DE1471340B2

DE1471340B2 - Verfahren zur herstellung eines magnetkernes mit nahezu rechteckiger hystereseschleife

Info

Publication number: DE1471340B2
Application number: DE19631471340
Authority: DE
Inventors: Cornells Jacobus; Corter Evert Willem; Peloschek Hans Peter; Eindhoven Esveldt (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1962-05-25
Filing date: 1963-05-21
Publication date: 1971-07-01
Also published as: NL135253C; GB994240A; OA00820A; BE632810A; US3372123A; FR1358754A; NL278942A; CH428013A; AT241138B; DK116144B; ES288241A1; DE1471340A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit nahezu rechteckiger Hystereseschleife und geringer Temperaturabhängigkeit des Eins-Signals und der Spitzenzeit aus einem ferromagnetischen Mischferritmaterial, bei dem eine in die gewünschte Form gepreßte, vorgesinterte Masse aus Oxyden von Lithium, Mangan, Eisen und gegebenenfalls Nickel, und/oder von Verbindungen dieser Metalle, die bei starker Erhitzung in diese Oxyde übergehen, gesintert wird, wobei die relativen Mengen der vorerwähnten Metalle in der gesinterten Masse, in Molprozent der Oxyde Li₂O, MnO, Fe₂O₃ und NiO ausgedrückt,

2,5 bis 16,4 Molprozent Li₂O,

0,3 bis 68 Molprozent MnO,

32 bis 82 Molprozent Fe₂O₃ und

O bis 14 Molprozent NiO

betragen. Derartige Magnetkerne werden z. B. in elektronischen Rechenmaschinen als Speicherelemente verwendet.

Die Eignung von Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife als Speicherelemente wird durch ihre Stromimpulskennlinien bedingt, d. h. durch ihr Verhalten unter Stromimpulsverhältnissen. Wichtig in diesem Zusammenhang ist z. B. das Auftreten eines deutlichen Unterschieds zwischen dem »Null-Signal« und dem »Eins-Signal« (in der Rechenmaschinentechnik unterscheidet man noch das »ungestörte« Eins-Signal uV\ und das »gestörte« Eins-Signal rVl; bei einem guten Speicherelement sind diese Größen aber nur wenig voneinander verschieden). Dazu ist es neben einer hinreichend großen »Rechteckigkeit« der Hystereseschleife notwendig, daß bei einer gegebenen Anstiegzeit des Steuerstroms der Zeitverlauf zwischen dem Anfang des Steuerstromimpulses und dem Zeitpunkt, in dem die Ausgangsspannung des Eins-Signals ihren Maximalwert erreicht, nahezu konstant ist. Aus praktischen Gründen geht man vorzugsweise nicht vom Anfang des Steuerstromimpulses aus, sondern von dem Zeitpunkt, in dem der Steuerstrom eine Stärke von 10% seines Maximalwertes erreicht. Unter der »Spitzenzeit« (T₁,) eines Magnetkernes versteht man dann den Zeitverlauf zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Steuerstrom eine Stärke von 10% seines Maximalwertes erreicht, und dem Zeitpunkt, in dem die Ausgangsspannung des vom betreffenden Steuerstromimpuls erzeugten Eins-Signals maximal geworden ist. Diese Spitzenzeit ist naturgemäß von der Anstiegzeit (r_r) des Steuerstromimpulses abhängig. Bei den Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, betrug die Anstiegzeit stets 0,15 Mikrosekunden.

Bisher hat man die durch Temperaturänderungen auftretenden Änderungen der Stromimpulskennlinien von Speicherelementen meist durch Änderung der Steuerstromstärke korrigiert. Auch hat man das ganze System von Speicherelementen in einen Thermostaten gesetzt, um störende Temperaturänderungen zu vermeiden. Diese Verfahren sind aber verwickelt und umständlich. Außerdem sind sie unbrauchbar, wenn im Betrieb des Systems Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Speicherelementen auftreten, weil ein Element in einem bestimmten Zeitverlauf öfter umgeschaltet wird als ein anderes. Es ist daher von großer Wichtigkeit, über Speicherelemente verfügen zu können, die nicht nur ein hinreichend großes Rechteckverhältnis der Hystereseschleife aufweisen, sondern bei denen auch die Ausgangsspannung des Eins-Signals sowie die Spitzenzeit innerhalb einer weiten Temperaturstrecke (vorzugsweise zwischen — 40 und +125°C) nicht oder in nur geringem Maße von der Temperatur abhängig sind.

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckigen Hystereseschleife aus Lithium-Mangan-Ferriten sind

ίο bereits bekannt. Sie wurden aber durch Sinterung auf eine Temperatur von maximal 1200⁰C hergestellt. Bisher glaubte man nämlich, daß die Flüchtigkeit des Lithiumoxyds der Anwendung höherer Sintertemperaturen als 1200⁰C im Wege stand. Die so hergestellten Magnetkerne weisen aber entweder ein relativ kleines Eins-Signal auf und/oder eine erhebliche Temperaturabhängigkeit des Eins-Signals und der Spitzenzeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife aus Lithium-Mangan-(Nickel)-Ferrit anzugeben, die eine geringe Temperaturabhängigkeit des Eins-Signals und der Spitzenzeit aufweisen.

Dies wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Vorsinterung bei einer Temperatur unter 800⁰C und die Sinterung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1400⁰C in trockener Luft oder in einem trockenen Luft-Sauerstoff-Gemisch erfolgt.

Es wurde festgestellt, daß sich ein Verflüchtigen des Lithiumoxyds bei Sintertemperaturen über 1200⁰C vermeiden läßt, wenn dafür gesorgt wird, daß die Sinterung in einer Gasatmosphäre erfolgt, die keinen oder wenigstens nahezu keinen Wasserdampf enthält. Vergleicht man die nach der Erfindung hergestellten Magnetkerne hinsichtlich ihrer Eignung zur Verwendung als Speicherkerne mit bekannten, aus Mangan-Magnesium-(Zink)-Ferriten, Mangan-Kupfer-(Zink)-Ferriten oder Lithium-Mangan-Ferriten bestehenden Magnetkernen, so ergibt sich folgendes: Bei höheren Mangangehalten unterscheiden sich die nach der Erfindung hergestellten Magnetkerne bei im übrigen mit den soeben genannten bekannten Magnetkernen gleichwertigen Eigenschaften durch einen auffällig hohen Wert der Ausgangsspannung des Eins-Signals. Bei niedrigeren Mangangehalten treten, bei im übrigen Gleichwertigkeit mit dem betreffenden bekannten Magnetkernen, als günstige Eigenschaften ein sehr niedriger Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung des Eins-Signals und ein sehr niedriger Temperaturkoeffizient der Spitzenzeit auf.

Die günstigsten Ergebnisse werden erreicht, wenn die durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1200 und 1400° C gesinterte Masse zuerst mit einer Geschwindigkeit von höchstens 3O⁰C pro Minute auf eine um 100 bis 600⁰C niedrigere Temperatur abgekühlt und dann abgeschreckt wird oder wenn die durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1200 und 1400⁰C gesinterte Masse mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30⁰C pro Minute auf eine um 100 bis 600⁰C niedrigere Temperatur abkühlt, die Masse wenigstens 5 Minuten lang auf dieser niedrigeren Temperatur gehalten und dann abgeschreckt wird.

Es folgt jetzt ein Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.

Zusammensetzung in Molprozent
der Oxyde

Li₂O

MnO

Fe₂O₃

;NiO

Vor-

sinter-

tempe-

ratur

(⁰C)

Art und Weise der Sinterung und Abkühlung

Ausgangsspannung
des Null-Signals
(MV)

Ausgangsspannung
des gestörten
Eins-Signals
rV\ (mV)

Spitzenzeit

(Mikrosekunden)

Temperaturkoeffizient
der Spitzenzeit T_p

% pro ⁰C

in der Temperaturstrecke

Temperaturkoeffizient des ungestörten Eins-Signals uV

% pro ⁰C

in der Temperaturstrecke

14,2

4,9

74.6

6,3

750

X.7

5.0

14,2

12,4

3,92

26.1

50.0

4,9

7.45

79,73

65,2

45.0

74,6

73,95

6,3

6.2

750

700

550

750

12,4

1,24

73,96

12.4

750

In 60 Sekunden auf Spitzen temperatur von 1320⁰C erhitzt, 7 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, dann in weniger als 3 Minuten auf 980° C abgekühlt, 16 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, schließlich abgeschreckt an der Luft.

In 60 Sekunden auf Spitzentemperatur von 1340° C erhitzt, 5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, in ausgeschaltetem Ofen bis 1000⁰C abgekühlt, schließlich an Luft abgeschreckt.

In 60 Sekunden auf Spitzen temperatur von 1265° C erhitzt, 5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, in ausgeschaltetem Ofen bis 1000° C abgekühlt, schließlich an Luft abgeschreckt.

In 60 Sekunden auf Spitzentemperatur von 1260⁰C erhitzt, 5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, in ausgeschaltetem Ofen bis 1000° C abgekühlt, schließlich an Luft abgeschreckt.

In 45 Sekunden auf Spitzen temperatur von 1350° C erhitzt, 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, in ausgeschaltetem Ofen bis 950° C abgekühlt, schließlich an Luft abgeschreckt.

In 60 Sekunden auf Spitzentemperatur von 1280° C erhitzt, 5 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, dann in weniger als 3 Minuten auf 980°C abgekühlt, 20 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, schließlich abgeschreckt an der Luft.

In 60 Sekunden auf Spitzentemperatur von 1340⁰C erhitzt, 5 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, dann in weniger als 3 Minuten auf 1000°C abgekühlt, 20 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, schließlich abgeschreckt an der Luft.

17

76

0,40

von -4O⁰C
bis +125⁰C

19

26

18,5

5,5

16

78

164

120

35

96

0,38

0,25

0.34

0,34

0,38

0,30

0,48

0,65

0,38

von +2O⁰C
bis +80⁰C

von +20⁰C
bis +80⁰C

von +O⁰C
bis +80° C

von +20°C
bis +8O⁰C

20

60

0.32

von +20⁰C
bis +80°C

0,5

von -40° C bis +125° C

0,43

0,58

0,61

0,5

0,45

von +20⁰C bis +80° C

von +20° C bis +80⁰C

von +20⁰C bis +80⁰C

von +O⁰C bis +8O⁰C

von +2O⁰C bis +80°C

0,45

von +20⁰C bis +80⁰C

ο C3 ω

:raturkoeffizient ten Eins-Signals uV 1 in der Temperatur strecke	von +20⁰C bis +8O⁰C von +20° C bis + 0°C
D.:ö ' B ti ω QJ r \ [Z 00 γ => O S ü	0,48 0,39
urkoeffizient tzenzeit T₁, in der Temperatur strecke	von +2O¹¹C bis +8O⁰C von +2O⁰C bis +O⁰C
Tempera' der Spi % pro °C	0,27 0,36
Spitzenzeit (Mikro- sekunden)	0,34 0,36
Ausgangs spannung des gestörten Eins-Signals rV\ (mV)	S JS
Ausgangs spannung des Null- Signals (MV)	O r<~, CN C-I
Art und Weise der Sinterung und Abkühlung	In 60 Sekunden auf Spitzentem peratur von 1300° C erhitzt, 5 Minuten lang auf dieser Tem peratur gehalten, dann in weniger als 3 Minuten auf 1000° C abge kühlt, 60 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, schließlich abgeschreckt an der Luft. In 60 Sekunden auf Spitzentem peratur von 1340° C erhitzt, 5 Minuten lang auf dieser Tem peratur gehalten, dann in weniger als 3 Minuten auf 1000°C abge kühlt, 60 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, schließlich abgeschreckt an der Luft.
Vor- sinter- tempe- ratur (°C)	ο ο r- r-
)rozent NiO	Ol <-l
CO O ·- >> u. ou χ	77,9 77,9
nensetzur der C MnO	^ tV-1 ■* ·**
cc- O	14,4 14,4
Kern Nr.	oo ■ ο

Beispiel

Gemische von Lithiumkarbonat Li₂CO₃, Mangankarbonat MnCO₃, Eisenoxyd Fe₂O₃ und gegebenenfalls Nickelkarbonat NiCO₃ wurden 4 Stunden lang in Äthanol in einer Kugelmühle gemahlen. Die Mahlerzeugnisse wurden in Luft vorgesintert, auf Zimmertemperatur abgekühlt und 16 Stunden lang in Äthanol in einer Kugelmühle gemahlen. Die so erzielten

ίο Mahlerzeugnisse wurden nach Zusatz eines organischen Bindemittels granuliert und unter einem Druck von 1,5 t/cm² zu Ringen gepreßt. Diese Ringe wurden durch Erhitzung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1400⁰C in trockener Luft gesintert.

In vorstehender Tabelle sind nähere Einzelheiten über die chemische Zusammensetzung und die Herstellungsverfahren der Magnetkerne sowie eine Anzahl Meßergebnisse angegeben. Die Messungen wurden alle bei 25° C durchgeführt. Die Anstiegzeit (τ₍.) des Steuerstromimpulses betrug, wie bereits früher erwähnt, stets 0,15 Mikrosekunden, das Störverhältnis 0,61.

Sämtliche Kerne der Proben 1 bis 4 und 6 bis 9 hatten einen Außendurchmesser von 1,3 mm, einen Innendurchmesser von 0,8 mm und eine Höhe von 0,4 mm. Beim Kern Nr. 5 betrugen diese Abmessungen 0,8 bzw. 0,5 bzw. 0,2 mm.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes mit nahezu rechteckiger Hystereseschleife und geringer Temperaturabhängigkeit des Eins-Signals und der Spitzenzeit aus einem ferromagnetischen Mischferritmaterial, bei dem eine in die gewünschte Form gepreßte, vorgesinterte Masse aus Oxyden von Lithium, Mangan, Eisen und gegebenenfalls Nickel, und/oder von Verbindungen dieser Metalle, die bei starker Erhitzung in diese Oxyde übergehen, gesintert wird, wobei die relativen Mengen der vorerwähnten Metalle in der gesinterten Masse, in Molprozent der Oxyde Li₂O, MnO, Fe₂O₃ und NiO ausgedrückt,

2,5 bis 16,4 Molprozent Li₂O,

0,3 bis 68 Molprozent MnO,

32 bis 82 Molprozent Fe₂O₃ und

0 bis 14 Molprozent NiO

betragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsinterung bei einer Temperatur unter 800° C und die Sinterung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1400° C in trockener Luft oder in einem trockenen Luft-Sauerstoff-Gemisch erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1200 und 1400⁰C gesinterte Masse zunächst mit einer Geschwindigkeit von höchstens 30° C pro Minute auf eine um 100 bis 600⁰C niedrigere Temperatur abgekühlt und dann abgeschreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Erhitzung auf eine

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Temperatur zwischen 1200 und 1400⁰C gesinterte 4. Magnetkern, der nach einem der Ansprüche 1

Masse mit einer Geschwindigkeit von mehr als bis 3 hergestellt ist.

30⁰C pro Minute auf eine um 100 bis 600⁰C 5, Magnetisches Speicherelement, das aus einem niedrigere Temperatur abgekühlt, wenigstens .Magnetkern nach Anspruch 4 in Form eines 5 Minuten lang auf dieser niedrigeren Temperatur 5 Ringes mit einem Außen-Durchmesser von hochgehalten und dann abgeschreckt wird. stens 4 mm besteht.