Herstellungsbedingungen
der Magnetkerne sowie eine Anzahl von Meßergebnissen angegeben. Es wurde immer die
Ausgangsspannung des Nullsignals und diejenige des gestörten Einssignals (rVl) sowie
die Spitzenzeit (Tp) bei einer Anstiegzeit (-c,) des Steuerstromimpulses von
0,15 Mikrosekunden gemessen. Die Messungen wurden alle bei 25'C durchgeführt.
Von einigen Magnetkernen wurden auch die Temperaturkoeffizienten des ungestörten
Einssignals (uV1) und der Spitzenzeit (Tp) gemessen. Meßergebnisse Ausgangssp nung
Spitzenzeit Ternperaturkoefflzient Ausgangss g des gestörrten r Temperaturkoeffment
des ungestörten Einssignals uV1 des Null =igna7ls Einssignals, rVl ikro- der Spitzenzeit,
T" (millivolt) (Millivolt) sekunden) pro OC im Temperaturbereich 0/a pro
OC im Temperaturbereich 14 42 0,33 0,0 von +25 bis +600C
0,56 von +25 bis +60'C 32 85 0,58
13 48 0,43
0,0 von +20 bis +60'C 0,6 von +20 bis +60'C 14 64 0,44 18 94
0,33 0,0 von -40 bis +l400C 0,53 von -40 bis +l600C 25 108 0,27
29
114 0,26
36 118 0,25
14 61 0,6 0,0 von -10 bis +100'C
von -40 bis +160'C 18 40 0,5
95 225 0,23
110 230
0,22 14 31 0,3 0,0 von +20 bis +60'C 0,46 von +20 bis +60'C 15
48 0,44 0,0 von +20 bis +600C 0,49 von +20 bis +60'C 1