DE1471300C - Magnetischer Speicherkernkorper aus einem Lithiumferrit und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Speicherkernkörper für einen weiten Betriebstemperaturbereich aus einem gebrannten Lithiumferrit mit Metalloxidzusätzen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Speicherkernkörpers.

Speicherkernkörper aus Ferriten mit rechteckigen Hysteresisschleifen finden in weitem Umfang als Speicherelemente von Rechenmaschinen Anwendung. Es besteht vielfach die Aufgabe, die Speicherkernkörper für einen weiten Betriebstemperaturbereich, z. B. von —60 bis +100⁰C, ohne besonderen Temperaturausgleich zu benutzen.

Bei Verwendung von Ferriten des Cu-Mn-Systems oder des Mn-Mg-Systems, die bisher weitgehend als Speicherelementmaterialien verwendet werden, sind deren Betriebsbereiche bei der Verwendung als Speichervorrichtungen für Rechenmaschinen gewöhnlich auf 0 bis 60° C selbst bei Temperaturausgleich beschränkt. Wenn diese Materialien bei einer Temperatur von etwa 60⁰C oder höher verwendet werden, verlieren sie die Rechteckform ihrer Kennlinie, und außerdem sind die Temperaturkoeffizienten der Erregerströme groß. Solche Ferrite sind daher für Speichervorrichtungen von Rechenmaschinen nicht zweckmäßig.

Außerdem sind Li-Mn-Al-Ferrite bekannt, wo mit steigendem Lithiumanteil die Curietemperatur und damit auch der Enegerstrom zunehmen. Ferner ist ein Mg-Zn-Ferrit mit einem Lithiumoxidzusatz neben anderen Oxidzusätzen bekannt, dessen Curiepunkt jedoch klein ist und daher zum Betrieb in einem breiten Temperaturbereich ungeeignet ist.

Bekannt ist auch die Verwendung von Lithium-Nickel-Ferriten sowie Lithium-Kupfer-Ferriten als Speicherkerne. Es zeigt sich, daß bei einem Lithium-Kupfer-Ferrit die Signalausgangsspannung nach einer bestimmten Erregung vergleichsweise klein bleibt, so daß also hohe Erregerströme notwendig sind.

Es ist bereits ein Lithium-Magnesium-Ferrit mit einem Magnesiumoxidanteil von 28,6 Molprozent bekannt. Das Rechteckigkeitsverhältnis dieses Ferrits beträgt 0,35 und erreicht durch eine Sonderbehandlung den Wert 0,55. Dieser Wert ist außerordentlich schlecht für einen Speicherkern, obwohl ein hoher Magnesiumoxidanteil zugesetzt ist.

Für Hochfrequenzferrite sind bereits Lithiumferrite bekannt, die eine hohe Curietemperatur besitzen. Aus der Größe der Curietemperatur bei einem Hochfrequenzferrit läßt sich jedoch keinerlei Voraussage über die Größe der Curietemperatur eines Rechteck-Lithium-Ferrits machen, weil für denselben vollkommen andere Zusatzstoffe erforderlich sind.

Grundsätzlich ist, wenn die Curietemperatur eines Ferrites eines Speicherkerns hoch ist, der Erregerstrom im allgemeinen hoch, d. h., diese beiden Eigenschaften kommen miteinander in Konflikt. Es ist daher schwierig, ein Kernmaterial herzustellen, das gleichzeitig eine hohe Curietemperatur, eine niedrige Koerzitivkraft, eine genaue Rechteckform, welche ein unerläßliches Merkmal von Speicherkernen ist, und eine hohe Kraftliniendichte im Verhältnis zur Ausgangsspannung hat. Bisher war es nicht möglich, ein Kernmaterial herzustellen, das allen diesen Bedingungen gerecht wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Speicherkernkörpers mit möglichst geringem Erregerstrom bei Erhaltung eines breiten Betriebstempsraturbereiches. Die Herabsetzung des Erregerstromes ist Voraussetzung für die Anwendung von Festkörper-Schaltungsanordnungen für die Steuerstufe von Speicherkernen, da derartige Festkörpertransistoren nur Ströme bis etwa 1000 mA führen können.
Diese Aufgabe wird durch Zusatz; von 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxid und von 0 bis 10 Molprozent Zinkoxid zu einem Lithiumferrit gelöst.

Ein solcher Speicherkernkörper hat einen Erregerstrom zwischen etwa 700 und 1100 mA und liegt damit

ίο in einem für die praktische Verwendung geeigneten Bereich. Trotz dieses vergleichsweise niedrigen Erregerstromes, der auch bei Mn-Mg-Zn-Ferriten benutzt wird, liegt der Curiepunkt oberhalb 400⁰C, so daß man für einen Speicherkernkörper nach der Erfindung einen geringen Temperaturkoeffizienten erhält. Infolgedessen ist der Betriebstemperaturbereich sehr groß.

Allerdings muß man dabei eine gewisse Verschlechterung des Störverhältnisses in Kauf nehmen. Dieses ist zulässig, da der Ferrit trotzdem in vollem Umfang benutzbar bleibt. Es läßt sich jedoch eine wesentliche Verringerung des Erregerstromes durch Erhöhung der Curietemperatur erzielen, worauf es für die Verwendung in Verbindung mit Festkörperschaltungen hauptsächlich ankommt. Das Rechteckigkeitsverhältnis behält seinen hohen Wert.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Zeitdiagramm einer Prüfimpulsfolge für einen Speicherkernkörper,

F i g. 2 eine grafische Darstellung von Kennlinien eines Speicherkernkörpers nach dem unten angegebenen Ausführungsbeispiel 1,

F i g. 3 eine ähnliche Darstellung der Kennlinien eines Speicherkernkörpers nach dem Ausführungsbeispiel 2,

F i g. 4 den Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Erregerstrom,

F i g. 5 einen Vergleich zwischen Temperaturkoeffizient und Curietemperatur bei Mn-Mg-Zn-Ferriten und bei Ferriten nach der Erfindung und

F i g. 6 entsprechende Kennlinien wie in F i g. 2 für einen Lithium-Kupfer-Ferrit.

Erfindungsgemäß wird zur Herstellung eines Kernmaterials, das über einen weiten Temperaturbereich, betrieben werden kann, die Eigenschaft von Lithium-Ferrit, welches eine Curietemperatur von etwa 600⁰C und außerdem ein bestimmtes Rechteckigkeitsverhältnis hat, verwendet.

Im besonderen wurde festgestellt, daß es durch die Verwendung eines Lithium-Ferrits als Grundmaterial und durch Zusetzen von 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxyd zu diesem möglich ist, ein Speicherkernmaterial zu erzielen, das ein hohes Rechteckigkeitsverhältnis hat und außerdem über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden kann. Es wurde ferner festgestellt, daß es, wenn diesem Lithium-Magnesium-Ferrit eine Menge Zinkoxyd innerhalb des Bereiches von 0 bis 10 Molprozent zugesetzt wird, möglich ist, den Erregerstrom des Kernmaterials herabzusetzen. In diesem Falle jedoch neigt der Betriebstemperaturbereich zu einer Verkleinerung.
Von den Lithium-System-Ferriten sind das Lithium-Nickel-System und das Lithium-Kupfer-System bereits bekannt, die auch zur Verwendung als Speicherkernmaterialien für den Betrieb über einen weiten Temperaturbereich in Betracht gezogen worden sind.

Claims (3)

1. 3 4

   Allerdings werden diese Ferrite dem Erfordernis der wurden Messungen mit einem Störverhältnis (Idjlm)

   Rechteckform gerecht. Ferner ist die Empfindlichkeit von 0,5 durchgeführt und eine »!.«-Störausgangs-

   klein. Ferner sind Ferrite des Lithium-Magnesium- spannung dV₁ beim Impuls / abgelesen, während eine

   Systems bekannt. Es wurde jedoch der Zusatz von »O«-Störausgangsspannung d V₀ beim Impuls ^abgelesen

   Zinkoxyd zu einem Lithium-Magnesium-System-Fer- S wurde. Nachfolgend werden die »1«-Störausgangs-

   rit zur Herabsetzung des Erregerstroms gemäß der spannung d V₁, die »O«-Störausgangsspannung d V₀ und

   Erfindung bisher niemals vorgeschlagen. die Schaltzeit y_s an dem Punkt, an welchem die »O«-Stör-

   Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die ausgangsspannung d F₀ plötzlich zunimmt, als Kennnachfolgenden Beispiele gegeben, von denen das Bei- werte des Kern verwendet.

   spiel 1 sich auf ein Beispiel eines erfindungsgemäßen io Die Veränderung in den Eigenschaften, wenn die

   Speicherkernmaterials mit einem weiten Temperatur- Menge X (Molprozent) des erwähnten zugesetzten

   bereich bezieht und das Beispiel 2 auf das Material des Magnesiumoxyds (MgO) verändert wird, ist in F i g. 2

   Beispiels 1, dem eine niedrige Erregerstromcharakte- angegeben. Wie sich aus den in dieser gezeigten

   ristik gegeben worden ist. Kurven ergibt, ist die »1 «-Störausgangsspannung d V₁

   ... 15 für X = 0 niedrig und ungeeignet, jedoch nimmt d V₁

   Beispiel! bei Z = 1,0 plötzlich zu und zeigt gute Eigenschaften.

   Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) und «-Eisenoxyd (α · Hieraus ergibt sich, daß die Rechteckform verbessert

   Fe₂O₃) wurden in Anteilen mit einem Molverhältnis worden ist.

   von 1: 5 mehrere Stunden lang in einer Kugelmühle Wenn die zugesetzte Menge MgO größer als 2,0 Molgemischt (ein kraftgetriebener Mörser kann ebenfalls 20 prozent wird, nimmt UV₁ wieder ab und nimmt bei verwendet werden). Das erhaltene Gemisch wurde bei Werten von X, die höher als 10 Molprozent sind, dV₀ 1000⁰C 1 Stunde lang vorgebrannt, dann gekühlt und zu, so daß das Material unbrauchbar wird,
   in einem Mörser vermählen, wodurch ein magnetisches Das Atomverhältnis zwischen Lithium und Eisen Material mit der Zusammensetzung Li₀₅Fe_2i5O₄ er- beträgt bei der Zusammensetzung Li_0j5Fe_2j5O₄ + XMgO halten wurde. Es wurden verschiedene Mengen 25 dieses Beispiels 1: 5, jedoch werden, wenn eine Ab-Magnesiumoxyd (MgO) Proben dieses Li_0f5Fe_2>6O₄ zu- weichung von diesem Verhältnis stattfindet, die Eigengesetzt und mit diesen gemischt, um Gemische von der schäften schlecht. Die Curietemperatur dieses Li-Mgallgemeinen Formel System-Ferrites ist höher als 500° C, und die Verände-_T.„ ν,**, twr r\ ^runS ^{mit der} Temperatur der Stör-Eins-Ausgangs-Lio,₅Fe_2>50₄ + X (Molprozent) MgO _{3o spanmmg d Vi und des} Erregerstroms I_m ist 0,21 °/₀/°C

   zu erhalten. bzw. 0,17°/₀/°C, was Verbesserungen von einem Aus diesen Gemischen wurde mit einem geeigneten Fünftel bis einem Sechstel der herkömmlichen Kern-Bindemittel ein Granulat gebildet, worauf aus dem materialien entspricht. Das nach diesem Beispiel her-Granulat Ringe geformt wurden, deren Abmessungen gestellte Kernmaterial ist daher in dem Betriebsnach dem Brennen je 51 mm in der Dicke betrugen. 35 bereich von —50 bis +100⁰C betriebsfähig.
   Die so erhaltenen Ringe wurden bei einer Temperatur

   von 100 bis 12CO⁰ C 10 Stunden lang in einem Sauer- Beispiel 2
   stoffgasstrom gebrannt. Das Sauerstoffgas wurde verwendet, da die Rechteckform beeinträchtigt werden Der Erregerstrom I_7n des Kerns nach Beispiel 1 bewürde, wenn die Ringe aus Kernmaterial in Luft ge- 40 trägt, wie in Fig. 1 angegeben, zwischen 1100 und brannt werden würden. 1200 mA, was ziemlich hoch ist. Zur Verringerung Die auf diese Weise hergestellten Kerne wurden hin- dieses Stroms wurde Zinkoxyd (ZnO) dem erwähnten sichtlich ihrer Speichercharakteristik unter Verwendung Li-Mg-System-Ferrit zugesetzt. Das Verfahren bei der einer Stromimpulsfolge gemessen, wie in F i g. 1 an- Herstellung der Kerne war das gleiche wie zu Beispiel 1 gegeben. Die Impulsdauer betrug 2,5 Mikrosekunden 45 beschrieben. Die Speichercharakteristik des gebrannten und die Impulsanstiegszeit 0,2 Mikrosekunden. Ferner Kernmaterials von der Formel

   Li₀,5Fe₂₍₅O₄ + 1,7 Molprozent Mg + X (Molprozent) ZnO,

   das auf diese Weise erhalten wurde, wurde gemessen. des Temperaturbereiches zwischen 0 und 8O⁰C, mit

   Die Ergebnisse dieser Messung sind in F i g. 3 gezeigt. 50 20° C als Bezugswert. Noch bei einem Zusatz von

   Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, nimmt der Erreger- 10 Molprozent ZnO beträgt der Temperaturkoeffizient

   strom I_m, wie erwartet, mit der Menge des zugesetzten von I_m nur 0,34 °/₀/° C. Ein solcher Temperaturkoeffi-

   ZnO ab, jedoch nimmt die »1«-Störausgangsspannung zient ist außerordentlich gering und daher für die

   UV₁ ebenfalls entsprechend ab. Die Grenze für die praktische Anwendung sehr günstig.

   Menge des zugesetzten ZnO beträgt 10 Molprozent 55 F i g. 5 zeigt die Beziehung zwischen Temperatur-

   und hat jede weitere Erhöhung der zugesetzten Menge koeffizient und Curietemperatur für Mn-Mg-Zn-Fer-

   eine Beeinträchtigung der Rechteckform zur Folge, rite und für Li-Mg-Zn-Ferrite nach der Erfindung,

   wodurch der Kern zur Verwendung als Speicherkern Man erkennt, daß dieses Verhältnis für die Ferrite

   ungeeignet wird. nach der Erfindung außerordentlich günstig liegt.

   Der Zusatz von ZnO hat die weitere Wirkung, daß 60 F i g. 6 zeigt Kennlinien der Größe d V₁, I_m und t_s

   die Curietemperatur herabgesetzt wird, die etwa für Lithium-Kupfer-Ferrite in Abhängigkeit von dem

   400° C bei einem Zusatz von ZnO von 10 Molprozent Kupferanteil. Die jeweiligen Messungen entsprechen

   wird. Dementsprechend wird der Betriebstemperatur- der F i g.
2. 2. Man erkennt deutlich, daß die Werte UV₁

   bereich des Kerns ebenfalls eng. Bei einem Kern mit wesentlich unter den Werten gemäß F i g. 2 bleiben. 10 Molprozent ZnO liegt der Betriebstemperatur- 65

   bereich etwa bei -10 bis 60°C. Patentansprüche:

   F i g. 4 zeigt den Temperaturkoeffizienten von I_m 1. Magnetischer Speicherkernkörper für einen

   und d V₁. Die Werte beruhen auf Messungen innerhalb weiten Betriebstemperaturbereich aus einem ge-

   brannten Lithiumferrit (Li_0j5Fe_2j5O₄) mit Metalloxidzusätzen, gekennzeichnetdurch Zusätze von 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxid (MgO) und von 0 bis 10 Molprozent Zinkoxid (ZnO). 2. Verfahren zur Herstellung eines Speicherkernkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 1 und 10 Molprozent Magnesiumoxid und als Rest Lithiumferrit gemischt werden, das erhaltene Gemisch durch Verwendung eines Bindemittels zu einem Granulat geformt, das Granulat in die geometrische Gestalt eines Speicherkerns gebracht und der geformte Kern bei einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 1200⁰C in einem Sauerstoff strom gebrannt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsmischung neben 1 bis 10 Molprozent Magnesiumoxid außerdem 0 bis 10 Molprozent Zinkoxid beigegeben werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen