DE1471428B2 - Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Mangan-Zink-Ferriten - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur ,,. .in Luft und anschließend eine, halbe bii, 20 Stunden Herstellung von ferromagnetischen Mangan-Zink- in Stickstoff gesintert.

^Fe7^it"^^e^n ^mit hoher AnfapppenMa^ilität von _{c) Die interten Kerne werden n Stipkstoff}

mehr als 6000. Derartige Kerne werden beispielsweise abgekühlt

als Magnetikum für Impulsübertrager, als Tonkopf- 5

oder als Kleinstschalenkerne verwendet. Im Zuge Die Umhüllungen und die Kernpreßlinge sind

der Miniaturisierung elektrischer Bauelemente, wie außerordentlich rein und weisen insbesondere weniger Spulen, Filter u. dgl., ist es erwünscht, ein Magnetikum als 0,07 Gesamtverunreinigungen auf. So können mit sehr hoher Permeabilität benutzen zu können. beispielsweise mehrere Kernpreßlinge in einen Ferrit-Die Erfindung bezieht sich daher vorzugsweise auf io behälter eingesetzt werden, oder es wird vorzugsweise derartige ferrgmagnetischq Kieinteile, insbesondere , jeweils pin Kernpr§ßling in einen derartigen Ferrittopf dünnwandige Ring- und Schalenkerne. eingesetzt.

Es hat sich gezeigt, daß Ferritkerne nach der Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eben-

Sinterung eine dünne Oberflächenschicht aufweisen, falls hohe Anfangspermeabilitäten erzielt werden, die im allgemeinen eine geringere. Änfangspermeabilität *5 wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die als das Kerninnere besitzt. Man hat bereits diese Kernpreßlinge in Behälter eingesetzt werden, die Nachteile durch Abschleifen der Oberflächenschicht noch nicht aus Ferrit, sondern aus derartiges Ferrit und durch eine Sinterung der Kernpreßlinge in Un> , ergebenden Ausgangssubstanzen bestehen. _: hüllungen aus Ferrit teilweise beseitigt (deutsches Gemäß dieser Ausbildung der Erfindung werden

Patent 1 031 444). so beispielsweise zu Behältern gepreßte Ferritausgangs-

Durch die deutsche Patentanmeldung N 2334 VIb/80b substanzen verwendet und in diese die Kernpreßlinge ist es bekannt, die aus den Komponenten Mangan- eingesetzt. Darüber hinaus ist es auch möglich, die oxid, Zinkoxid und Eisenoxid gefertigten Kernpreß- Kernpreßlinge mit Umhüllungen aus pulverförmigen linge in Sauerstoff zu sintern und abzukühlen. Diese Ferrit- oder vorzugsweise ferritbildenden Ausgangs-Ferritkerne besitzen jedoch nur eine Anfangsper- 25 substanzen, insbesondere großer Reinheit, zu versehen, meabilität von wenigen Hundert. In einer Ausbildung der Erfindung werden die Kern-

Es ist auch bereits bekannt, die Anfangspermeabilität preßlinge etwa 2 Stunden in Luft und anschließend von Mangan-Zink-Ferrit-Kernen durch Sintern der etwa 1 Stunde in reinem Stickstoff, der weniger als Kernpreßlinge in Umhüllungen aus Ferrit mit etwa 0,02 Volumprozent Sauerstoff enthält, bei etwa 1270 bis der gleichen Zusammensetzung und etwa dem gleichen 3° 1280° C gesintert und. anschließend in ebenfalls reinem Reinheitsgrad wie bei den zu sinternden Mangan- Stickstoff innerhalb etwa einer halben Stunde auf Zink-Ferrit-Kernen auf Werte von mehr als 6000 zu 400° C rasch abgekühlt. Die weitere Abkühlung bis auf vergrößern. . ■ Zimmertemperatur ist weniger kritisch und kann

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe jangsamer erfolgen.

zugrunde, die Anfangspermeabilität von Mangan- 35 Höhere Anfangspermeabilitäten werden erzielt, Zink-Ferrit-Kernen weiter zu erhöhen. wenn die Sinterung längere Zeit in Anspruch nimmt

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei und langsam abgekühlt wird. So wird in dieser weiteren einer bestimmten Ferritzusammensetzung der Kerne Ausbildung der Erfindung etwa 10 bis 20 Stunden in eine bisher bei derartigen Magnetika noch nicht Luft und anschließend etwa ebenso lange in reinem erreichte Anfangspermeabilität im Betriebstemperatur- 40 Stickstoff mit weniger als 0,02 Volumprozent Sauerintervall bei etwa Raumtemperatur und bei einer _; stoff bei etwa 1270 bis 1280°C gesintert und an-Curietemperatur von mehr als Tc = 100 erreicht schließend in ebenfalls sehr reinem Stickstoff innerwird. Die Einhaltung dieser Zusammensetzung ist halb etwa 10 bis 15 Stunden auf etwa 200° C langsam außerordentlich kritisch, so daß bereits Abweichungen abgekühlt. Der Sinterung in langsam strömendem von wenigen Molprozent bei weitem nicht die hohen 45 Stickstoff ist gegenüber stehender Stickstoffatmosphäre Anfangspermeabilitäten eines erfindungsgemäß her- der Vorzug einzuräumen.

gestellten Mangan-Zink-Ferrits erreichen lassen. Dabei ' Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können ist zu berücksichtigen, daß nicht nur die Zusammen- beispielsweise dünnwandige Ringkerne mit Außensetzung, sondern auch die Art der Sinterbehandlung durchinessern von etwa 2 bis 6 mm ManganrZinkfür die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wesent- 50 Ferrit mit Anfangspermeabilitäten von etwa μ_α—15 000 lieh ist. und einer Curie-Temperatur von etwa Tc = 130° C

Bei einem Verfahren zur Herstellung von ferro- erreicht werden. Das sind die höchsten μα-Werte, magnetischen Mangan-Zink-Ferrit-Kernen mit hoher die bisher bei Zimmertemperatur an Mangan-Anfangspermeabilität von mehr als 6000 durch Zjnk-Ferrjten erreicht. worden sind. Mit derartigen Sintern der Kernpreßlinge in Umhüllungen aus Ferrit 55 erfindungsgemäß hergestellten Kernen können beimit etwa der gleichen Zusammensetzung μηό etwa spielsweise Breitband' und Impulsübertrager mit dem gleichen Reinheitsgrad wie bei den zu sinternden besonders kleinen Abmessungen hergestellt werden. Mangan-Zink-Ferrit-Kernen besteht die Erfindung Weitere Anwendungsgebiete lassen sich durch die in der Kombination folgender Merkmale: .erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffe mit einer

60 derart höhen Anfangspermeabilität noch erschließen.

a) Die Zusammensetzung der Kernpreßlinge wird Bei Anfangspermeabilitäten von 6200 bis 16500 derart gewählt, daß im Ferritkern folgende Anteile wurden Verlustfaktoren von tan δ/μ_α = 6 bis 20 · 10~⁶ vorhanden sind: bei 100 kHz und Hysteresebeiwerte von %_a ² == 0,3 52,5 ±1, insbesondere ±0,5 Molprozent Fe₂O₃, _Λ J™-2,3 · 10-» cm/kA bei 20 kHz erreicht. Die zeit-

25.7 ± 1,5 Molprozent MnO, ^{6s 1}I⁰^ Inkonstanzwerte derartiger Mangan-Zmk-

21.8 ±1 Molprozent ZnO. ^Fe _T ^{rr lte}Jf^rafⁿ *wa^K == 0,3 bis 2 · 10 -·

Im folgenden sind Ausfuhrungsbeispiele fur das

b) Die Preßlinge werden zuerst 1 bis 20 Stunden erfindungsgemäße Verfahren angegeben:

Beispiel 1

Es wird ein Oxidgemisch, das nach der Sinterung einen Ferritkern der Zusammensetzung

52,5 Molprozent Fe₂O₃

25.7 Molprozent MnO

21.8 Molprozent ZnO

ergibt, hergestellt.

Dieses Oxidgemisch enthält mit Ausnahme flüchtiger und wasserlöslicher Nebenbestandteile nicht mehr als insgesamt 0,07 Gewichtsprozent Verunreinigungen; davon an einzelnen Verunreinigungen nicht mehr als je 0,02 Gewichtsprozent. Das Gemisch wird 1 Stunde bei 870 C kalziniert, danach 2 Stunden in der Schwingmühle mit doppelt destilliertem Wasser gemahlen und nach dem Trocknen mit einer Bindemittellösung unter Verwendung von Polyäthylenglykol vermischt. Diese Mischung wird zu Ringkernen mit einem Außendurchmesser von etwa 5 mm und einem Innendurch- ao messer von etwa 3 mm bei einer Kernhöhe von etwa 1,5 mm verpreßt, so daß die Dichte etwa 3 g/cm³ beträgt. Die Kernpreßlinge werden in gesinterten größeren Ringkernen oder in ungesinterten größeren Ringkernen oder in Behältern aus Ferrit mit eingepaßtem Deckel, die aus gleichen Rohstoffen gepreßt sind und gleiche Zusammensetzungen aufweisen, eingelegt und nach vierstündigem Aufheizen bei 1280° C zunächst 10 Stunden in Luft und anschließend 11 Stunden in langsam strömendem reinem Stickstoff mit weniger als 0,02 Volumprozent Sauerstoff gesintert. Der Stickstoffstrom beträgt bei einem Ofenvolumen von 1,5 1 etwa 0,4 l/h. Die Abkühlung von der Sintertemperatur auf etwa 200° C erfolgt in etwa 12 Stunden sehr langsam.

Es wurden folgende Anfangspermeabilitäten bei einer Curie-Temperatur von Tc = 132° C und folgende Verlustfaktoren gemessen:

μ_α = 14 000 bis 16 000

tan δ/μ_α = 2 bis 2,5 · ΙΟ"⁶ bei 20 kHz.

In der F i g. 1 ist der Verlauf der Anfangspermeabilität in Abhängigkeit von der Temperatur angegeben. Die Kurve gilt für eine Meßfeldstärke von 2 mOe und eine Meßfrequenz von 5 kHz.

Beispiel 2

Die wie im Beispiel 1 hergestellten Kernpreßlinge werden bei 1270° C zunächst 2 Stunden in Luft und anschließend 1 Stunde in reinem Stickstoff gesintert. Die Abkühlung erfolgt innerhalb 25 Minuten in reinem Stickstoff stetig von Sintertemperatur bis auf etwa400°C. · ' ■

Dabei wird in Behältern aus Ferrit gesintert und abgekühlt.

Es wurden folgende Werte bei einer Curie-Temperatur von 132° C gemessen:

μ_α = 10 000 bis 12 000

tan δ/μ_α = 2 bis 3 · 10~^β bei 20 kHz

15 · 10-⁶ bei 100 kHz.

In der F i g. 2 sind die Anfangspermeabilität und der Verlustfaktor in Abhängigkeit von der Meßfrequenz bei erfindungsgemäß nach Beispiel 2 hergestellten Mangan-Zink-Ferrit-Kernen dargestellt. Die durchgezogene Linie betrifft die Anfangspermeabilität μ_α, die unterbrochene Linie betrifft den Verlustfaktor tan δ/μα- Die Kurven gelten für einen Ringkern mit dem Kernquerschnitt von q — 0,9 mm².

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Mangan-Zink-Ferrit-Kernen mit hoher Anfangspermeabilität von mehr als 6000 durch Sintern der Kernpreßlinge in Umhüllungen aus Ferrit mit etwa der gleichen Zusammensetzung und etwa dem gleichen Reinheitsgrad wie bei den zu sinternden Mangan-Zink-Ferrit-Kernen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Zusammensetzung der Kernpreßlinge wird derart gewählt, daß im Ferritkern folgende Anteile vorhanden sind:

52,5 ± 1, insbesondere ± 0,5 Molprozent Fe₂O₃,

25.7 ± 1,5 Molprozent MnO,

21.8 ± 1 Molprozent ZnO.

b) Die Preßlinge werden zuerst 1 bis 20 Stunden in Luft und anschließend eine halbe bis 20 Stunden in Stickstoff gesintert.

c) Die gesinterten Kerne werden in Stickstoff abgekühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen aus ferritbildenden Materialien, z. B. Oxiden, mit etwa der gleichen Zusammensetzung und dem gleichen Reinheitsgrad wie bei den zu sinternden Mangan-Zink-Ferrit-Kernen gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 2 Stunden in Luft und anschließend etwa 1 Stunde in einem weniger als 0,02 Volumprozent Sauerstoff enthaltenden Stickstoff bei etwa 1270 bis 1280° C gesintert und anschließend in ebenfalls sehr reinem Stickstoff innerhalb etwa V₂ Stunde auf 400° C rasch abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 10 bis 20 Stunden in Luft und anschließend etwa ebenso lange in weniger als 0,02 Volumprozent Sauerstoff enthaltendem Stickstoff bei etwa 1270 bis 1280°C gesintert und anschließend in ebenfalls sehr reinem Stickstoff innerhalb etwa 10 bis 15 Stunden auf etwa 200°C langsam abgekühlt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in langsam strömendem Stickstoff gesintert wird.

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