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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ferritkörper mit praktisch
rechteckförmiger Hysteresiskurve aus einer gesinterten Mischung, die 40 Molprozent
Fe203, 22 Molprozent MnO sowie Mg0, Zn0 und Cd0 enthält.
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In der französischen Patentschrift 1121088 sind Rechteckferrite
beschrieben, die 23 bis 52Molprozent Fe203,13 bis 77 Molprozent MnO,
0 bis 20 Molprozent Mg0, 0 bis 15 Molprozent Zn0 und Cd0 sowie
0 bis 5 Molprozent Ca0 enthalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ferritkörper
anzugeben, die ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis haben und bei der Umschaltung
der Magnetisierungsrichtung ein verhältnismäßig hohes Ausgangssignal liefern, also
eine hohe Remanenz aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Ferritkörper mit
praktisch rechteckförmiger Hysteresiskurve aus einer gesinterten Mischung, die 4(Y
Molprozent Fe,203, 22 Molprozent MnO sowie Mg0, Zn0 und Cd0 enthält, gelöst durch
eine der folgenden Kombinationen von Mg0, Zn0 und Cd0 (Molprozent):
| mg0 zno Cd0 |
| 20,5 12 5,5 |
| 23 7,5 7,5 |
| 23 8 7 |
| 23 9 6 |
| 23 10 5 |
| 23 11 4 |
| 23 12 3 |
| 23 13 2 |
| 23 14 1 |
| 24 8 6 |
| 25 7 6- |
| 25 8 5 |
| 25 9 4 |
| 25 10 3 |
| 26 6 6 |
| 26 7 5 |
| 26 8 4 |
| 26 9 3 |
| 26 11 1 |
| 27 8 3 |
| 27 9 2 |
| 28 7 3 |
Der Molprozentgehalt an Zn0 ist vorzugsweise größer als der von Cd0.
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Zur
Herstellung solcher Ferritkörper wird vorzugsweise zunächst eine innige Mischung
der Bestandteile in Luft bei etwa
500 bis
700'C kalziniert. Das so
kalzinierte Material wird gepreßt und dann bei etwa
1100 bis
1300'C
in Luft gesintert und schließlich in einer neutralen Atmosphäre bei etwa
1025 bis
11000 C
geglüht.
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Im folgenden soll ein Beispiel für dieses Verfahren gegeben werden.
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Ein Ferritkörper läßt sich beispielsweise folgendermaßen herstellen.
Zunächst wird in Luft bei etwa 525'C. für die Dauer einer Stunde eine Mischung kalziniert,
die folgende Zusammensetzung hat: Molprozent Mg0, als MgC03 ..................
26
MnO, als MnC03 analysenrein ...... 22 Zn0, analysenrein ..................
9
Cd0, analysenrein .................. 3
Fe203, als rotes Fe203
.............. 40 Die Masse wird nach der Kalzinierung in Wasser für etwa
2 Stunden gemahlen und dann getrocknet und gesiebt. Die gesiebte kalzinierte Masse
wird dann nochmals für etwa 2 Stunden in Luft bei etwa 950'C kalziniert.
Diese Masse wird dann nochmals gemahlen, und es werden ihr etwa 3 Gewichtsprozent
eines geeigneten Bindemittels zugesetzt. Die nochmals kalzinierte Masse mit dem
Bindemittelzusatz wird sodann durch ein 80-Maschen-Sieb gesiebt. Das so gewonnene
Material wird sodann in Form von Ringkernen gepreßt. Diese Ringkerne werden dann
für etwa 10 Stunden in Luft bei etwa 1200'C
gesintert. Die gesinterten
Kerne werden auf etwa 1060'C abgekühlt und dann für etwa 2 Stunden in trockenem
gereinigtem Stickstoff geglüht und dann in Stickstoff auf Zimmertemperatur abgekühlt.
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Ein typischer gebrannter Ringkern gemäß der Erfindung, der im wesentlichen
aus gesinterten Ferritkristallen besteht, hat etwa die folgenden Ab-
messungen:
Außendurchmesser ............. 2 mm Innendurchmesser .............. 1,3
mm Dicke ......................... 0,65 mm Die Eigenschaften eines Kernes
nach diesem Beispiel sind weiter unten in Tabelle 1 unter Nr. 1 aufgeführt.
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Die Wirkungsweise des Kernes kann an Hand einer Hysteresiskurve erläutert
werden, in welcher die senkrechte Achse die Magnetisierung oder Flußdichte B darstellt
und die waagrechte Achse die magnetisierende Feldstärke H, welche in dem Kern erzeugt
wird. Der Zustand - B,. soll als der Zustand »l« und der Zustand +B,. soll
als der Zustand »0« definiert werden. Wenn ein Stromimpuls I. von ausreichender
Amplitude und geeigneter Polarität einer Wicklung auf dem Kern zugeführt wird und
eine magnetische Feldstärke -H erzeugt, so zeigt der Kern nach dem Verschwinden
des Stromimpulses eine Induktion von - B" d. h, besitzt den
Zustand » 1 «.
Die Zuführung eines Impulses von geeigneter Polarität und ausreichender
Amplitude erzeugt eine magnetische Feldstärke +H und ruft somit den Zustand
»0«
hervor. Beim übergang aus dem Zustand »l« in den Zustand
»0« findet also eine große Flußänderung statt, und es entsteht daher eine
hohe Ausgangsspannung in der Ausgangswicklung 27. Wenn ein weiterer Impuls
+H. der gleichen Amplitude wie der ursprüngliche Impuls +H dem Kern zugeführt wird,
der sich nunmehr in seinem Zustand »0«
befindet, findet nur eine kleine Flußänderung
statt, und es entsteht daher nur eine geringe Ausgangsspannung.
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Um einen derartigen Kern für solche Fälle benutzen zu können, bei
denen der Eintritt bestimmter Wirkungen von dem gleichzeitigen Auftreten zweier
Ströme abhängt, muß der Kern, wenn er sich entweder in dem einen oder in dem anderen
Zustand »l«
oder »0« befindet, seinen Magnetisierungszustand
beibehalten,
wenn eine magnetisierende Feldstärke von der halben Größe der obenerwähnten Impulsamplitude,
also wenn eine Impu*Isamplitude 0,5 H.
mit positivem oder negativem
Vorzeichen der Eingangswicklung des Kernes zugeführt wird. Außerdem soll eine nur
kleine Induktionsänderung und eine sehr kleine Ausgangsspannung im Verlauf dieser
kleinen Impulse auftreten. Wenn man also annimmt, daß der Kern sich ursprünglich
in dem Zustand -B, befindet und wenn eine Reihe von Impulsen von der Größe
0,5 H die Eingangswicklung des Kernes durchfließen, so darf
eine geringfügige Verminderung des Wertes -B,. nur während der ersten Impulse auftreten,
und sodann soll die Induktion keinen Änderungen mehr unterworfen sein. Dieser Zustand
wird der gestörte Zustand »l« genannt. Umgekehrt wird durch die Zuführung
von Impulsen von der Größe 0,5 H negativer Richtung ein gestörter
Zustand »0« erzeugt, wenn der Kern die Magnetisierung +B, aufweist. Ein qualitativer
Maßstab für diese Eigenschaften ist das sogenannte Rechteckverhältnis R" welches
durch den Quotienten gegeben ist.
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Der Ausgangskörper kann aus den vorstehenden Oxyden oder aus Verbindungen
hergestellt werden, welche während der Kalzinierung oder während des Brandes des
Ausgangskörpers durch chemische Reaktion die vorstehenden Oxyde liefern. Auf sehr
geringe Verunreinigung muß geachtet werden, und es sollen vorzugsweise sogenannte
chemisch reine Chemikalien benutzt werden.
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In dem oben beschriebenen Beispiel hatten die Verfahrensschritte der
Mischung, der Kalzinierung bei 525'C, der Vermahlung, der Trocknung und der Siebung
den Zweck, eine innige Mischung der Bestandteile zu erzeugen und Gase, Wasser und
anorganische Materialien zu entfernen. Di ' ese Verfahrensschritte sind jedoch
nicht kritisch. Es kann vielmehr jedes Verfahren angewendet werden, welches eine
trockene und innige Mischung der Bestandteile liefert.
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Bei dem beschriebenen Beispiel ist jedoch die zweite Kalzinierung
bei etwa 900'C ein wichtiger Verfahrensschritt. Die Temperatur bei dieser
zweiten Kalzinierung kann zwischen 900 und 1100'C liegen, soll aber vorzugsweise
am unteren Ende dieses Bereichs gewählt werden. Die Zeitdauer für diese zweite Kalzinierung
ist nicht kritisch, jedoch soll bei höheren Temperaturen jeweils eine kürzere Dauer
gewählt werden. Der zweite Kalzinierungsprozeß soll vorzugsweise in Luft durchgeführt
werden, obwohl man auch eine andere Atmosphäre mit ähnlichen oxydierenden Eigenschaften
wie Luft verwenden kann.
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Die Verfahrensschritte der zweiten Vermahlung, des Zusatzes eines
Bindemittels, der zweiten Siebung und der Pressung zu einem Körper haben auf die
magnetischen Eigenschaften des Endproduktes so gut wie keinen Einfluß. Jedoch empfiehlt
es sich, auch diese letzteren Verfahrensschritte so zu wählen, daß die Form und
die Größe der gewünschten Ausgangsprodukte sowie ihre magnetischen Eigenschaften
möglichst weitgehend erreicht werden. An Stelle von Ringkernen kann man auch andere
magnetische Körper beispielsweise sogenannte magnetische Speicherplatten oder Transfluxorkerne
herstellen.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Sinterungstemperatur
zwischen 1100 und 1300'C
angegeben. Zinkoxyd verdampft stark oberhalb
von 1300'C, so daß sich die gewünschte Zusammensetzung ändern würde. Unterhalb
von 1100' C findet eine unvollkommene Reaktion der Reaktionspartner
statt. Die Sinterungszeit ist nicht kritisch. Jede Sinterungszeit, die ausreicht,
um eine vollständige Reaktion herbeizuführen, kann angewendet werden. Sinterungszeiten
von 1 bis 20 Stunden, vorzugsweise von 10 Stunden, haben sich als
geeignet erwiesen.
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Die Atmosphäre, in welcher die Sinterung stattfindet, hat sich jedoch
als wichtig erwiesen. Gemäß dem oben beschriebenen Beispiel werden die Ringkerne
bei etwa 1200'C in Luft gesintert und dann für 2 Stunden in trockenem reinem
Stickstoff bei etwa 1060'C geglüht. Die Atmosphäre, in welcher das Glühen
stattfindet, ist insofern kritisch, als diese Atmosphäre die relativen Oxydationszustände
der Mischung bestimmt. Es wurde gefunden, daß eine neutrale Atmosphäre, wie Stickstoff,
Argon, Helium oder Mischungen verschiedener Gase, erforderlich ist. Bei Benutzung
derartiger Atmosphären kann die Glühtemperatur zwischen 1025 und
1 100'C gewählt werden. Die Dauer des Glühens ist nicht kritisch, und eine
Glühdauer von 1 bis 4 Stunden, vorzugsweise von 2 Stunden, eignet sich zur
Durchführung des gewünschten Verfahrens.
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Statt die Sinterung und das Glühen in einem Brennprozeß vorzunehmen,
kann man auch die betreffenden Körper durch Sinterung in einer neutralen Atmosphäre
herstellen - und sie dann wieder auf Zimmertemperatur abkühlen. Nach diesem
Verfahren werden Kerne von ganz ähnlichen Eigenschaften wie bei dem Verfahren nach
dem oben beschriebenen Beispiel erhalten.
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Die Tabellen 1, 111, IV und V zeigen verschiedene Körper oder
Kerne nach ihrer Zusammensetzung, Sinterungstemperatur, Rechteckigkeitsverhältnis
(R,)
und Koerzitivkraft (H,) in Oersted. Die Tabelle Il zeigt verschiedene
zusätzliche Eigenschaften der Kerne in Tabelle I. In Tabelle 11 ist T, die
Spitzenzeit, T, die Scha ' Itzeit, I der Strom'zur Niederschrift einer Information
in dem Kern, Id der sogenannte Störstrom, der normalerweise 0,5
1. beträgt, t,.LV, das ungestörte »l«-Ausgangssignal und dV, das gestörte »0«-Ausgangssignal.
Die Zeiten sind in Mikrosekunden angegeben, die Ströme in Milliampere und die Signalgrößen
in Mikrovolt. Die Angaben der Tabellen wurden mit einem Stromimpuls, dessen Anstiegdauer
0,2 Mikrosekunden betrug und dessen Impulsdauer 6 Mikrosekunden betrug, gewonnen.
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Die Tabellen I und II beziehen sich auf weitere Beispiele, die nach
dem Verfahren gemäß dem oben mitgeteilten Ausführungsbeispiel hergestellt wurden.
Die Zusammensetzung Nr. 9, welche keine Zugabe von Zink oder Kadmium enthält,
ist zu Vergleichszwecken durchgemessen worden. Man sieht, daß die gemäß der Erfindung
hergestellten Kerne ein höheres Rechteckverhältnis R" eine kürzere Spitzenzeit T,
und eine kürzere Schaltzeit T, besitzen. Außerdem können die Kerne gemäß der Erfindung
in einem, weiten Bereich der Koerzitivkraft hergestellt werdtn, wodurch es beispielsweise
möglich wird, den Kern an einen vorgeschalteten Transistor oder eine vorgeschaltete
Vakuumröhre anzupassen. Ferner zeigen viele der Kerne gemäß der Erfindung eine höhere
Ausgangssignalspannung (#t VI).
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In Tabelle 111 sind Sintertemperaturen, Rechteckigkeitsverhältnis
R" und Koerzitivkraft H, für Zusammensetzungen, welche 10 bis 14 Molprozent
ZnO
plus Cd0 enthalten, angegeben. Die Kerne wurden bei den angegebenen
Temperaturen etwa 2 Stunden gesintert, um vergleichbare Werte der Koerzitivkraft
im Bereich von starken Steuerströmen zu erhalten. In jedem Falle zeigen die Kerne,
welche sowohl Zn0 wie Cd0 enthalten, ein höheres Rechteckverhältnis als die Kerne,
welche lediglich Zn0 enthalten.
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In Tabelle IV sind die Werte für Zusammensetzungen angegeben, welche
denen in Tabelle III ähnlich sind, jedoch mit der Ausnahme, daß die Proben bei den
angegebenen Temperaturen gesintert wurden, um Werte der Koerzitivkraft im Bereich
geringer Steuerströme zu erhalten. Es zeigt sich wieder, daß Kerne, welche sowohl
Zn0 als Cd0 (mit Ausnahme des Kerns Nr. 31) enthalten, ein besseres Rechteckverhältnis
als Kerne mit lediglich Zn0 aufweisen.
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Tabelle V zeigt weitere Beispiele von Kernen mit verschiedenen Zusammensetzungen,
welche 15 Molprozent von Zn0 plus Cd0 enthalten. Die Kerne nach TabelleV
wurden nach dem Verfahren gemäß dem oben beschriebenen ersten Beispiel hergestellt.
In jedem Falle ist das Rechteckverhältnis und die Koerzitivkraft der Kerne mit Zn0
und Cd0 höher als die betreffenden Werte des Kerns Nr. 32, der lediglich
Zn0 enthält.
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Die Tabellen III, IV und V zeigen zusammen, daßdie Koerzitivkraft
der I#erne gemäß der Erfindung durch Wahl der Sinterungstemperatur ohne Einbuße
an Rechteckverhältnis beeinflußt werden können. Darüber hinaus lassen sich noch
die folgenden allgemeinen Feststellungen treffen: Das Rechteckverhältnis nimmt ab,
wenn der Molprozentgehalt an Cd0 sich demjenigen von Zn0 annähert. Der Anteil von
Zn0 soll nicht größer als 24 Molprozent sein und soll vorzugsweise zwischen
5 und 14 Molprozent liegen. Der Molprozentgehalt an Zn0 soll größer sein
als derjenige von Cd0.
| Tabelle I |
| Zusammensetzung in Molprozent |
| Nr. Fe20# Mno mg0 Zn0 Cdo Sinterungstemperat
u-r R. H# |
| . C |
| 1 40 22 26 9 3 1200 0,87 1,31 |
| ,2 40 22 28 7 3 1225 0,90 1,16 |
| 3 40 22 27 8 3 1200 0,90 0,984 |
| 4 40 22 25 8 5 1200 0,89 0,71 |
| 5 40 22 23 8 7 1200 0,87 0,792 |
| 6 40 22 26 11 1 1190 0,83 1,15 |
| 7 40 22 26 7 5 1150 0,87 1,41 |
| 8 40 22 26 6 6 1150 0,83 1,44 |
| 9 40 22 38 0 0 1250 - 0,82 1,30 |
| Tabelle II |
| Nr. V, d V# TP T. |
| 1 800 400 180 18 0,37 0,79 |
| 2 500 250 70 9 0,35 0,77 |
| 3 700 350 215 13 0,49 0,90 |
| 4 400 200 88 12 0,41 0,81 |
| 5 400 200 76 11 0,45 0,86 |
| 6 400- 200 110 20 0,39 0,82 |
| 7 660 330 160 20 0,25 0,50 |
| 8 660 330 170 20 0,25 0,49 |
| 9 740 370 100 20 0,60 1,25 |
| Tabelle III |
| Zusammensetzung in Molprozent |
| Sinterungstemperatur |
| Nr. Fe20# Mno mg0 Zn0 Cd0 C R# H# |
| 10 40 22 27 11 - 1115 0,75 1,45 |
| 11 40 22 26 6 6 1150 0,83 1,44 |
| 12 40 22 28 7 3 1200 0,85 1,44 |
| Fortsetzung |
| Sinterungstemperatur |
| Nr. re203 Mno mgo Zn0 Cd0 c R, |
| 13 40' 22 26 7 5 1150 0,87 1,41 |
| 14 40 22 25 7 6 1150 0,83 1,39 |
| 15 40 22 26 8 4 1150 0,83
1,49 |
| 16 40 22 24 8 6 1150 0,81 1,48 |
| 17 40 22 27 9 2 1200 0,83 1,39 |
| 18 40 22 26 9 3 1175 0,82 1,50 |
| 19 40 22 25 10 3 1175 0,80 1,46 |
| 20 40 22 26 11 1 1165 0,81 1,41 |
| Tabelle IV |
| Zusammensetzung in Molprozent |
| Nr. Fe20,3 MnO m80 zno Cd0 Sinterungstemperatur
R# H, |
| .c |
| 21 40 22 27 11 - 1140 0,85 1,04 |
| 22 40 22 26 6 6 1175 - 0,88 1,01 |
| 23 40 22 28 7 3 1250 0,90 1,07 |
| 24 40 22 26 7 5 1175 0,90 1,01 |
| 25 40 22 23 7,5 7,5 1216 0180 1,07 |
| 26 40 22 26 8 4 1175 0,91 1,05 |
| 27 40 22 24 8 6 1175 0,87 1,09 |
| 28 40 22 23 8 7 1175 0,85 1,02 |
| 29 40 22 25 9 4 1175 0,90 1,08 |
| 30 40 22 23 9 6 1175 0,87 1,03 |
| 31 40 22 20,5 12 5,5 1140
0,78 1,09 |
| Tabelle V |
| Zusammensetzung in Molprozent |
| Sinterungstemperatur |
| Nr. Fei()# Mno m80 Zno Cd0 c
R. X |
| 32 40 22 23 15 0 1175 0,73 0,760 |
| 33 40 22 23 14 1 1175 0,83 0,951 |
| 34 40 22 23 13 2 1175 0,83 0,881 |
| 35 40 22 23 12 3 1175 0,83 1,01 |
| 36 40 22 23 11 4 1175 0,83 1,05 |
| 37 40 22 23 10 5 1175 0,82 1,06 |
| 38 40 22 23 7,5 7,5 1175 0,79 1,29 |