DE1446985B1 - FERROMAGNETIC MIXTURE - Google Patents
FERROMAGNETIC MIXTUREInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Stoff- Die neuartigen ternären Ferrite der Erfindung be-The invention relates to a new material- The novel ternary ferrites of the invention are
gemisch. Genauer gesagt: die Erfindung betrifft eine ■ , sitzen außerdem als Magnetkerne erheblich verbessertemixture. More precisely: the invention relates to a seat which is also considerably improved as magnetic cores
neue Familie ferromagnetischer, keramischer Materia- Eigenschaften im Vergleich zu bisher bekanntennew family of ferromagnetic, ceramic material properties compared to previously known
lien, die man gemeinhin als Ferrite bezeichnet. Magnetkernen, insbesondere sind sie hinsichtlichlien, which are commonly referred to as ferrites. Magnetic cores, in particular, they are regarding
Magnetisches Ferritmäterial hat in den letzten 5 niedriger Koerzitivkraft, niedrigen Temperatürkoeffi-Jahren umfangreiche Anwendung gefunden. Das be- zienten der Koerzitivkraft und hohen Schaltgeschwinsondere Anwendungsbereich dieses Materials, mit digkeiten überlegen. Diese Eigenschaften ermöglichen dem sich die vorliegende Erfindung befaßt, betrifft es, die Speicher zu vereinfachen Diese Vereinfachung Speicher- und Schalteinrichtungen in digitalen Com- ergibt sich teilweise auf Grund des breiten Temperaturputern und verschiedenen Datenverarbeitern. Diese io bereichs, der von diesen Kernen toleriert werden kann. Verwendung schließt den Gebrauch von Mikro- Eei bisherigen Kernen trat nämlich bei einer Temsekundenimpulsen zur Behandlung von Informa- peraturänderung auch eine Änderung der Eigenschaftionen, die in einem binären Kode ausgedrückt sind, ten auf, so daß eine Kompensation durch Änderung ein. des Betriebsstroms erforderlich war, wodurch natürlichMagnetic ferrite material has had low coercive force, low temperature coefficient for the past 5 years found extensive application. This uses the coercive force and high switching speeds Scope of application of this material, superior by far. These properties make it possible to which the present invention is concerned is to simplify the memories. That simplification Storage and switching devices in digital com is partly due to the wide temperature puttering and various data processors. This io range that can be tolerated by these cores. Use excludes the use of micro Eei previous nuclei namely occurred with a Temsecond impulses to handle changes in information also a change in properties, which are expressed in a binary code, so that compensation by change a. of operating current was required, which of course
Um zwei stabile Zustände der remanenten Magneti- 15 der Speicher beträchtlich kompliziert wurde. DaherIn order to achieve two stable states of the remanent magneti- 15 the memory became considerably complicated. Therefore
sierung herbeizuführen sowie zur Erzeugung einer in lassen sich mit den erfindungsgemäßen MagnetkernenTo bring about sizing and to generate an in can be with the magnetic cores according to the invention
höchstem Maße nichtlinearen B-H-Relation, die einen verhältnismäßig billige und weniger komplizierteHighly non-linear B-H-relation, which is relatively cheap and less complicated
endgültigen und raschen Wechsel des Magnetisierungs- magnetische Speicherkernsysteme schaffen, als diescreate final and rapid change of magnetization magnetic storage core systems than this
zustandes ermöglicht, bedarf es jener Materialeigen- bisher möglich war.state, it requires the material that was previously possible.
schäften, die sich in einer rechtwinkeligen Hysteresis- ao Ein weiterer, sehr erheblicher Vorteil liegt in der
schleife ausdrücken. Das Maß der Rechteckigkeit so- Verminderung der Schaltzeit der erfindungsgemäßen
wie die Gleichmäßigkeit und Stabilität der Eigenschaf- Magnetkerne. Da durch die Erfindung eine höhere
ten stehen in direkter Beziehung zur Anzahl der Kerne, Ausgangsspannung ermöglicht wird, arbeiten die mit
die in zuverlässiger Weise in einem Speicher verwend- diesen Magnetkernen aufgebauten Speicher mit höhebar
sind, und zur Kapazität des Speichers. Die Werte 25 ren Geschwindigkeiten als die bekannten Speicher, so
der Koerzitivkraft bestimmen die Geschwindigkeit, daß die Gefahr eines Irrtums bei der Feststellung von
mit der eine Information verarbeitet werden kann. Das Ausgangssignalen in Gegenwart Von Rauschen infolge
erfindungsgemäß verwendete Ferrit ist gewöhnlich der ■ der höheren Ausgangsspannung verringert wird.
Mangan-Magnesium-Gruppe entnommen. Wie ge- . Diese überlegenen Eigenschaften, die den ternären
zeigt werden wird, schließt die Erfindung eine neue 30 Ferriten der erfindungsgemäßen Magnetkerne zu-
und höchst verbesserte Vielfalt von Ferriten für den kommen, ließen sich auch nicht aus den bekannten
angegebenen Zweck ein. Eigenschaften für reine Ferrite vorhersagen. Dashafts that express themselves in a right-angled hysteresis ao Another very significant advantage is expressed in the loop. The degree of squareness thus reducing the switching time of the invention as the uniformity and stability of the property magnetic cores. Since the invention enables a higher ten to be directly related to the number of cores and output voltage, the work with the memory built up in a reliable manner in a memory with these magnetic cores can be increased, and to the capacity of the memory. The values 25 ren speeds than the known memory, so the coercive force determine the speed that the risk of an error in the determination of the information can be processed. The output in the presence of noise due to ferrite used in the present invention is usually that of the higher the output voltage is decreased.
Taken from manganese-magnesium group. How much. These superior properties which will be exhibited by the ternary include the invention of a new ferrites of the magnetic cores of the invention and the highly improved variety of ferrites for which could not come from the known stated purpose. Predict properties for pure ferrites. There
Wie erwähnt, besteht die überwiegende Zahl der nämlich kein lineares Verhältnis zwischen Zusammen-As mentioned, there is the overwhelming number of namely no linear relationship between
derzeit verwendeten Speicherkerne aus substituierten Setzung und Magnetostriktiönskoeffizienten besteht,currently used storage cores consists of substituted settlement and magnetostriction coefficients,
Magnesium-Mangan-Ferriten, ähnlich denen, die in 35 konnte aus den bekannten Magnetostriktionskoeffi-Magnesium-manganese ferrites, similar to those in 35, could be derived from the known magnetostriction coefficient
der USA.-Patentschrift 2 981 689 beschrieben sind. zienten reiner Ferrite der entsprechende KoeffizientU.S. Patent 2,981,689. pure ferrites have the corresponding coefficient
Diese besondere Ferritfamilie zeigt niedere Koerzitiv- der erfindungsgemäßen ternären Ferrite nicht vorher-This particular ferrite family shows lower coercivities of the ternary ferrites according to the invention not previously
kraft und hohe Schallgeschwindigkeiten im Verhältnis gesagt werden. Zum Beispiel hierfür sollen die Werteforce and high speed of sound can be said in relation to one another. For example for this the values should
zu den meisten anderen Ferritmaterialien. Jedoch be- für X1n für Zusammensetzung im System NiFe2O4Fe3O4 to most other ferrite materials. However, for X 1n for composition in the system NiFe 2 O 4 Fe 3 O 4
steht der wesentlichste Nachteil bei der Verwendung 40 betrachtet werden. Durch A. B. S h m i t h und R. I.The main disadvantage of using 40 is to be considered. By A. B. S h m i t h and R. I.
von Magnesium-Mangan-Ferriten darin, daß ihre Jone s, J. Appl. Phys., 37, S. lOOl (1966), Tabelle,of magnesium-manganese ferrites in that their Jone s, J. Appl. Phys., 37, p. 100 (1966), table,
Koerzitivkraft mit der Zunahme der Temperatur sehr ■ rechte Spalte, wird für NiFe2O4 ein Wert von —21,6 ·Coercive force with increasing temperature very ■ right column, for NiFe 2 O 4 a value of -21.6 ·
rasch abnimmt. Dieser Nachteil prägt sich dann am iO~fe mitgeteilt. Für Fe3O4 wird ein Wert von +78 ·10~6 decreases rapidly. This disadvantage is then expressed on the IO ~ fe . For Fe 3 O 4 , a value of +78 · 10 ~ 6 becomes
deutlichsten aus, wenn die Kerne in Vorrichtungen von L. R. Bickf ord Jr., J. Pappis und J. L.most noticeable when the cores in devices by L. R. Bickf ord Jr., J. Pappis, and J. L.
arbeiten sollen, die notwendigerweise Temperatur- 45 Stull, Phys., Rev. 99, S. 1210 (1955), mitgeteilt.should work, the necessary temperature 45 Stull, Phys., Rev. 99, p. 1210 (1955), communicated.
Schwankungen unterworfen sind. Die derzeit verfüg- Läge ein lineares Verhältnis zwischen den beidenAre subject to fluctuations. The currently available relationship would be a linear relationship between the two
baren Ferrite mit kleinem Temperaturkoeffizienten Werten für NiFe2O4 und Fe3O4 vor, so wäre /I111 fürIf ferrites with low temperature coefficients are available for NiFe 2 O 4 and Fe 3 O 4 , then / I 111 would be for
der Koerzitivkraft besitzen dafür hohe Werte der die Zusammensetzung 0,78 NiFe2O4 · 0,22 Fe3O4 = O.the coercive force have high values of the composition 0.78 NiFe 2 O 4 · 0.22 Fe 3 O 4 = O.
Koerzitivkraft selbst. Folglich erfordern diese Kerne Der Versuch zeigt, daß der Null-Wert für die Zusam-Coercive force itself. Consequently, these nuclei require the experiment shows that the zero value for the
unangenehm hohe Antriebsstrcme. Beispiele dieser 50 mensetzung 0,70 NiFe2O3 · 0,30 Fe3O4 zutrifft, wieuncomfortably high drive currents. Examples of this 50 composition 0.70 NiFe 2 O 3 · 0.30 Fe 3 O 4 apply, such as
letztgenannten Materialien sind die magnetisch aus- durch H. P. J. Wij n, E. W. Gorter, C. J. E s-The latter materials are the magnetically selected by H. P. J. Wij n, E. W. Gorter, C. J. E s-
geglühten Nickel-Eisen-Ferrite, wie sie in dem USA.- ν e 1 d t und P. Geldermansin Philips Tech. Tev.,Annealed nickel-iron-ferrites, as they are in the USA.- ν e 1 d t and P. Geldermansin Philips Tech. Tev.,
Patent 3 055 832 beschrieben sind. 16, S. 52, rechte Spalte unten (1954), mitgeteilt wird.U.S. Patent 3,055,832. 16, p. 52, right column below (1954).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Ferrit- Aber selbst wenn ein lineares Verhältnis der Zusam-The object of the invention is to provide a new ferrite but even if a linear relationship of the composition
gemisch zu schaffen, das sich durch vorteilhafte Eigen- 35 mensetzungeli existieren würde, so ließe sich doch eineto create a mixture that would exist through advantageous self-development, that would be a good idea
schäften für Speicherkerne in Computern eignet. , rechteckige Hystereseschleife auf Basis der Magneto-shafts for memory cores in computers. , rectangular hysteresis loop based on the magneto
Dazu soll eine neue Familie von Ferritmaterialien ' striktiönskonstäüfen aliein nicht vorhersagen. DasTo this end, a new family of ferrite materials is not intended to predict strict constants alone. That
geschaffen werden, die bei Verwendung als bistabile Auftreten von rechteckigen Hysteresisschleifen hängtbe created, which depends when used as a bistable occurrence of rectangular hysteresis loops
Speicherelemente in Computern über einen weiten ab vom richtigen Verhältnis zwischen Magnetostrik-Storage elements in computers differ widely from the correct ratio between magnetostrics and
Temperaturbereich verbesserte Eigenschaften zeigen. 60 tion und der. magnetokristallinen Anisotropie. DieShow improved properties. 60 tion and the. magnetocrystalline anisotropy. the
Weiterhin soll eine neue Familie von Ferritmateria- Anisotropiekonstante K für feste Lösungen gehorchtFurthermore, a new family of ferrite materials - anisotropy constant K for solid solutions should obey
lien geschaffen werden, die keiner Stromkompensation keiner linearen Beziehung und läßt sich ohne direktelien are created that have no current compensation no linear relationship and can be without direct
über einen ICO0 C überschreitenden Temperaturbereich Messung nicht vorhersagen. Dies ergibt sich klarCannot predict measurement over a temperature range exceeding ICO 0 C. This is evident
bedarf. aus den Versuchsergebnissen von N. M i y a t a, J.requirement. from the test results of N. M i y a t a, J.
Ferner sollen die Ferrite der neuen Familie in 65 Phys. Soc. Japan, 16, S. 1294, Fig. 4a und 4c, fürFurthermore, the ferrites of the new family in 65 Phys. Soc. Japan, 16, p. 1294, Figures 4a and 4c for
Kombination niedrige Koerzitivkraft, einen niedrigen die Systeme MnFe2O4—Fe3O4 und NiFe2O4-Fe3O4,Combination of low coercive force, a low system of MnFe 2 O 4 —Fe 3 O 4 and NiFe 2 O 4 -Fe 3 O 4 ,
Temperaturkoeffizienten der Koerzitivkraft sowie eine mit denen sich die vorhegende Erfindung befaßt,Temperature coefficients of the coercive force and one with which the present invention is concerned,
bislang unerreichte Schaltgeschwindigkeit aufweisen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wirdhave unprecedented switching speed. The inventive solution to this problem is
nunmehr an Hand der folgenden Beschreibung erläutert. In der Abbildung ist ein Dreistoffdiagramm gezeigt, das das erfindungsgemäße Stoffgemisch erkennen läßt.now explained with reference to the following description. The figure shows a three-substance diagram that recognizes the substance mixture according to the invention leaves.
Die erfindungsgemäßen Ferrite bestehen aus Nickelferrit NiFe2O4, Manganferrit MnFe2O4 und Eisenferrit Fe2+Fe3+ 204. Bezüglich der Molprozente eines.. jeden dieser Bestandteile wird auf das durch die Punkte ABCD begrenzte Gebiet in dem in der Abbildung dargestellten Dreistoffdiagramm verwiesen. Es wurde gefunden, daß die obenerwähnten, in besonderer Weise erwünschten Eigenschaften durch jene Gemische verkörpert werden, die innerhalb des Gebietes ABCD liegen. Die an den Eckpunkten auftretenden Gemische sind die folgenden:The ferrites according to the invention consist of nickel ferrite NiFe 2 O 4 , manganese ferrite MnFe 2 O 4 and iron ferrite Fe 2+ Fe 3+ 2 0 4 . Regarding the mole percent of each of these constituents, reference is made to the area delimited by the points ABCD in the ternary diagram shown in the figure. It has been found that the above-mentioned particularly desirable properties are embodied by those blends which are within the ABCD field . The mixtures occurring at the corner points are the following:
A 75 Molprozent NiFe2O4
20 Molprozent MnFe2O4
5 Molprozent Fe3O4 A 75 mole percent NiFe 2 O 4
20 mole percent MnFe 2 O 4
5 mole percent Fe 3 O 4
B 30 Molprozent NiFe2O4
65 Molprozent MnFe2O4
5 Molprozent Fe3O4 B 30 mole percent NiFe 2 O 4 65 mole percent MnFe 2 O 4
5 mole percent Fe 3 O 4
C 40 Molprozent NiFe2O4 C 40 mole percent NiFe 2 O 4
35 Molprozent MnFe2O4 25 Molprozent Fe3O4 35 mole percent MnFe 2 O 4 25 mole percent Fe 3 O 4
D 65 Molprozent NiFe2O4
10 Molprozent MnFe2O4
25 Molprozent Fe3O4 D 65 mole percent NiFe 2 O 4
10 mole percent MnFe 2 O 4
25 mole percent Fe 3 O 4
Wie im folgenden gezeigt wird, besitzen die im obigen Gebiet liegenden Gemische die erörterten, höchst erwünschten Eigenschaften. Jedoch werden solche Eigenschaften nicht in den binären Systemen gefunden, die durch die Seiten des Diagramms dargestellt sind.As shown below, those in the above The highly desirable properties discussed. However, such properties are not found in binary systems that represented by the sides of the diagram.
Besonders hervorragende Gemische aus dem Gebiet ABCD der Abbildung enthalten:Particularly excellent mixtures from the ABCD area of the figure contain:
60 Molprozent Nickelferrit,
20 Molprozent Manganferrit,
20 Molprozent Eisenferrit;
55 Molprozent Nickelferrit,
25 Molprozent Manganferrit,
20 Molprozent Eisenferrit;
40 Molprozent Nickelferrit,
45 Molprozent Manganferrit,
15 Molprozent Eisenferrit;
40 Molprozent Nickelferrit,
50 Molprozent Manganferrit,
10 Molprozent Eisenferfit.60 mole percent nickel ferrite,
20 mole percent manganese ferrite,
20 mole percent iron ferrite;
55 mole percent nickel ferrite,
25 mole percent manganese ferrite,
20 mole percent iron ferrite;
40 mole percent nickel ferrite,
45 mole percent manganese ferrite,
15 mole percent iron ferrite;
40 mole percent nickel ferrite,
50 mole percent manganese ferrite,
10 mole percent Eisenferfit.
Die vorzügliche Wirkung dieser bevorzugten Gemische wird aus den in Tabelle II dargestellten Ergebnissen sofort erkennbar.The superior performance of these preferred blends is evident from the results presented in Table II immediately recognizable.
Im allgemeinen können in den erfindungsgemäßen Gemischen geringe Anteile von Verunreinigungen vorhanden sein. Es ist jedoch vorzuziehen, daß diese Verunreinigungen 2 Molprozent des Gemisches nicht übersteigen. Solche Verunreinigungen bestehen beispielsweise aus Zink, Zinn, Lithium und Aluminium, ohne daß die Möglichkeiten damit erschöpft wären. Das einzige Element, das mit Sicherheit als schädlich befunden wurde, sobald sein Anteil mehr als nur Spuren beträgt, ist Kobalt.In general, small amounts of impurities can be present in the mixtures according to the invention be. It is preferred, however, that these impurities not be 2 mole percent of the mixture exceed. Such impurities consist, for example, of zinc, tin, lithium and aluminum, without the possibilities being exhausted. The only element that is certain to be harmful was found to be cobalt as soon as its content is more than just traces.
Um das Betriebsverhalten eines typischen, gemäß der Erfindung hergestellten Kernes bezüglich der Impuls-Empfindlichkeit im Vergleich mit einem typischen, schnellschaltenden Magnesium-Mangan-Ferritkern gleicher Größe [von der Größenordnung 0,05 Zoll (1,27 mm) Außendurchmesser, 0,03 Zoll (0,76 mm) Innendurchmesser und 0,017 Zoll (0,43 mm) Höhe] zu zeigen, wird auf die nachfolgende Tabelle verwiesen:In order to determine the performance of a typical core manufactured according to the invention with respect to the Impulse sensitivity compared to a typical, fast-switching magnesium-manganese ferrite core same size [on the order of 0.05 in (1.27 mm) outside diameter, 0.03 in (0.76 mm) Inner diameter and 0.017 in. (0.43 mm) height] refer to the table below:
Antriebs
strom
Iw Full of
Drive
current
Iw
strom
JPW sturgeon
current
JPW
spannung
dV1 Starting
tension
dV 1
Nullspannung
dVt Disturbed
Zero voltage
dV t
t. Switching time
t.
grenzentemperature
boundaries
48OmA48OmA
48OmA
29OmA29OmA
29OmA
Anstiegs
zeit
tr Pulse-
Rise
Time
t r
4OmV60 mV
4OmV
8,5 mV10 mV
8.5 mV
1,10 \XSQC 0.95 μβεο
1.10 \ XSQC
22 bis 300C0 to 8O 0 C
22 to 30 0 C
Mg-Mn-Ferrit bekannter ArtCore according to the invention * ..
Mg-Mn ferrite of known type
0,2 μβεο0.2 μββο
0.2 μβεο
*) = 0,4 (NiFe2O4) 0,5 (MnPe2O4) o,l (Fe3O4).*) = 0.4 (NiFe 2 O 4 ) 0.5 (MnPe 2 O 4 ) o, l (Fe 3 O 4 ).
Wie der Tabelle I entnommen werden kann, weist das erfindungsgemäße Gemisch verbesserte Eigenschaften auf Gebieten auf, die bezüglich seiner Verwendung als Kern in Compütereinrichtung von größter Wichtigkeit sind. Vor allem ist die verbesserte Schaltzeit und die höhere Temperaturgrenze zu vermerken, deren Bedeutung mit den folgenden Erörterungen und Tabellen erklärt werden soll.As can be seen from Table I, the mixture according to the invention has improved properties in areas most relevant to its use as the core in computing equipment Are important. Above all, the improved switching time and the higher temperature limit should be noted, their meaning with the following discussions and Tables should be explained.
Die Aufbereitung des erfindungsgemäßen Materials und die Herstellung keramischer Toroide findet in einer ähnlichen Weise statt wie die anderer keramischer Ferrite. Kurz gesagt besteht das Verfahren aus dem Mischen der Rohmaterialien, dem Aufeinander-Einwirken-Lassen derselben, dem Zermahlen des entstandenen Produktes, dem Zufügen von Bindern und Schmiermitteln, dem Pressen zu Toroiden und dem Sintern unter Luftabschluß bei Temperaturen zwischen 2350 und 25000F (1288 und 13700C). Die Formstücke werden dann von der Sintertemperatur auf eine niedrigere Temperatur von etwa 1900° F (10400C) gekühlt und dann rasch unter Luftabschluß weiter bis auf Zimmertemperatur. Vermutlich ist dieser Vorgang aus dem folgenden Beispiel besser zu verstehen.The preparation of the material according to the invention and the production of ceramic toroids take place in a manner similar to that of other ceramic ferrites. In short, the process consists of mixing the raw materials, allowing them to act on one another, grinding the resulting product, adding binders and lubricants, pressing into toroids, and sintering in the absence of air at temperatures between 2350 and 2500 0 F ( 1288 and 1370 0 C). The mold pieces are then cooled from the sintering temperature to a lower temperature of about 1900 ° F (1040 0 C) and then rapidly under air exclusion on up to room temperature. Probably this process can be better understood from the following example.
6060
Die verwendeten Rohmaterialien sind
Chemikalien. Um ein Mol des GemischesThe raw materials used are
Chemicals. To a mole of the mixture
reaktivereactive
0,6 (NiFe2O4) 0,25 (MnFe2O4) 0,15 (Fe3O4)0.6 (NiFe 2 O 4 ) 0.25 (MnFe 2 O 4 ) 0.15 (Fe 3 O 4 )
herzustellen, wurden 44,83 g Nickeloxyd, das sehr wenig Verunreinigung an Kobalt (weniger als 0,01 Gewichtsprozent) enthielt, 72,87 g Mangan-Karbonat (mit 60% MnO) und 171,7 g Eisenoxyd abgewogento produce 44.83 g of nickel oxide, which contains very little cobalt contamination (less than 0.01 percent by weight) contained, weighed 72.87 g of manganese carbonate (with 60% MnO) and 171.7 g of iron oxide
und in ein mit Gummifutter ausgekleidete, 1,21 fassendes Kugelmühlengefäß gegeben. Das Gefäß enthielt im übrigen 2,78 kg Stahlkugeln von 3/1β Zoll (4,76 mm) Durchmesser. Zur Herstellung einer breiigen Konsistenz der Mischung wurde genügend Wasser zügegeben, worauf die Mischung 16 Stunden lang gemahlen wurde. Danach wurde der Brei aus der Mühle entfernt, von den Kugeln getrennt und in einem Trockenofen zu einem Kuchen getrocknet. Der Kuchen wurde dann durch ein 20-mesh-Sieb getrieben und hierauf in einen Schmelztiegel aus reinem Aluminium verbracht, der auf eine Temperatur von annähernd 17500F (955° C) erhitzt wurde, und bei dieser Temperatur 1 Stunde lang durchweicht. Nach dem Erkalten wurde das entstandene Pulver erneut 16 Stunden lang in der Kugelmühle gemahlen und dann, wie beschrieben, getrocknet. Der trockene Kuchen wurde dann abermals mittels eines 20-mesh-Siebes zerbröselt. Dann wurde der Binder, nämlich 2x/2 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol in lO°/oiger wäßriger Lösung, zugegeben ao und die Mischung getrocknet. Die trockene Mischung wurde handgesiebt und das durch ein 100-mesh-Sieb gehende und von einem 250-mesh-Sieb zurückgehaltene Pulver gewonnen. Nach Beifügung eines 1 Gewichtsprozent Stearinsäure enthaltenden Gleitmittels wurde dieses Pulver dann sorgfältig durch ein 80-mesh-Sieb geschüttelt. Danach wurde das Pulver in die gewünschte Toroid- oder Kernform gepreßt.and placed in a 1.21-capacity ball mill jar lined with rubber lining. The jar also contained 3.78 kg steel balls 3 / 1β inch (4.76 mm) in diameter. Sufficient water was added to produce a pulpy consistency of the mixture and the mixture was then milled for 16 hours. The slurry was then removed from the mill, separated from the balls, and dried into a cake in a drying oven. The cake was then forced through a 20 mesh screen and then placed in a crucible made of pure aluminum which has been heated to a temperature of approximately 1750 0 F (955 ° C), and soaked for 1 hour at this temperature. After cooling, the resulting powder was ground again for 16 hours in the ball mill and then dried as described. The dry cake was then crumbled again through a 20 mesh screen. The binder, namely 2 × / 2 percent by weight of polyvinyl alcohol in 10% aqueous solution, was then added and the mixture was dried. The dry mixture was hand sieved and the powder passed through a 100 mesh screen and retained on a 250 mesh screen recovered. A lubricant containing 1% by weight stearic acid was added and this powder was then carefully shaken through an 80-mesh sieve. The powder was then pressed into the desired toroidal or core shape.
Die Kerne wurden sorgfältig erhitzt, wobei die Temperatur zunächst langsam auf 10000F (538°C) gesteigert wurde, um den flüchtigen Binder auszutreiben, und danach auf 24000F (1315° C). Während der gesamten Erhitzungsphase wurde rund um den Kern eine kontrollierte Atmosphäre aufrechterhalten. Hierfür eignet sich eine Atmosphäre, welche dem Kernmaterial gestattet, eine Verbindung einzugehen, die der allgemeinen Formel M3O4 entspricht, wobei M ein allgemeines Symbol für das vorhandene Metallatom darstellt. Eine solche Atmosphäre ist Kohlendioxyd. Einige andere Gase, wie etwa vorgereinigter Stickstoff, können ebenfalls verwendet werden. Es muß jedoch bemerkt werden, daß Luft eine dafür ungeeignete Atmosphäre darstellt, weil sie das Material bis zu einem wesentlich höheren Sauerstoffgehalt, als der Formel M8O4 entspricht, oxydieren läßt. Wasserstoff oder reines Kohlenmonoxyd eignen sich ebenfalls nicht, weil der Sauerstoffgehalt während der Erhitzung auf einen wesentlich niedrigeren Wert herabgedrückt würde, als durch die Formel M3O4 vorgegeben ist.The cores were carefully heated, the temperature was first slowly increased to 1000 0 F (538 ° C), in order to expel the fugitive binder, and thereafter to 2400 0 F (1315 ° C). A controlled atmosphere was maintained around the core throughout the heating phase. An atmosphere is suitable for this which allows the core material to form a compound which corresponds to the general formula M 3 O 4 , where M represents a general symbol for the metal atom present. One such atmosphere is carbon dioxide. Some other gases, such as prepurified nitrogen, can also be used. It must be noted, however, that air is an unsuitable atmosphere because it oxidizes the material to a significantly higher oxygen content than the formula M 8 O 4 corresponds to. Hydrogen or pure carbon monoxide are also unsuitable because the oxygen content would be reduced to a significantly lower value during heating than is given by the formula M 3 O 4 .
Die Kerne wurden auf eine hohe Temperatur aufgeheizt, die zwischen 2350 und 25000F (1288 und 13700C) liegt. Die Spitzentemperatur herrschte dabei I1I2 bis 3 Stunden lang. Dann wurden die Kerne im Heizofen abgekühlt, indem man denselben abschaltete. Nachdem der Heizraum des Ofens eine Temperatur zwischen 1800 und 20000F (984 und 1092° C) erreicht hatte, wurden die Kerne aus dem Heizraum entfernt und in ein Gebiet nahe der Raumtemperatur verbracht, wo man sie auf Raumtemperatur abkühlen ließ. Sie wurden erst aus dem Heizofen, in dem sie die kontrollie;te Atmosphäre umgab, entfernt, nachdem sie Raumtemperatur angenommen hatten.The cores were heated to a high temperature, which is between 2350 and 2500 0 F (1288 and 1370 0 C). The peak temperature was I 1 I for 2 to 3 hours. The cores were then cooled in the heating furnace by turning it off. After the heating room of the furnace had reached a temperature from 1800 to 2000 0 F (984 and 1092 ° C), the cores of the heating were removed and placed in an area close to room temperature, where they were allowed to cool to room temperature. They were not removed from the furnace in which they were surrounded by the controlled atmosphere until after they had reached room temperature.
Es versteht sich, daß das obige Beispiel ein typisches Verfahren für die Herstellung des erfindungsgemäßen Gemisches darstellt. Die Verfahrensweise kann geändert werden, wenn man Abweichungen in den Rohmaterialien kompensieren oder die Eigenschaften des Endproduktes steuern möchte. Auf diese Weise kann man zu einer Vielfalt von Kernen kommen. Wie beschrieben, sind die beiden wichtigsten Kriterien für eine erfolgreiche Herstellung des erfindungsgemäßen Gemisches eine sehr sorgfältige Durchmischung des Materials vor der Ausheizung und eine kontrollierte Atmosphäre während derselben. Nach der Ausheizung ist keine weitere Behandlung der Kerne mehr erforderlich. It should be understood that the above example is a typical process for the preparation of the present invention Represents a mixture. The procedure can be changed if there is discrepancy in the raw materials want to compensate or control the properties of the end product. That way you can one can come to a variety of cores. As described, the two most important criteria are for a successful preparation of the mixture according to the invention a very careful mixing of the Materials prior to baking and a controlled atmosphere during the same. After baking no further treatment of the cores is required.
Die von den beschriebenen neuen Gemischen herrührenden verbesserten Eigenschaften werden klar ersichtlich, wenn man sie einem Standard-Pulstestprogramm unterwirft, wie es normalerweise verwendet wird, um Speicherkerne bezüglich ihrer Verwendbarkeit zur Koinzidenzstromschaltung und Speicherung auszuwerten. The improved properties resulting from the new compositions described are evident seen when subjected to a standard pulse test program as normally used to evaluate memory cores with regard to their usability for coincidence current switching and storage.
In der nachstehenden Tabelle II ist Iw die Amplitude des vollen Schreib- oder Lesestroms, der mit Ib bezeichnet ist. Ipw = Ipr stellt den Störstrom dar. Die Anstiegzeit des Stromimpulses ist tr, während die Impulsdauer mit ta bezeichnet ist. Der Spannungsausgang des Kernes, der beim Umschalten von einem stabilen Zustand in den anderen abzulesen ist, wird als dVx dargestellt. Der Lesestromimpuls folgt nach zwanzig Störimpulsen von der Amplitude Ipr. Die gestörte Nullspannung dVz ist abzulesen nach einer Folge von zwanzig Impulsen der Amplitude Ip-w, die gleich Ipr ist, aber von entgegengesetztem Vorzeichen. Die Pulsfrequenz betrug 4OkHz. Die Tests wurden bei 250C abgewickelt. Der angegebene Temperaturgrenzwert zeigt die Temperatur an, bei der die Eigenschaften des Kerns schnell und kräftig absinken.In Table II below, Iw is the amplitude of the full write or read current denoted Ib . Ipw = Ipr represents the interference current. The rise time of the current pulse is t r , while the pulse duration is denoted by ta. The voltage output of the core, which can be read when switching from one stable state to the other, is represented as dV x . The read current pulse follows after twenty interference pulses of the amplitude Ipr. The disturbed zero voltage dV z can be read off after a sequence of twenty pulses of amplitude Ip-w, which is equal to Ipr , but of the opposite sign. The pulse frequency was 40 kHz. The tests were carried out at 25 ° C. The specified temperature limit indicates the temperature at which the properties of the core decrease rapidly and strongly.
Tabelle II
A. Probestück: 0,76 mm Außendurchmesser; 0,5 mm Innendurchmesser; 0,18 mm HöheTable II
A. Test piece: 0.76 mm outside diameter; 0.5 mm inner diameter; 0.18 mm high
grenzetemperature
border
B. Probestück: 1,27 mm Außendurchmesser; 0,76 mm Innendurchmesser; 0,43 mm Höhe.B. Specimen: 1.27 mm outside diameter; 0.76 mm inner diameter; 0.43 mm high.
grenzetemperature
border
Wie der vorstehenden Tabelle II zu entnehmen ist, weisen die erfindungsgemäßen Gemische, die in das Gebiet ABCD der Abbildung fallen, hervorragende Eigenschaften auf. Um Speicherkerne mit Koinzidenzstrom zu verwenden, ist es erforderlich, daß ein partieller Schreiberstrom ein Amplitude von 50% derjenigen des vollen Schreibstromes keine i/Fz-Spannung verursacht, die verglichen mit der beim Schalten eines Kernes erzeugten JF1 ins Gewicht fällt. Man sieht an der vorstehenden Tabelle, daß für Verhältnisse Ipb/Ir größer als 0,58 und oft größer als 0,6 das Verhältnis von (IV1 zu dVz groß genug ist, um ein befriedigendes Arbeiten der Kerne zu gestatten. Ferner ist zu sehen, daß diese erwünschten Umstände bis zu einer Temperatur von 6O0C bei 30 mil (0,76 mm) Kernen und von 800C bei 50 mil (1,27 mm) Kernen erhalten bleiben. In letzterem Fall, für den das Störverhältnis sehr groß ist, nämlich größer als 0,6, ergibt sich ein weiterer Vorteil, nämlich daß unter einer Einschränkung des brauchbaren Temperaturbereiches die Kerne mit Strömen höherer Amplituden betrieben werden können und damit schneller schalten. Die erforderlichen Antriebsströme sind anfangs ausreichend niedrig, so daß diese besondere Betriebsweise sowohl zweckmäßig als auch durchführbar ist. So ist zu sehen, daß die Kerne nach der Erfindung unter Verwendung von Strömen der gleichen Stärke betrieben werden können, wie Magnesium-Mangan-Ferritkerne. Dabei werden gleiche oder kürzere Schaltzeiten erreicht, und die Kerne können ohne Temperaturkompensation bis auf eine Temperatur von 8O0C betrieben werden. Zum Vergjeich dient die nachstehende Tabelle III, welche die Änderung des Verhaltens der Impulsempfindlichkeit mit der Temperatur bei einem typischen Nickel-Mangan-Eisen-Ferritkern zeigt, der aus 0,60 NiFe2O4, 0,25 MnFe2O4 und 0,15 Fe3O4 besteht.As can be seen from Table II above, the mixtures according to the invention, which fall within the area ABCD of the figure, have excellent properties. In order to use memory cores with a coincidence current, it is necessary that a partial write current with an amplitude of 50% of that of the full write current does not cause an i / F z voltage, which is significant compared to the JF 1 generated when a core is switched. It can be seen from the table above that for ratios Ipb / Ir greater than 0.58 and often greater than 0.6 the ratio of (IV 1 to dV z is large enough to allow the nuclei to work satisfactorily see that these desirable conditions up to a temperature of 6O 0 C with 30 mil (0.76 mm) and cores of 80 0 C at 50 remain mil (1.27 mm) cores. In the latter case, for the noise ratio If the useful temperature range is restricted, the cores can be operated with currents of higher amplitudes and thus switch faster It can be seen that the cores according to the invention can be operated using currents of the same strength as magnesium-manganese ferrite cores he or shorter switching times achieved, and the cores can be operated up to a temperature of 8O 0 C without temperature compensation. The following table III serves as a comparison, which shows the change in the behavior of the pulse sensitivity with temperature for a typical nickel-manganese-iron ferrite core, which consists of 0.60 NiFe 2 O 4 , 0.25 MnFe 2 O 4 and 0, 15 Fe 3 O 4 .
0Ctemperature
0 C
Ein anderes bevorzugtes Gemisch nach der Erfindung besteht aus 60 Molprozent Nickelferrit, 30 Molprozent Manganferrit und 10 Molprozent Eisenferrit. Es ist deshalb vorteilhaft, weil es ein leichtes Gemisch ist, das sich aus einfach zu beschaffenden Materialien zusammensetzt und ebenfalls die wünschenswerten Eigenschaften der anderen erfindungsgemäßen Ferritgemische aufweist.Another preferred mixture according to the invention consists of 60 mole percent nickel ferrite, 30 mole percent Manganese ferrite and 10 mole percent iron ferrite. It is beneficial because it is a light mixture which is composed of easy-to-obtain materials and which are also desirable Has properties of the other ferrite mixtures according to the invention.
Angesichts der obigen Ergebnisse liegt es auf der Hand, daß mit der Erfindung hervorragende neue Ferritgemische geschaffen worden sind. Insbesondere ist gezeigt worden, daß diese Gemische Eigenschaften besitzen, welche bei ihrer Verwendung als Kernmaterial in verschiedenartigen Computern zu hohen Schaltgeschwindigkeiten und niederen Temperaturkoeffizienten führen.In view of the above results, it is evident that the present invention has excellent new properties Ferrite mixtures have been created. In particular, these mixtures have been shown to have properties which are too high when used as core material in various types of computers Switching speeds and low temperature coefficients lead.
Claims (10)
B 30 Molprozent NiFe2O4 5 mole percent Fe 3 O 4
B 30 mole percent NiFe 2 O 4
5 Molprozent Fe3O4
C 40 Molprozent NiFe2O4 65 mole percent MnFe 2 O 4
5 mole percent Fe 3 O 4
C 40 mole percent NiFe 2 O 4
D 65 Molprozent NiFe2O4 25 mole percent Fe 3 O 4
D 65 mole percent NiFe 2 O 4
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