DE1449403A1 - Polykristallischer Nickelferritkoerper,Verfahren zu dessen Herstellung und aus einemsolchen Ferritkoerper bestehender Magnetkopf - Google Patents

Description

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Patentanwalt
Anmelder: N.V. PHiLIPj- GLOElLAMPENFABRlEKEN

Akte, ph* 17.839
Anmeldung vom: 19. Juli 1<?63

"Polykristallischer Nickelferritkörper, Verfahren zu dessen Herstellu und au3 einem solchen Perritkörper bestehender Magnetkopf".

his ist bekannt, pol/kri utallir.che Ferritkörper zur elektro magnetischen Anwendung dadurch herzustellen, dass ein feinverteiltes Gemisch von Ue ta 11 oxy den durch irhitzunt; auf Temperaturen über 1000°C gesintert wird. Unter "Ferrit* wird hier ein weich-magnetischei fester Stoff verstanden, der im wesentlichen aas kubischen Kristallen mit einer chemischen Zusammensetzung nach der Formel M0.xFe_0_, oder aus kubischen Mischkristallen mit der Zusammensetzung (.'.!CxFe-O, ♦ ZnO./Fe₂O-) besteht, wobei K ein zweiwertiges Metall, zum Beispiel Nl (Nickel) oder Kn (Mangan) darstellt, und C,8 ίχ · 1,5 und 0,8 ■ y - 1,5· Bekannte Ferrite in diesen Zusammenhang sind unter anderem diejenigen, welche im wesentlichen aus Mischkristallen der soeben erwähnten Art bestehen und meist als "Nickelzinkferrite" bxw. "Manganzinkferrite¹¹ bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf aus Kickelzinkferriten aufgebaute Körper.

Bekanntlich sind die Eigenschaften der hier gemeinten Ferritkörper, die ihre lignung zur Anwendung in der Hochfrequenstechnik bestimmen, von verschiedenen Herstellungemaisnaheen abh£ngig, wie der Art und Weist des UeJilena des Auagangse*teria,l»» der Cranulierteohnik, deji Pressdruck, der Temperatur und ά·τ Dauer der Sinterung und der darauffolgenden Abkühlung, des Sauerstoffgehalt der Gasatmosphaxe-, in der gesintert bzw. abgekühlt wird, und gegebenenfalls vom Torsintern des Auegangsmaterials und des ansohliessenden Abkühlen, ve« Kahlen des Torsinterproduktes, vom Pressen und vom Wiedersintern*

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Die Voreinterung, welche gcwünschtenfalls ait zwischenzeitlichen Abkühlen und erneuten kahlen wiederholt werden kann, wird gewöhnlich bei Temperaturen durchgeführt, die einige hundert C niedriger liegen als diejenigen, bei denen die KndSinterung erfolgt.

Bei beetiaaten Anwendungen (besondere bei der Verwendung ale Magnetkopf zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Information) sind die vorliegenden Ferritkörper einer schweren Abnutzung ausgesetzt· Nach der Erfindung hat sieh ergeben, da·· für eine hohe Abnutzungefestigkeit' der betreffenden Ferritkörper bei diesen Anwendungen eine niedrige Porosität τοη grosser Wlohtlgkeit iat. Unter eine» Körper ■it "niedriger" Porosität iat hier ei» Körper «it ein·» kleineren Porenvolumen als 3 £ des Aussenvolumens su verstehen, wobei naturgemäß s das Porenvolumen «inbegriffen ist. Si· Porösität «ines gegebenen FerritkSrpers wird dadurch bestimmt, dass einerseits seine Dichte d (sogenannte "scheinbare Dichte¹¹), sowie der Quotient ~ des Gewichtes w und des Aussenvolumen· v, und andrerseits seine Diente d_r (sogenannte "RSntgendiehte" oder "absolute" Dicht«) Bit Hilf« von Röntgenstrahlen bestisat wird. Si· FoFositlt p, weiche in Pyceent-•itsen des Qe samt volume»· des KSrpers ausge&ruOkt wird, beträgt denn

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Al· zweite fetia«**« fttr eine koto Aftaut*«Btf*fesUfMti -A

der vorliegenden FerritkSrper gilt naea <·» trfimd«g, itse die '■ ■ " { mittlere OrSsee der Foren (unter "CrQsβ·* i*t hier die fr8··t· In irgendeiner Riohtung genessene Abaessung iu veretehea) keiner alt 9 Mikron 1st. Die dritte Bedingunf nach 4er Irfindung iäit, dass 4ie

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betreffenden PerritkSrper koine grösöeren Foren al3 5 Mikron enthalten.

Die PerritkSrper nach der Erfindung Sind nicht nur durch eine hohe Abnutzungsfestigkeit, sondern auch durch eine gute Mechanische Bearbeitbarkeit hervorragend, was naturgeaäss bei der Herstellung von Magnetkopfen nit einem verha'ltnismässig kleinen Luftspalt, s.B. kleiner als 10 Mikron, wie er in der gegenwärtigen Aufzeichnungs- und Wiedergabetechnik üblich ir,t, von grosser Wichtigkeit let. Weiterhin stehen sie, was ihre Eignung für Hochfrequenzanwendungen la allgemeinen anbelangt, hinter den technisch üblichen Perritkb'rpem entsprechender chemischer Zusammensetzung nicht zurück.

Nach den normalen, bekannten Verfuhren zur Herstellung der betreffenden PerritkSrper wird die etwa vorgesinterte Masse nass feingemahlen, daa Mahlprodttkt granuliert (ua die Hasse besser pressbar su aachen{ meist wird hierbei das nooh feuchte Mahlprodukt durch ein feinmaschiges Sieb gedrückt) in die Porn gepresst und gesintert. Es ergibt sich aber» dass sich bei Anwendung der üblichen Wählverfahren ait Hilfe von Kugelmühlen oder Schwingmühlen in den Uahlprodukten nach dem Trocknen harte Agglomerate bilden, die dem Ent- ' Stehern eines homogenen und porenarmen S inter Produktes is Wege stehen. *Auoh die üblichen Granulierverfahren führen zum Auftreten Verhältnis« missIg grosser For·» im Sinterprodukt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, das es Beglich macht, polykrletallieche Perritkorper herzustellen» die den bereite erwihnten Bedingungen für Abnutiungsfestigkeit und nechanische Bearbeitbarkeit unter den vorher angedeuteten Verhältnissen entsprechen und dl« hinsichtlich ihrer Eignung für allgemeine Roohfrequencanwendisg

»oilJf/nie

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nicht hinter den nach den üblichen Verfahren hergestellten Ferritkürpern entsprechender chemischer Zusammensetzung zurückstehen. Nach dem Verfahren nach der Erfindung wird in bekannter T'eise von einem Gemisch von Nickeloxid, Zinkoxyd und Eisenoxyd ausgegangen (diese Oxyde können, wie an sieh bekannt ist, gegebenenfalls völlig oder teilweise durch andere Verbindungen der betreffenden Metalle ersetzt werden, die bei starker Erhitzung in die entcpretJhenden Oxyde übergehen).. Dieses Gemisch wird^r gegebenenfalls zunächst vorgesintert, zum Beispiel bei einer Teeperatur »wischen 90O⁰C und 110O⁰C, und das Vorsinterprodukt' wird abgekühlt. Das Oxydgemiach oder deeeen Voreinterprodukt wird dann nach eine» der üblichen Jnlahlrerfahren in

geeigneten Berührung mit Wasser oder einer anderen/ManIflüsaigkeit , zum Beispie] ethanol, zu einen Pulver mit einem mittleren Teilchengröße von höchstens 0,5 Mikron feingemahlen. Dieses Pulver wird dann getrocknet und einige Zeit in einer Propeller-Kiechvorrichtung nachbehandelt, wodurch es deeaggloaeriert wird, d*h« dass die bein Trocknen der Lahlauspension entstandenen harten Agglomerate kräftig auseinander Se schlagen werden, die bei den normalen Herstellungsverfahren üblich· Granulierung erfolgt hier nicht* Das trockene desaggloaerlerte Pulver wird tinter einen Druok von wenigstens 0,2 t/e» lusaBaengw-. presst. Gewöhnlich erfolgt naoh der Erfindung dieses Zusammenpressen^ "isostatisch", vorzugsweise unter einen Druek von wenigstens 1 t/oer* Unter "isostatisch^«" Zusaaaenpressen des Pulvers wird hier das Ausüben eines allseitigen Drucks auf das Pulver verstanden, zum Beispiel dadurch, dass ein das Pulver enthaltender Guemiaaok in Wasser getaucht und auf die tfasseraasae ein Druck ausgeübt wird

BAD ORIGINAL

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(sogenanntes "hydrostatisches" Pressen). Vorzugsweise wird das Pulver vor dein iso3tatiBChen Pressen in einer Pressmatrize vorgepresst. Die zusammengepresste Pulvermasse wird achliesslich durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1200⁰C und 135O°C, vorzugsweise zwischen 125O°C~und 1300°C gesintert. (ξ

Vorzugsweise wird die Zusammensetzung des Ausgangsmaterial* ^'

...h derart gewählt, dass im poljrkristalliachen PerritfcSrper nach der ''* Järfindun,j .das Terhlltnis der darin- vorhandenen Mangen an Nickel» -; Zink und Siaen, auf V.olekülproxente der Oxyde NiO, ZnO und F*₂°a '* umgerechnet, iwisehen folgenden Grenzen liegt»

15 - 35 UoI.j4 IiO

15 - . 55 Mol.tf ZnO ' -j

und 4!> - 50 Kol.£ F«₂0..

Dabei muss der Umstand berücksichtigt werden, dasa infolge der Abnutzung der Mühlen während des Kahlens die Tahlprodukte lose Eisenteilchen enthalten können, so daaa dann für den Miiengehalt dea Materials eine Korrektur durchgeführt werden nuss.

Die Erfindung wird an Hand einiger Beiapiele nit zugehörigen ί ikrophotographien erlSutert. Letztere aind mit Hilfe eines Metallmikroskopa hergestellt (Yergrösserung 4^QOtmoh). Sie achwarian Punkte in den Bildern entsprechen den in den Prlparaten vorhandene« Poren. " ' '.

BElSPlSL I . ?

Ein au« 11,3 Gew.?« NiO, 21,8 Gev.jC InO und 66,9 Gew.jt 9·AL bestehende· Gemisch· wird 4 Stunden lang mit fässer in einer Kugel- >

xuhlen gemahlen. Mach Filtern und Trooknen wird das GealsoA 4 SU

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lang bei einer Zimmertemperatur von IO3O C vorge3intert. Das Yorsinterprodukt wird pulverisiert und dann 10 Stunden lang mit Wasser in einer Kugelmühle gemahlen. Die mittlere Teilchengr6c.se des so erhaltenen iiahlproduktes beträgt 0,6 ilikron. Dieses Kahlprodukt wird 49 Stunden lang in einer iichwinjinühle tüchtig nachgemahlen. Die mittlere Teilehencrösse ist dann nur noch 0,4 Mikron.

Gegebenenfalls wird, zum Ausgleich von eingemahlenen Eisen, nach einer Anal/so die Zusamnensetzung des Mahlproduktes bis zum gewünschten Wert korrigiert, wobei die Reaktionskomponenten durch Mahlen zugemi:;cht werden. Diese Korrektur k»nn gegebenenfalls auch bereits bei-n äusaminenaetzen des Auagangsgemiaches erfolgen.

Nach dem Filtrieren und Trocknen dta IiAhI produkte ε trird eine Uenge des erhaltenen Pulvera in einer Propeller-lii sch vorrichtung nachbehandelt und anschlisssend in einer Stahlaatrize zu eines Brikett gepresst. Dieses Brikett wird in einem Gummisack gebracht. Der Gummi sack wird luftleer gepumpt und in einem hydrostatischen Pressgefäss mit einem Druck von 1 t/cm zusammengepresst. Das Brikett wird anschliessend 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 125O°C in Sauerstoff gesintert. Die scheinbare Dichte des so gebildeten 'Sinterkörpers beträgt 5,263 g/ccm. Dies bedeutet, dass der Sinterkörper (mit einer absoluten Dichte von 5,33 g/ccm) ·ίη Porenvolumen το» 1,26 i» hat. Aus der Mikrophotographie "KV 464 B" (sieh· Zeichnung) ist ersichtlich, dass die mittlere Porengrosse des Sinterkörper kleiner als 3 Mikron ist und dass dieser Körper keine grSsseren Poren als 5 Mikron enthält.

Γ. :

BAOORlGiNAL

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- 7 - Rl.i7.e

IIuL II

iSs wird von einem Ferritpulver ausgegangen, das durch Voraintern, Mahlen in einer Kugelmühle und einer IJchwingmühle, Nachbehandeln in einer Propeller-Mischvorrichtung, Filtrieren und Trocknen, wie im Beispiel 1 besehrieben, erhalten wurde. Jas getrocknet« Pulver wird in einen Gummisack geschüttet, der luftleer gepunpt und annchliessend hydrostatisch unter einem Druck von 10 t/cm zusammengepresst wird. Das so entstandene Brikett wird 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 125~ C gesintert. ΰ*τ erhalten· Sinterkörper hat eine scheinbare Dichte d van 5» 255 g/ccm. In Anbetracht des Umstanden,

dajs die absolute Dichte d des Sinterkörpers 5i35 g/ccm beträgt, bedeutet dies, dass die Porosität des Körpers gleich 1,41 7* ist. Aua der Kikrophotographi· "KV 61 - T 48 - 2 S 1*" (seihe die Zeichnung) ist ersichtlich, dass die mittlere Porengrösse des Sinterkörper kleiner als 3 Mikron ist und dass dieser Korper keine grösseren Poren als 5 Mikron enthält.
BEIOPIKL III

Bin aua 12,5 Gew.% NiO, 23,0 Gew.# ZnO und 64,5 Gsw.f» F*₂°3 bestehendes Gemisch wird ^2 Stunden lang in einer Schwingeühlen nase -gemahlen und nach Abfiltrieren getrocknet. Die mittler· TaiichengrCsse des so erzielten Pulvere ist 0,3 Mikron. Bsia Zusaaaensft**n dee _H Ausgangsgemisches wurden die eing«mahl«nsn fiisenteilohsn bvrüokeieht Bas erzielte Pulver wird 60 Sekunden lang in einer Propaller-Misoh« .. · vorrichtung nachbehandelt. Anschließend wird es In einer Stahlmatris· zu einem Brikett gepresst. Dieses Brikett wird in einen Gumaisaok g·- bracht, dtr luftleer gepumpt, abgebunden und in einem hydrostatisch·»

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Pre36*;efäs3 unter einem Druck von 1 t/cm zusammengepresst wird. Der Presskörper wird darauf 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 125O°C gesintert. Der erzielte Sinterkörper hat eine scheinbare Dichte d von 5»20 g/ccm und eine absolute Dichte von 5133 g/ccmj die

Porosität betragt alto 2,5 jC. Au· der Mikrophotographie ^MKV 259 A" (siehe die Zeichnung) 1st ersichtlich, dass»die Bittlere Porengröe·· des Sinterkörper· viel kleiner ale 3 Kikron ist Ühd dass dieser Korper keine jrösseren Poren al· 5 fuikrpn enthilt.

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Claims (1)

1U9403

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ΓΑΤ JIJTA!f SrRUSCHd t

1. rolykristallischer Niokelzinkferritkürper rit einem kleinerer Porenvolumen als 3 ^rA und einer mittleren Porengrösse kleiner »In Ί Mikron, der keine grö:>seren Poren ein 5 Mikron enthält.

2. Pol/kristallischer Nickelzinkferritkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dara das Verhältnis der darin vorhandenen Mengen en Nickel, Zink und fiisen auf Molekillprozente der Oxyde NiO, ZnO und F^e ₂ ^Oz uagerechtnet, awiechen folgenden Grenzen liegt*

15 - 35 Mol. i» WiO

15 - 35 KoI. 1» ZnO ι

und 49 - 50 Mol. Ji *»₂0j.

3. iVagnetkopf, der aus eine» polykristallischen Bickelainkferritkorper nach einen der Anspruch« 1 und 2 besteht.

4. Verfahren zur Herstellung «ines polykristalliechen zinkferritkSrpers nach eines der Anspruch« 1-3» dadurch dass ein gegebenenfalls vorgvsinterte« Ueeisch von Kiekeloi^rd, Sink· oxyd und Elsenofcyd tu «in«α Pulver alt «in«r mittleren fidkhcnfrSe«· von hoOhetens 0,5 Mikron feingeeahlen wird, dann in einer Propeller-

Mischvorrichtung deeaggloneriert und anschüessend unter einem Druok

/ 2
von wenigstens 0,2 t/OB isostatisoh zu8aate«nf«pr«sst wird, ««raaf

Pr«sik5rp«r bei einer Temperatur «wischen 1200⁰C und t35O°C f««llii«rt ^

5. Verfahren nach Anspruoh 4, dadurch f«k«Bnz«lchn«t₍ aase oder to«hrere dir ketalloxyde d«s Auegangematerials durch andere Tar· ■ bihdungin gleicher Metalle» die durch erhitzung in die Oxyd« ufe«t8etst »•rden kSnnen, «rs«tzt Und.

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C. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5» dadurch gekenn' zeichnet, dass das Pulver unter einen Druck von wenigstens 1 t/cm i;5O8tatisch zusammengepresst wird.

7. Verfahren nach eine· dar Anspruch· 4-6, dadurch gekannzeichnet, dass das Pulrar vor de« iaostatischen Zusammenpressen in einer Pressmatrisa Torgapraast wird»

0. Verfahren nach eine» dar Ansprache 4*7» dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung bei ainer Temperatur zwischen 1250 C und 1300⁰C erfolgt.

9· Verfahren naah ainea dar Ansprüche 4.8, dadurch gekannzeichnet, dass dia Sinterung in ainax Sauaratoffateosphäre erfolgt«

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