DE1276534B - Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Ferritmaterials mit hexagonaler Kristallstruktur - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Ferritmaterials mit hexagonaler KristallstrukturInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES flSmWl· PATENTAMT
Int. Cl.:
C 04b
Deutsche Kl.: 80 b-8/093
Nummer: 1276 534
Aktenzeichen: P 12 76 534.3-45 (P 36751)
Anmeldetag: 10. Mai 1965
Auslegetag: 29. August 1968
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserte Hochfrequenzeigenschaften
aufweisenden ferromagnetischen Ferritmaterials mit hexagonaler Kristallstruktur auf Basis
der Verbindung
Ba3CoaMe;i_a)FegO41
worin Me" mindestens eine der Komponenten Zn", Ni", Mn", Mg", Cd", Cu" oder
Li1 + Fe1"
Verfahren zur Herstellung eines
ferromagnetischen Ferritmaterials mit
hexagonaler Kristallstruktur
ferromagnetischen Ferritmaterials mit
hexagonaler Kristallstruktur
Anmelder:
Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Dr. Gerhard Winkler, 2000 Hamburg
bedeutet und 0,5 _ a _ 2 ist.
Derartige Verbindungen weisen eine Kristallstruktur auf, deren Elementarzelle im hexagonalen Kristallsystem
mit einer c-Achse von etwa 52,3 Ä und einer α-Achse von etwa 5,9 Ä beschrieben werden
kann. Hierbei können die Ba-Ionen zu höchstens einem Drittel durch Sr-Ionen, zu höchstens einem
Fünftel durch Pb-Ionen und höchstens einem Zehntel durch Ca-Ionen oder eine Kombination derselben
ersetzt werden.
Diese ferromagnetischen Ferritmaterialien besitzen eine negative Kristallanisotropie, d. h., daß ihre
spontane Magnetisierung senkrecht zur hexagonalen Achse gerichtet und somit parallel zur Basisebene
des Kristalls ist. In diesem Fall besitzt der Kristall eine sogenannte Vorzugsebene der Magnetisierung,
in der die Magnetisierungsrichtung viel leichter drehbar ist als in jeder, nicht in dieser Ebene liegenden
Richtung. Derartige Werkstoffe, auch planare Ferrite genannt, haben eine sehr hohe Grenzfrequenz, d. h.,
sie weisen auch noch bei sehr hohen Frequenzen von 50 bis 1000 MHz relativ hohe Anfangspermeabilitäten
und relativ geringe Verluste auf, so daß sie für ferromagnetische Körper und Kerne zur Konzentration
magnetischer Feldlinien bei diesen Frequenzen geeignet sind.
Es wurde nun gefunden, daß sich die magnetischen Eigenschaften dieser Materialien noch erheblich verbessern
lassen, und zwar insbesondere im Hinblick auf Erhöhung der Grenzfrequenz, Verringerung des
magnetischen Verlustfaktors Ιαηδμ= μ"j μ und Erhöhung
des Gütefaktors //-Q = ///tan όμ{μ' = reeller
Wert der Anfangspermeabilität).
Dies wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß im
zu wärmebehandelnden Ausgangsgemisch, ausgehend von der obigen Verbindung, ein Teil der Fe-Ionen
durch eine Kombination gleicher Mengen an Co" + TiIV-Ionen ersetzt wird entsprechend einem endgültigen
Ferritmaterial der Formel
Ba3Co(o+il)Me;i_a)TiivFe^_2 „ O41
wobei b zwischen 0,1 und 2,0 liegt.
Durch diese Substitution des dreiwertigen Eisens durch die Kombination von zweiwertigem Kobalt
und vierwertigem Titan in den angegebenen Mengen bleibt die kristallographische Struktur der irnsubstituierten
Verbindung erhalten.
Das Ferritmaterial wird in an sich bekannter Weise durch Wärmebehandlung, vorzugsweise durch
Sintern, eines feinverteilten Ausgangsgemisches der zusammensetzenden Metalloxyde hergestellt, die völlig
oder teilwese durch Verbindungen, die bei Erhitzung in Metalloxyde übergehen, und/oder durch vorher
gebildete Reaktionsprodukte von zwei oder mehreren der zusammensetzenden Metalloxyde ersetzt werden
können. Gegebenenfalls kann das feinverteilte Ausgangsgemisch zunächst vorgesintert werden, wonach
das Reaktionsprodukt wieder feingemahlen und das so erzielte Pulver erneut gesintert wird; diese Aufeinanderfolge
von Behandlungen kann gegebenenfalls ein- oder mehrmals wiederholt werden. Die Temperatur der Vorsinterung bzw. des Endsintervorgangs
wird z. B. zwischen etwa 1000 und etwa 14500C, vorzugsweise zwischen 1200 und 135O°C,
gewählt. Vor- und Endsinterung erfolgt vorzugsweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. Luft.
Um die Sinterung zu erreichen, können Sintermittel, beispielsweise Silikate und Fluoride, zugesetzt werden.
Ferromagnetische Körper aus den beschriebenen Materialien können dadurch hergestellt werden, daß
das Ausgangsgemisch bereits sofort in der gewünschten Form gesintert wird oder das Reaktionsprodukt der
Vorsinterung feingemahlen und gegebenenfalls nach Zusatz eines Bindemittels in die gewünschte Form
809 598/532
gebracht und gegebenenfalls nachgesintert oder das Bindemittel nachgehärtet wird. Das beschriebene
Ferritmaterial kann auch durch Schmelzen oder durch Ziehen von Einkristallen aus einer entsprechenden
Schmelze hergestellt werden.
Besonders gute magnetische Werte lassen sich bei ferromagnetischen Körpern aus nach der Erfindung,
hergestelltem Ferritmaterial erzielen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in an sich bekannter
Weise die Teilchen des in Pulverform vorliegenden ϊ0
Ferritmaterials, solange sie noch frei beweglich sind, in einem magnetischen Drehfeld ausgerichtet und in
diesem Zustand zu einem zusammenhängenden Ganzen,, insbesondere durch Pressen, fixiert werden.
Hierdurch wird erreicht, daß die überwiegende Mehrzahl der Kristalle sich so ausrichtet, daß ihre hexagonalen
Basisebenen leichter Magnetisierung untereinander parallel stehen, und zwar parallel zu der
durch das magnetische Drehfeld vorgegebenen Ebene. Diese magnetische Orientierung führt zu einer Erhöhung
der Anfangspermeabilität und des Gütefaktors.
Es sei noch erwähnt, daß es bereits bekannt ist, ausgehend von der dauermagnetischen Verbindung
BaFe12O19, einen Teil der Feni-Ionen durch eine
Kombination gleicher Mengen an Co11 und TiIV-Ionen
zu ersetzen, wodurch weichmagnetische Verbindungen mit einer Vorzugsebene der Magnetisierung entstehen.
Es war jedoch nicht zu erwarten, daß sich durch eine derartige Substitution die magnetischen
Eigenschaften von bereits weichmagnetischen Materialien erheblich verbessern lassen.
Es sind allerdings kubische Mikrowellenferrite für z. B. 9200 MHz bekannt, bei denen ein Teil der
Eisenionen durch zweiwertige Metallionen, unter anderem Kobalt, bzw. durch vierwertige Titanionen
ersetzt werden können. Diese Ferrite dienen zur Verwendung für Faraday-Rotatoren und Phasenschieber;
sie zeigen bei Frequenzen oberhalb 50 MHz einen steilen Abfall der Permeabilität gegen 1 und
sind deshalb für ferromagnetische Körper und Kerne zur Konzentration magnetischer Feldlinien bei Frequenzen
zwischen 50 und 100 MHz nicht geeignet.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Ein Gemisch aus Fe2O3, BaCO3, CoCO3, ZnO
und TiO2 gemäß der molaren Zusammensetzung
Ba3Co11225Zn11275Ti015Fe23O41
wird 15 Stunden mit Alkohol in einer Kugelmühle gemahlen; nach Trocknung der Suspension wird
das Gemisch zweimal 1 Stunde bei 130O0C in Luft vorgebrannt und zwischendurch, wie vorstehend beschrieben,
nochmals gemahlen. Nach einem weiteren Mahlgang von 15 Stunden wird aus dem Pulver ein
Formkörper gepreßt und dieser 15 Minuten bei 1250° C in einer reinen Sauerstoffatmosphäre gesintert.
Die Höchstfrequenzeigenschaften dieser Körper sind in Tabelle I unter ,Nr. 2 angegeben. Zum
Vergleich enthält die Tabelle I unter Nr. 1 die bisher erreichten optimalen Werte der bekannten isotropen
Verbindung Ba3Co01725Zn1275Fe24O41.
Nimmt man das letzte Mahlen in Aceton vor und verpreßt die Mahlsuspension in einer Preßmatrize
aus nichtmagnetischem Stahl, die sich zwischen den Polschuhen eines rotierenden Elektromagneten
befindet, so erhält man einen anisotropen Formkörper mit einem röntgenographisch bestimmten
Orientierungsgrad (vgl. Lotgering, J. Inorg. Nucl. Chem., 9,113,1959) von 0,7, der die in Tabelle I
unter Nr. 3 aufgeführten Eigenschaften besitzt.
Nr. | Frequenz | 100 MHz | 300 MHz | 500 MHz |
μ | 16,3 | 12,7 | 9,1 | |
1 | tan όμ | 0,098 | 0,475 | 0,813 |
μ Q | 166 | 27 | 11 | |
μ | 15,2 | 16,3 | 18,0 | |
2 | tan δ μ | 0,016 | 0,061 | 0,128 |
μ ■ Q | 924 | 266 | 141 | |
μ' | 19,9 | 21,4 | 24,0 | |
3 | tan δ μ | 0,015 | 0,065 | 0,133 |
μ -Q | 1320 | 327 | 180 |
. Ein Gemisch aus Fe2O3, BaCO3, CoCO3 und TiO2
gemäß der molaren Zusammensetzung
Ba3Co2i75Ti0i75Fe22i5 O41
wird wie im Beispiel 1 behandelt. Die Höchstfrequenzeigenschaften eines isotropen Formkörpers dieser
Zusammensetzung sind in Tabelle II unter Nr. 5 angegeben. Zum Vergleich enthält die Tabelle II
unter Nr. 4 die bisher erreichten optimalen Werte der bekannten isotropen Verbindung
Ba3Co2Fe24O41.
Tabelle II
Nr. | Frequenz | 100 MHz | 300 MHz | 500 MHz |
/ | 8,5 | 10 | 11 | |
4 | tan δμ | 0,03 | 0,08 | 0,2 |
μ -Q | 270 | 125 | 55 | |
μ | 6,5 | 6,5 | 6,8 | |
5 | tan δμ | 0,005 | 0,015 | 0,044 |
μ -Q | 1410 | 422 | 154 |
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines verbesserte Hochfrequenzeigenschaften aufweisenden ferromagnetischen
Ferritmaterials mit hexagonaler Kristallstruktur auf Basis der Verbindung
Ba3Co^eJ2 ..,,,Fe24 1O41,
worin Me" mindestens eine der Komponenten Zn", Ni", Mn", Mg", Cd", Cu" oder
111
Li1 + Fe1
bedeutet und 0,5 5Ξ a ^ 2 ist, dadurch gekennzeichnet,
daß im zu wärmebehandelnden Ausgangsgemisch, ausgehend von der obigen Verbindung, ein Teil der Fem-Ionen durch
eine Kombination gleicher Mengen an Co" + Ti'v-Ionen
ersetzt wird entsprechend einem endgültigen
Ferritmaterial der Formel
Ba3Co(u+fe)Me|U/rilvFe »Ub,O41
wobei b zwischen 0,1 und 2,0 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Barium maximal zu einem
Drittel durch Strontium, zu einem Fünftel durch Blei und zu einem Zehntel durch Kalizium oder
eine Kombination derselben ersetzt wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Körpers aus einem nach den Ansprüchen 1
und 2 gebildeten Ferritmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des in Pulverform
vorliegenden Ferritmaterials, solange sie noch frei beweglich sind, in einem magnetischen Drehfeld
ausgerichtet und in diesem Zustand zu einem zusammenhängenden Ganzen, insbesondere durch
Pressen, fixiert werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 354 231,
323 644.
Französische Patentschriften Nr. 1 354 231,
323 644.
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