DE1564212A1 - Verfahren zum Herstellen von magnetischen Speicherkernen - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen von magnetischen Speicherkernen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von magnetischen Speiuherkernen. Das Verfahren eröffnet die Möglichkeit, Ferrit-Speicherkerne mit extrem kleinen Abmessungen und mit guten magnetischen Eigenschaften sowohl einzeln als auch in zu Speichereinheiten integrierten Anordnungen herzustellen*

Magnetische Speicherkerne werden in großer Zahl gebraucht, sowohl in Speichersystemen mit geringen als auch in solchen mit großen Speicherkapazitäten, insbesondere In Verbindung mit Datenverarbeitungsmaschinen, sie besitzen jedoch auch anderweitige Anwendungamöglichkeiten. Obwohl auch andere

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.Speioherstrukturen, beispielsweise solche aus dünnen magnetischen Sohiohten wegen der hiermit erreichbaren hohen Einspeicher- bzw. Abfragegeschwindigkeit große Bedeutung erlangten, so stellen doch nach wie vor bei kommerziellen Anwendungen toroidförmige Ferritkerne die gebräuchlichsten Speicherelemente dar. Bei der Entwicklung derartiger Ferritkerne zu geeigneten Speicherelementen wurde besonderer Wert darauf gelegt, Speicherkerne sowie aus solchen zusammengesetzte Speichersysteme zu bekommen« welche bei geringen. Kosten eine möglichst hohe Arbeitsgeschwindigkeit ermöglichen. Aufgrund dieser Bestrebungen ergaben sich nicht nur Verbesserungen der benutzten Ferritmaterialien selbst, sondern auch Verbesserungen des Herstellungsverfahrens. Bei den Entwicklungsergebnissen ist die Tendenz zu immer kleineren inneren und äußeren Durchmessern und daher auch sehr kleinen Ringstärken zu bemerken. Die Notwendigkeit hierzu erfolgt aus der Tatsache, daß eine umso größere Schaltgeschwindigkeit erreioht werden kann, je geringer das Volumen des zu schaltenden magnetischen Materials ist. Wird ferner der innere Durohmesser des zu schaltenden Kernes herabgeatzt, so kommt man auch mit geringeren Impulshöhen bzw. mit geringeren Impulsströmen aus, um die Kerne umzuschalten»

Ein konventionelles Verfahren zur Herstellung von magnetischen Speioherkernelementen beruht auf eine» unter Druck duroh«

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geführten Formverfahren, beigem ein Perritpuder in eine Form gepresst wird, die eine Mehrzahl von Formhohlräumenaufweist, innerhalb derer das eingegebene Material die gewünschte toroidformige Oestalt annimmt. Nach beendeter Formgebung schließt sich eine Wärmebehandlung an, mittels derer die endgültige ferritkeramische Struktur erstellt wird, welche die gewünschte Speichercharakteristik besitzt. Obwohl das geschilderte Verfahren sorgfältig durchentwickelt wurde, mit dem Ziel, extrem kleine magnetische Kerne zu erzeugen, wurde eine Qrenze erreioht, welche bei einem inneren Durchmesser von 0,2 mm und einer Ringdicke von 0,05 mm liegt.

Weiterhin ist bekannt, Speicherkerne mit einer Vielfachschichtstruktur herzustellen, wobei z.B. die innere Schicht aus Ferritmaterial mit den eigentlichen Speichereigenschaften und eine äußere Sohicht aus nichtmagnetischem Material als Trägerschicht benutzt wird. Diese beiden Schichten bilden eine keramische Qesamtstruktur. Das im Vorstehenden erwähnte Pressverfahren eignet sioh aber nicht für eine Massenfabrikation derartiger mehrschichtiger Speicherkerne.

Del einem anderen Versuch, das Problem der Massenfabrikation von Speicherkernen geringer Abmessung zu lösen, wurde das den Spelchettffekt aufweisende Ferritmaterial zunächst in Form einer Röhre hergestellt und dann wurde diese Röhre durch Auf-

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schneiden in eine Vielzahl einzelner Speicherkerne überführt. Die röhrenförmige Struktur wird hierbei entweder durch Aufdornen oder durch Bedecken eines zylinderförmigen Substrate mit einer Ferritschicht, die speichernde Eigenschaften aufweist, hergestellt, wobei man den Überzug auf dem Substrat trocknen ließ und dann das Substrat entfernte» Dieses Verfahren wurde ebenfalls zur Herstellung von Spei- ί ohergesamtstrukturen benutzt, welohe innerhalb einer integrierten Struktur eine größere Anzahl einzelner Speicherelemente umfasst. Diese Speichersysteme werden dadurch hergestellt, daß man eine Anzahl von Röhren aus Speicherferrit- material innerhalb eines Trägerbiockes anordnet und dann

ι diesen Block aufspaltet, wodurch eine Reihe von einzelnen _t SpeicherelementerivSpeicheranordnungen zusammengefaßt werden. Keine der im vorstehend erwähnten Verfahren konnte erfolgreich angewendet werden zur Herstellung von extrem kleinen Speicher vorrichtungen , die in reproduzierbarer Weise eine Speichercharakteristik hoher Qualität aufwies, wie es für schnell arbeitende Speichersysteme hoher Kapazität gefordert wird. Die Aufgabe wird noch dadurch komplizierter, daß bei verkleinerten Speicherelementen auch kleinere Signalamplituden zur Schaltung dloser Speicherelemente benutzt weiden* Hieraus reßuHiert auch, daß nur kleinere Ausgangssignale zur Anzeige des Zustande3 des Speieherelementes verfügbar sind. Infolgedessen ist dem Arbeitsspielraum der Speicherkern innerhalb

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des Speichere sehr enge Grenzen gesetzt. Bei den genannten Speicherkernen sind daher die Anforderungen bezüglich extrem guter reproduzierbarer Eigenschaften höher als bei konvetionellen Speicherkernen«

Dor vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Massenherstellung von Speicherelementen extrem kleiner Abmessungen für magnetische Kornapeichersysteme anzugeben. Das Verfahren soll die Möglichkeit eröffnen, eine große Anzahl der Speicherelemente mit guter Ausbeute und Reproduzierbarkeit zu geringen Kosten herzustellen, wobei die erstellten Kernelemente eine gute magnetische Charakteristik aufweisen sollen, wie sie bei Kernspeichern für hohe Geschwindigkeit erfordert werden· Das Verfahren soll sich weiterhin nicht nur zur Herstellung einzelner magnetischer Spei eherkerneIemente, sondern darüber hinaus auch zur Herstellung von Speichersysteraen selbst eignen, welohe JeweUb eine größere Anzahl von einzelnen Kernspeicherelementen umfassen· Das Verfahren, welches die genannte Aufgabe löst, ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte ι

a) Aufbringen einer ersten dünnen Schicht aus einem ferro« magnetischen Ferritmaterial auf eine Vielzahl von krelazy linderförmigen Substraten geringen Durchmessersi *

b) Aufbringen einer zweiten dünnen Schicht aus einem unmagnetlschen, ohemiaoh Indifferenten Material auf die erste

Schicht zur Unterbindung einer Wechselwirkung zwischen

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der ersten dünnen Schicht mit den in nachfolgenden Verfahrenes ehr itfcen aufzubringenden Schichten während des später erfolgenden Sintervorganges)

o) Aufbringen einer dritten nichtmagnetischen Ferritschicht auf die Zwischenschicht;

d) Einbetten der unter a) bis c) erstellten mehrschichtigen Kreiszylinder mit zueinander parallel orientierten Achsen in einem gemeinsamen Block;

e) Entfernen der Substrate durch Herausziehen aus dem Block;

f) Gewinnung der rohen toroidförmlgen magnetischen Speicherkerne durch Zerteilen dieses Blockes entlang von zu den Zylinderaohsen normal verlaufenden Ebenen;

g) Sintern der verschiedenen Schichten der Speicherkerne mittels eines Brennvorganges«

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren im ein· zeInen beschrieben«

In diesen bedeuten! Fig. 1 A bis 1 J eine Darstellung der nach verschiedenen Verfahrenssohritten sich ergebenden

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Strukturen bei der Herstellung einzelner Magnetspeicherkerne nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung*

Fig« 2 A bis 2 ü; eine Darstellung der nach verschiedenen

Verfahrensschritten sich ergebenden Strukturen beider Herstellung von Speicher-Systemen mit einer größeren Anzahl von Speicherkernen nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindungj

Fig· 2 A und 3 B; eine weitere Form eines Speichersystems«

das nach dem Verfahren der Erfindung hörgestellt worden ist;

Fig· Si eine schematische Ansicht einer Vorrich

tung zum Eingießen der röhrenförmigen Strukturen in einen Gesamtblock*

Fig. 1 A bia II stellen achematisch die Verfahrenescliritte dar» die zur Herateilung extrem kleiner Ferritkerne gemäß der Lehre der Erfindung dienen· Das Herstellungsverfahren wird zunächst an Hand dieaer Figuren beschrieben, und weiter unten folgen dann weitere EinzeHielten bezüglich der zur Herstellung der Kerne verwendeten Vorrichtungen und Materialien.

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Ale erster VerfahrensBohritt wird ein röhrenförmige■ Substrat in Form eines Nylonfadens 10 genommen und mit einer Perritfarbe 12 überzogen, wie es Fig. 1 A und 1 B zeigen. Der Nylonfaden ist extrem dünn und besitzt einen Durohmesser von ca» 0,15 mm und es wird nur eine sehr dünne Schicht aus Ferritfarbe 12 aufgebracht, da dieses Material das Speiehermedium in der fertigen Vorrichtung bilden soll. Nach dem Trocknen des Überzugs 12 (Fig. 1C) wird ein Überzug 14 aus einem nichtmagnetischen Material aufgebracht, der während der nachfolgenden Brennvorgänge als Trennschicht zwischen der Ferritspeicherschicht 12 und der !Trägerschicht aus nichtmagnetischem Ferritmaterial dient· Die; Aufbringung dieser Trägerschicht ist in Fig. D bei 16 dargestellt, und zwar besteht sie aus einer nichtmagnetischen Ferritfarbe·*

Nun wird eine Gruppe von Fäden 10, die mit'den drei röhrenförmigen Schichten 12, 14, 16 überzogen sind, parallel auf einem Teflonblock angeordnet und mit Wachs vergossen· Nachdem das Wachs zu einem Block 20 (Fig· 1E) erstarrt ist, werden die Nylonfäden durch Anfassen an einem Ende herausgezogen. Das den Faden 10 direkt umgebende magnetische Material 12 wurde bis Jetzt noch nicht gehärtet. Dasselbe trifft für die anderen Schichten 14 und 16 zu, aber diese sind soweit getrocknet, daß sie selbsttragende Röhren bilden, die in dem Wachsblock 20 festgehalten werden* Es hat sioh gezeigt, daß es möglich ist, die fadenlose Struktur zu erhalten, indem man die Nylon-

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fäden einfach aus dem Block herauszieht·

Der Block 20 mit den hindurchgehenden, aus den Schichten 12, 14 und 16 bestehenden röhrenförmigen Hülsen'ist in Fig. 1E dargestellt· Obwohl in der Zeichnung vereinfachend nur drei der mehrschichtigen Röhren gezeigt sind, können sehr viel mehr davon in einen einzigen Wachsblock eingebettet werden. In Fig. 1£ ist eine Lamelle 20 A des Blocks 20 mittels eines Schneidwerkzeugs 22 abgeschnitten worden· Der oben erwähnte Teflonblook (in Fig. 1£ nicht gezeigt), auf welchem die röhrenförmigen Elemente eingegossen sind, dient während dteses ' Sehneidvorgängs als Träger. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß dieser Schneidvorgang ausgeführt wird, solange die mehrschichtigen Röhren in einem rohen, d.h.'nicht gebrannten Zustand ist, damit es möglich ist; sehr feine Scheiben ohne Beschädigung der mehrschichtigen Kernstruktur von den Röhren abzuschneiden· Der Schneidvorgang wird auf einer Fräsmaschine mit dem Schneidwerkzeug 22 (Fiß. 1E) ausgefüirt, das auf der Spindel der Maschine befestigt ist. Der Block wird auf dem Schiit· ten der Maschine montiert und die Spindel gesenkt, bis das Sohneidwerkzeug die Röhren in dem Wachsblock durchdringt.

Der Schneidvorgang wird wiederholt ausgeführt, um mehrere der In Fig. 1£ dargestellten Scheiben zu erzeugen, deren Stärke jewel]a durch die Whe der herzustellenden Kerne be-

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stimmt wird· Nach dem Suhneidvorgang wird der die mehrschichtigen Korne enthaltende Wachsblock (Pig. 1P) auf Filtrierpapier gelegt und das überschüssige Wachs geschmolzen und abgesaugt. Dies geschieht einfach durch Erhitzen auf 100 bis 125⁰C, wobei das geschmolzene Wachs von dem Filtrierpapier aufgesaugt wird. Dieser Schritt muß zu diesem Zeitpunkt zur Beseitigung der organischen Wachssubstanz ausgeführt werden« bevor das Bindemittel ausgetrieben und das Brennen durchgeführt wird.

Die einzelnen aus'den Schichten 12, 14 und 10 bestehenden rohen Kerne (Fig. 1G) werden dann in einen Nickelbehälter gelegt, dessen Innenseite mit einer feinen Aufschwemmung von Mn₅O^ in

einem organischen Bindemittel, das vorher auf 1000⁰C erhitzt worden ist, überzogen ist. Dieser keramische Überzug verhindert das Pestkleben der Kerne in dem Gefäß während des Brennvorgangs· Das Hinaustreiben des Bindemittels erfolgt durch langsames Erhitzen des beschickten Gefäßes auf 600⁰C für die Dauer von JO Minuten. Hierbei können die organischen Bestandteile in den Kernen langsam pyrolysieren und sich verflüchtigen, ohne daß die Kerne beschädigt würden. Bei zu schneller Erhitzung kann eine Verzerrung oder Entzündung eintreffen, wodurch die Kerne sowohl physikalisch als auch chemisch beschädigt würden. Nach dem Austreiben des Bindemittels wird der abschließende Brennvorgang durchgeführt« Dae Oefäß wird in einen Röhrenofen eingebracht, 10 Minuten lang auf 920⁰C aufgeheizt»

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dann herausgezogen und dadurch abgekühlt« daß es auf eine kühle Fläche , z.B. auf eine Aluminiümplatte gelegt wird,

Ein zweites Verfahren zum Eingießen und Sehneiden eignet sich für die Produktion in großen Mengen. Eine große Zahl von überzogenen Fäden (Fig. 1D) wird parallel zueinander in eine Spannvorrichtung eingespannt. Geschmolzenes Wachs, Polyäthylen mit niedrigem Molekulargewicht oder ein geeignetes organisches Material wird um das Bündel aus in oben be· schriebener Weise vorbehandelten Fäden gegossen· Dann läßt man das Gußstück abkühlen bzw. verfestigen. Anschließend wer· den die Nylonfäden herausgezogen· Das Schneiden erfolgt mittels eines Mikrotoms,in die der Block mit den eingegossenen Röhrchen eingespannt wird. Eine bewegliche Klinge wandert über das Ende des Gußstücks senkrecht zu diesem und trennt bei Jedem Hub eine Scheibe ab. Jede dieser Scheiben enthält ebensoviele Kerne, wie das Gußstück Röhren besitzt. Nach Jedem Sahnitt wird das Gußstück um eirie Strecke vorgeschoben, die gleich der Höhe der rohen Kerne ist.

Infolge eines Schrumpfprozesses sind die Kerne nach dem Brennen gemäß Fig. 1H etwas verkleinert. Die Materialien der drei Schichten 12, 14 und 16 werden so gewählt, daß unzuläseige Spannungen in den Kernen während des Brennvorgangs vermieden werden. Während des Brennvorgangs erfüllt die Trennschicht 14 die Aufgabe ein Reagieren der äußeren niohtmagnetfechen Ferritachioht 10 mit der inneren magnetischen Ferrit-

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sohloht 12 zu verhindern. Wird keine trennende Sohloht 14 verwendet« beeinträchtigt diese Reaktion zwischen den benachbarten Schichten aus magnetischem und niohtmagnetischen Material während des Brennens die magnetischen Eigenschaften der Speicherkerne 12 in unerwünschter Weise. Obwohl diese Reaktion nur an der Außenfläche der Schicht 12 stattfindet» sind ihre Wirkungen auf die magnetischen Eigenschaften nicht zu vernachlässigen, da der Kern selbst sehr klein ist und eine geringe Ringstärke aufweist«

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurden Kerne mit den in Fig« II gezeigten Abmessungen hergestellt* Die duroh die Schicht 12 gebildeten Spelcherkerne haben einen Innen-

-2 *

durchmesser von 11,2 χ 10 mm, einen Außendurchmesser von

-2 »S

15*2 x 10 mm und eine Ringstärke von 1,9 χ 10 mm» Die Sperrschicht 14 ist nur etwa 0* 25 x 10 mm stark, und die Trägerschicht aus Ferritmaterial hat eine Ringstärke von et* wa 1,6^ χ lo"²mra. Die Höhe der Kerne« die duroh die Stärke der duroh den Waoheblook hinduroh ausgeführten Schnitte be· stimmt wird« beträgt etwa 5,8 χ 10 nun.

Diese Kerne mit einem Innendurchmesser voja 11,4 χ 10, .mm

ν η 19,0 χ 10^ »» »^lnd ι»·!»«¹ und einem Außendurohmesser ο

als die kleinsten Kerne, die mit herkömmlichen Pressverfahren hergestellt werden, bei denen der ganxe Kern aus speicherndem Material gemacht wird· Weiter können nach dta oben beschriebenen Verfahren nooh kleinere Kern« als dl·

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in FIg* II gezeigten hergestellt werden» z.B. mit einem

Innendurchmesser von 7,6x 1o"² mm und einer Rings tür ke von

-2 1,5 χ 10 mm*

Diese kleineren Kerne mit Ihrer geringen Ringstärke lassen sich viel schneller und mit schwächeren TreiberSignalen ummagnetisleren. Welter sind, obwohl die gesamte während des Umsohaltens verfügbare Energie eine kleinere Gesamtleistung zum Ergebnis hat« Ausgangssignale erreicht worden, die groß genug sind, um die Verwendung dieser Kerne in großen und schnellen Speicheranordnungen zu gestatten. Da die äußere Trägerschicht aus nichtmagnetischem Ferritkeramikmaterial mit dem Speicherkern ein keramisches Gesamtgebilde darstellt, können die Kerne ebenso wie herkömmliche Kerne gehandhabt werden. Das beschriebene Herstellungsverfahren für die Kerne besitzt eine hohe Ausbeute, wobei ausgezeichnete magnetische Eigenschaften erzielt werden« die für schnelle*Speicher anordnungen gefordert werden.

Ein Verfahren ähnlich dem an Hand von Fig. U-II beschriebenen kann für die Massenherstellung kleinerer Kernspeiohervorrlohtungen verwendet werden* Hierbei besteht das Endprodukt aus einer Vielzahl von Kernen« die in einem Trägerblook aus niohtmagnetisohera Ferrit eingebettet sind.

Dieses Verfahren wird in Verbindung mit Flg. 2A - 20 erläutert. Die ersten Schritte in diesem Verfahren glelohen

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denen des In Flg. 1A - Zl geaeigten Verfahrene· Zunächst wird ein Substrat in Gestalt eines Nylonfadens 10 mit einer Schicht aus magnetische« Material tiberzogen, das als Speichermaterial dienen soll, und dann mit einer Schicht aus Sperrmaterial 14. Anstatt nun die einzelnen Fäden mit einem als Träger dienenden nlohtmagnetlschen Material zu beschichten, wird eine Anzahl der mit den Schichten 12 und 14 überzogenen Fäden in einen Block aus nichtraagnetischen Ferritmaterial 20 eingekapselt, wie es Fig. 2D zeigt. In Fig. 2D ist der Block 20 nach Entfernung der Nylonfäden dargestellt. Die durch den Block hindurchgehenden Röhren bestehen aus den beiden Schichten 12 und 14, und als Träger dient der Block aus nichtmagnetischem Fenit. Der Block 20 wird in Scheiben zerschnitten, und es entstehen Stäbe 2OA, die jeder eine Reihe von Einzelkernen enthalten, wie es Fig. 20 und 2E zeigen. Dann werden die Stäbe 2OA zur Austreibung des Bindematerials erhitzt· Bei der anschließenden Härtung findet ein bestirnter Schrurapfvorgang statt (siehe Fig. 2F). Wie bei dem oben beschriebenen Prozess werden die Kerne aus Ferritmaterial, die das eigentliche Spei« cherelement 12 bilden sollen, und das als Träger 2OA dienende niohtmagnetische Ferrit, so gewählt, dafl während des Hinaustreibens des Bindemittels und des Brennens übermäßige Spannungen vermieden werden· Die Sperrschicht 14 verhindert auch hier die Wechselwirkung zwischen den Spei* cherkernen 12 und dem nichtmagnetisch«!! Ferritträger während des Brennvorgang«·

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Die Abmessungen der nach diesem Verfahren hergestellten Toroidspeicherelemente sind in Fig. 2(J dargestellt* Die Höhe des Speicherkerns 12 ist.größer als die des einzelnen Kerns von Fig. II, und zwar liegt sie bei etwa 2,4 χ 10" mm, aber der Innendurchmesser und die Ringstärke der Speicherkerne sind gleicht Die Sperrschicht 14 hat ebenfalls ungefähr die gleichen Abmessungen wie bei dem Einzelkern, aber die Trägerschicht 1JA aus magnetischem Ferrit 1st etwas stärker« Es versteht sich natürlich, daß die hier gegebenen Abmessungen, die lediglich zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens dienen gegebenenfalls noch verkleinert werden können.

Ein weiteres Gebilde, das nach der Lehre¹ der Erfindung hergestellt werden kann, ist in Fig. 3 gezeigt· Dabei handelt es sich um Anordnung Von Speicherelementen, die jeweils aus zwei in achsialer Richtung halbierten Kernen bestehen, welche rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wie es Fig. J5A und 3B zeigen. Auch hler gibt die Bezugsziffer 12 den als Speichermaterial dienenden Teil des Gebildes an. Das Verfahren zur Herstellung der Anordnung von Fig. 3A gleicht dem an Han_d von Fig. 2A - 20 erläuterten, abgesehen davon« daß nach der Herstellung des Blocks JO aus niohtmagnetischem Ferrit (siehe Fig· 2D) dieser nicht in Scheiben geschnitten

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wird. Der Block wird vielmehr entlang einer Ebene oufgeschnitten, welche die Achse der Röhre enthält, so dnß die beiden Teile 35OB und J50C von Fig. J5 entstehen. Diese beiden Teile werden d??nn um 90° gegeneinander verdreht und f-neinRndergeklebt oder Ubereinnndergeschichtet und danach erhitzt, um d's Dindemrterl^l hin*uszutreiben, und gebrnnnt, um das gewünschte kerrmisehe Gebilde zu erhalten. An jedem der Schnittpunkte derftöhren entsteht ein um 90° verschobenes magnetischeρ Element der in Fig. ?B gezeigten Art. AbfUhl- und Treiberleitungen j54, die zum I3etrei ben der Matrix verwendet werden, können vor den Kleb- und Erennvorgängen in den Teilen JOA und 5OB eingeordnet werden.

Die zur Aufbrtigung der aufeinanderfolgenden Schichten 12, 14 und 16 ruf den Nylonf^den 10 verwendete BenchichturtgR-vorriohtung ist in Fig. 4A und *IB dargestellt. Sie besteht nur; einem Ofen 4o, einem Befiohichtungsbehälter 42, einer VorratRf?pule 44, einem Zugmotor 46 und einer Aufwickel-Rpule 4;J. Der Ofen 40 int in vier Teile unterteilt, und zwηr einen oberen und einen unteren Vordernbsohnitt und j einen oberen und einen unteren Hinternbschnitt, wobei jedepr Teil eine eigene Tempernturnteuerung besitzt. Der zu bepchiehtende Nylonf^den 10 befindet sich nuf einer Vorrntn-Rpule 44, die mit dem Zugmotor 46 gekoppelt int und die Aufgebe benitzt, während des BeRohlohturigsvorgmign eine

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konstante Zugkraft euf den Nylonfnden nupzuüben. Der Beschichtung!=: behälter 42 ist mit einer Ferritfnrbe gefüllt, z.B. einer dps Speichermedium 12 von Fig. 1B und 2B enthaltenden Farbe. Die Aufwickelspule 48 wird durch den Motor angetrieben und zieht den Nylonfaden 10 durch den Behälter und den Ofen 40 hindurch. Der Faden 10 läuft zuerst über eine von mehreren Zwischenrollen 50 und eine von mehreren Einstellrollen 51 und dann durch den Beschichtungsbehälter 42. Dieser enthält eine gekehlte Rolle 42A, über welche der Faden 10 läuft und durch welche der Faden mit der Ferritfarbe beschichtet wird. Eine rotierende Bürste 42B unter der Rolle 42A säubert ständig die Nuten in der Rolle* damit die Farbe nicht klumpt· Außerdem rührt diese Bürste die Farbe in dem Behälter ständig um. Das Farbniveau in dem Behälter wird auf einer Höhe unter dem höohsten Punkt der Rolle 42A gehalten· Jede der Einstellrollen 51 kann aus der gezeigten Lage heraus naoh oben geschwenkt werden* damit der Faden über die Höhe der Rolle hinwegläuft und beim Durchlaufen des Behälters nicht beschichtet wird·

Naoh dem Durchgang durch den Behälter 42 wird« wenn die erste Rolle 51 sich in der unteren Lage befindet und eine Ferritfarbschicht aufgebracht worden ist* der beschichtete Faden nun durch den unteren Teil des Ofens 40 geleitet·

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Transportgeschwindigkeit und die Temperatur des Ofens sind so gewählt, daß der FerritUberzug beim Verlassen des Ofens trocken genug ist, um weder zu kleben noch sioh zu verformen, wenn er über die erste der ZwlEchenrollen 52 läuft. Dann wird der besohichtete Nylonfaden wieder durch den oberen Teil des Ofens 40 zurücktransportiert, um welter getrocknet zu werden, und der zweiten Zwischenrolle zugeführt· Der Vorgang wird wiederholt, und der Faden wird Insgesamt neunmal hin« und hertransportiert und wird in fünf dieser Durchgänge von links nach rechts beschichtet, wenn angenommen wird, daß jede der Hollen 51 in der dargestellten unteren Lage ist.

Nun wird der Vorgang fortgesetzt, und zwar werden zehn weitere Durchgänge durch den Ofen ausgeführt, während welcher die Nylonfäden im unteren Hinterabschnitt des Ofens von links nach rechts und dann im oberen Hinterabschnitt des Ofens von links nach rechts laufen, um die Trocknung der Ferritfarbe auf dem Nylonsubstrat zu vollenden· Nach Abschluß dieses Vorgangs beafindet sich der beschichtete Faden 10 auf der Vorratsspule 40, und der Vorgang kann mit einer anderen Ferritfarbe zur Herstellung eines zweiten Überzuges, z.B. aus dem Sperrsohiohtaaterial 14 (Flg»iC und 2C) wiederholt werden· Schließlich wird, falle die

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Konfiguration der Pig. 1A - II erstellt werden soll, die Schicht aus niohtmagnetischem Ferritmaterial 16 in Form einer Farbe auf die Sperrschicht 14 aufgebracht. Die Stärke der jeweils aufgebrachten Schicht wird durch die Zähflüssigkeit der Farbe, die Geschwindigkeit, mit der der Faden durch die gekehlte Rolle 42A im Behälter 42 hindurchgezogen wird > sowie die Lage der Rollen 51, welche die Zahl der tatsächlich aufgebrachten Schichten bestimmen, bestimmt· Nach Aufbiiigung aller erforderlichen Sohiohten wird der Faden 10 in die gewünschten StUoke zerschnitten, um In den Verfahrensschritten verwendet zu werden,· wie sie oben in Verbindung mit Fig. 1A - II und 2A - 20 beschrieben wurden.

Fig. 5 veranschaulicht den Verfahrensschritt, in dem mehrere mit beiden Schichten 12 und 14 versehene Fäden 10 in einem Blook 20 aus nichtmagne ti schein Ferritmaterial 20 eingebettet werden (Fig. 2D). Die beschichteten Substrate 10 werden zunächst unter Verwendung von Kämmen 64 und 66 zueinander parallel aufgespannt und dann in eine untere Form 60 eingelegt. Jedes Ende der Form ist mit einem Spreizer 68 versehen, der die Nylonfäden in der Mitte des Qusshölraums festhält, der durch Aufsetzen der oberen Form 62 auf die untere Form 60 entsteht. Dieser Hohlraum wird mit einem in Epoxidharz fein verteilten nichtmagnetischen Ferrit gefüllt, das die beschichteten Fäden 10 vollständig umgibt. Dann wird die Form

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in Aluminiumfolie eingewiokelt, die ein Verdunsten der Lösemittel in der Qußmischung vermeidet, und für die Dauer von oa# 12 Stunden in einem Ofen auf 90⁰C aufgeheizt·

Dann wird der Gußteil aus der Form herausgenommen, wie es Fig.5 zeigt, und die eingefangenen Lösungsmittel werden durch etwa j5O Minuten langes Erhitzen auf oa. 1OO°C verdampft* Dann wird der Gußteil wieder in die Form gelegt, die beim Herausziehen der beschichteten Fäden 10 aus dem Gußteil als Halterung dient. Dieses Herausziehen des Nylonfadene geschieht, indem zunächst die Fäden am einen Ende des Qußteils abgeschnitten und dann vom anderen Ende* aus herausgezogen werden. Danach wird der Oußteil, bei dem die Röhren 12 aus magnetischem Speichermaterial von dem Tiägerblock 30 aus nichtmagnetisohem Ferrit durch die Sperrschiohtröhren 14 getrennt sind, in Scheiben geschnitten, wie eo Fig. 2D zeigt, oder in achaialer Richtung der nöhren aufgeschnitten, wenn ein Gebilde der in Fig. ^A gezeigten Art hergestellt werden ooll.

Boi Durchführung der Verfahrenoßchritte nach Fig. 1A -II werden drei aufeinanderfolgende Schichten 12, 14 und 16 in dem Besohiohtungsbohälter von Fig. 4Λ und 4B auf das Nylon-

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substrat 10 aufgebracht. Die hierbei verwendete Farbe wird dadurch hergestellt« daß zunächst ein Pulver aus dem aufzubringenden Material hergestellt und dieses Pul· ver dann in einem flüssigen Trägermaterial fein verteilt wird« so daß eine Farbe entsteht· Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung zur Herstellung kleiner Speicherkerne mit wesentlich verbesserten Eigenschaften wurden die weiter unten genannten Materialien und folgendes Herstellungsverfahren verwendet. Das zur Bildung der magnetischen Speicherschicht 12 zu verwendende Ferritpul· ver besitzt folgende Zusammensetzung*

^Fe 1, 62*%, 80^Cu0, 4₅ ^ZnO, 10^Bi0, 02¹^O, 01 °4

Dieses Pulver wird durch Zusammenmischen der Bestandteile

■ι . .t

entsprechend der nachstehenden Tabelle hergestellt!

	Gewicht (g)
Fe2O-J	515.2
MnCO,	. 384.0
CuO	14^.16
ZnO	32.56 ,
Bi2O^	18.64
LaFeO-,	, 9.72

Diese Miaohung wird zunaohet zwei Stunden lang in einer Dooket 10 868 00984 8/02 31

Kugelmühle gemahlen, und zwar verwendet man ca. 2. om² entlonlslertes Wasser pro Oramra des Pulvers und Stahl* kugeln. Die so entstandene Sohlämrae wird unter Infrarotbestrahlung in flachen Behältern aus rostfreiem Stahl getrocknet. Dann wird das getrooknete Pulver zerstampft und durch ein "20 mash¹¹-Sieb gedrUokt, wonach es zwei Stunden lang bei 650° In einem Niokelbehälter gebrannt wird. Dann wird das Pulver sofort abgeschreckt» indem der Behälter auf eine kalte Platte gesetzt wird. Weiterhin wird es erneut vier Stunden lang In Äthylalkohol ge*

2 mahlen, und zwar verwendet man 2 cm pro Gramm Pulver. Die so entstandene Schlämme wird dann durch ein "325 mash"· Sieb gedrückt und unter Infrarotbestrahlung in flachen Behältern aus rostfreiem Stahl getrocknet.

Das so entstandene magnetische Ferritpulver mit der oben angegebenen Zusammensetzung wird zu einer Farbe aufbereitet« indem die nachstehend aufgeführte Misohung hergestellt wird 1

24 g Ferritpülver

20 g Nitrozelluloeelabk

24 g Amylazetat

4 g Dibutylphthalat 0,5 g Laurinsäure

440 Kugeln aus rostfreien Stahl mit 15 - 7/72 Zoll Durchmesser

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Die vorstehende Mischung wird 15 Minuten lang in eine schwingende Kugelmühle eingebrächt, und dann wird die resultierende Farbe duroh ein ^M225 mesh"-Sieb gedrückt und ist bereit zur Verwendung in der Beschichtungsvorrichtung von Fig. 4A und 4b. Nach dem abschließenden Brennen weist dieses Ferritmaterial nicht nur gute magnetische Speichereigenschaften auf, sondern es besitzt auch eine sehr niedrige Magnetostriktion, was angesichts der sehr geringen Größe des Kerns und der extrem hohen Geschwindigkeiten, mit denen die Kerne in Speicheranordnung gen betrieben werden Bollen eine sehr wichtige Eigenschaft ist«

Das Pulver* aus dem die in dem Verfahren von Fig. 1A - II verwendete Sperrschicht 14 hergestellt wird, besteht aus Manganoxyd (Mn-,0^). Dieses Pulver wird aus Mangankarbo«■ nat (MnGQ·,) hergestellt, das suniichst in· Pulverform in einen Niokelbehälter eingebracht wird«, Eß muß darauf geachtet werden, daß das Pulver nicht zu fest in den Behäl« ter gestopft wird, damit es nioht aus dem Behälter hinaus«· geblasen werden kann« Der Behälter mit dem Pulver wird in einen auf 6OG⁰C erhitzten Ofen eingebracht, und die Temperatur wird sofort auf 830⁰C erhöht und etwa eine Stunde lang auf diesem Wert gehalten. Dann wird das Material so« fort abgeschreckt und sechzehn Stunden lang unter Verwen» dung entionisierten Wassere (S &m pro Gramm) gemahlene

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Die so entstandene Sohlämme wird duroh ein ^HJ25 mesh¹¹ -Sieb gegeben und unter Infrarotbestrahlung in flachen Behältern aue rostfreiem Stahl getrocknet. Dieses Pul« ver aus Μη,Ο^ wird in gleicher Weise wie das oben beschriebene Ferritmaterial zu einer Farbe aufbereitet.. Dabei werden 24 g des Pulvers mit den anderen oben beschriebenen Bestandteilen zu einer Farbe aufbereitet, die zum Aufbringen der Sperrschicht auf das Nylonsubstrat mit der in FIg* 4A und 4b gezeigten Beschickungsvorrichtung verwendet wird·

Die nichtroagnetische, röhrenförmige Ferrithülse des Verfahrens von FIg* 1A - II besitzt folgende Zusammensetzungι

Dieses Pulver wird nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt, d.h., Oxyde der verschiedenen Bestandteile werden in riohtigen Qewiohtsverhältnlssen miteinander ge· mischt, gemahlen, erhitzt usw., wie es oben beschrieben 1st* Das Pulver wird wiederfeu einer Farbe aufbereitet nach der gleichen Rezeptur» d.h. 24 g des Pulvers werden mit den oben genannten Bestandteilen gemischt» und 'es entsteht die Farbe, die sun Aufbringen des Überzug« aus magnetischem Ferrit 12 auf daößubatrat 10 verwendet wird·

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Bei Durchführung der Verfahrenssohritte naoh Fig· 1A - II mit den wie oben beschrieben hergestellten Materialien werden die vier Teile des Ofens 40 von Fig. 4A und 4B auf folgende Temperaturen aufgeheiztι der untere Vorderabschnitt auf 70⁰C* der obere Vorderabschnitt auf 80° C, der obere und der untere Hinterabschnitt Jeweils auf 85⁰C*

Bei der Realisierung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung» wie sie oben an Hand von FIg· 2A - 20 beεohrie ben ist, sowie des zur Herstellung des Oebildes von Fig· 2A und 2B verwendeten Verfahrens werden die Materialien wie folgt hergestellt 1

Das zur Bildung der magnetischen Speicherschicht 12 verwendete Ferritpulver gleicht dem oben beschriebenen» und zwar hat es die Zusammensetzungt

^Ρθ1,62^Mn0,80^Cu0,45^Zn0,10^Bl0,02^La0,01°4

Ebenso wird die Pulversohicht wieder aus dem pulverförmiger! Manganoxyd Mn-,0^ gebildet, wie es oben beschrieben ist. Da der Verfahrenssohritt naoh Fig· 2A - 20 zur Herstellung des neuen magnetischen Blocks j50 einen langen Oleövorgang erfordert, ist es, wie sich'herausstellte, besser, wenn man eine etwas andere' Farbmischung verwendet, bei der ein Zwei-Komponenten-Epoxid als Farbe für das

Ferrit- und das Manganoxydpulver benutzt wird. Durch das Harz wird das Pulver während der Härtung der Schicht undurchdringlich für Lösemittel gemacht (siehe Fig· 5). Zur Herstellung der Farbe wird entweder daa Ferritpulver oder das Manganoxydpulver mit folgenden Bestandteilen ge· mischt t

60 g Pulver

Hg Epoxidharz, hergestd.lt durch Reaktion von Epichlorohydrin mit Bisphenol A

12 g ^,V-Methylendianilin : 25 g KiefernÖl

0,5 g epoxidiert es Rhizinusöl *. 20 g Methyliaobutylketon 2 Tropfen eines nichtionischen Detergentlums·

Die Beschichtung des Nylonsubsträte mittels des Beschioh tungsbehälters von Fig. 4A und 4B gleicht de« oben be· Bohriebenen Vorgang· r

Man beaohte an dieser Stelle, daß es zwar möglich war» den Nylonfaden direkt aus den mehrschichtigen Röhren, die entweder in dem Wachs block 20 von Fig. 2E oder In dem Ferritblock 20 von Flg. 2D eingekapselt sind, herauezuzfehen, daß dieser Vorgang sioh aber erleichtern und,die Gefahr der Beschädigung der Röhren während des Herausziehens verringernllMßt, wenn vor dem Aufbringen der ersten Schioht

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aus magnetischem Ferrit 12 eine Ablösemischung auf das Nylonsubstrat aufgebracht wird* Diese kann aus einer Emulsion aus kolloidem Wachs in Wasser hergestellt und mit Hilfe der Anordnung von Fig» 4A und 4B aufgebracht werden« indem nur die erste Einstellrolle 5I in die untere Lage gebracht wird» so daß nur eine einzige Schicht auf das Substrat 10 aufgebracht wird·

Während der Beschichtung mit der oben beschriebenen harzp artigen Farbe werden die vier Absohnitte des Ofens 40 von Fig. 4a und 4B auf etwas höherer Temperatur gehalten· Im einzelnen werden in diesem Falle der untere Vorderabschnitt auf 100⁰C₄ der obere Vorderabschnitt auf 110⁰C und der obere und der untere Hintorabschnitt beide auf aufgeheizt·

Das zur Herstellung des Formblocks 30 aus nichtmagnetischem Ferrit verwendete Pulver- unterscheidet sich von dem zur Herstellung der TrägerhUlee 16 in dem Verfahrene« schritt von Fig· 1A - II verwendeten· DieeesPulver be» sitzt folgende Zusammensetzung»

^Pe0_f8^Mn1,48^GliO,2^ZnO,5?^lO,02⁰4·

Um die se β Pulver in eine Gußmlschung einzubringen« wird es mit den nachstehend aufgeführten Bestandteilen versetzt 1

20 g Pulver >

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4.5 g Klefernöl

1,1 g epoxidlertes Rhizinusöl

1.6 g Epoxidharz, hergestellt duroh Reaktion von

Epichlorohydrin rait Bisphenol A

1*2 E 4,V-Methylendianilin 1 Tropfen eines nichtionlsohen Detergentiuras

15 Kugeln aua rostfreiem 440«Stahl mit 7/32" Durchmesser

Die Mischung wird etwa I5 Minuten lang in einer RüttelmUhle behandelt unddann in einem Vakuumtrockner entgast· Die sich ergebende nichtmagnetische Ferrit-Gußmischung wird dann in die obere Form 62 und die untere Form 60 von Fig.5 gegossen, flaohgestrichen und dann wieder in den Trockner gelegt, um etwaige Luftblasen zu beseitigen» Dann werden die Formen zusammengesetzt, wodurch die beschichteten Substrate mit der Mischung umgeben|werden, und erneut in den Trockner gelegt, um etwaige, zwischen den Formen eingefangene Blasen zu beseitigen» Dann werden die beiden Formen zusammengedrückt, die Überschüssige Mischung wird beseitigt, und dann werden sie in Aluminiumfolie eingewickelt und in einen Ofen gelegt, der auf 90⁰C aufgeheizt und zur Härtung des Gusses 16 Stunden auf dieser Temperatur verbleibt» Dann kann der GuB aus der Form genommen, wie es Fig» 5 zeigt, um entsprechend den an Hand von Fig. 20-20 oder 3A und 2B beschriebenen Vorfahrenaschritten fertiggestellt zu werden·

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Dooket 10 868 ι.

Obwohl die vorstehende detaillierte Beschreibung aich auf bestimmte Vorrichtungen, Materialien und Verfahronasohritte stützt, mit denen bevorzugte Ausführungsbeispie Ie derfcrfindung veranschaulicht werden sollen, ist die praktische Ausführung der Erfindung nicht auf die speziellen Einzelheiten dieser AusfUhrungsbeispiele beschränkt· Bei Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens resultiert die Verwendung der Sperrschicht zur Trennung der Perritspeioherschicht von der nichtmagnetischen Trägerschicht in verbesserten Speicherkernen mit außerordentlich £Uten magnetischen Eigenschaften der für schnelle Speicheranordnungen erforderlichen Art. Es ist aber auch möglich, Vorrichtungen ohne die Anwendung der Sperrschicht herzustellen, die verbesserte magnetische Eigenschaften aufweisen, welche für viele Anwendungen hinreichend geeignet sind«

Welter wurden bestimmte Beispiele für Materialien gegeben, die für die verschiedenen Schichten benutzt werden können, aber es können für jede Schicht auch andere Substanzen verwendet werden, ohne den Rahmen derfcrfindung zu verlassen· Zur Herstellung der Speichersohicht können viele bekannte Ferrltepeloherstoffe benutzt werden, aber ea hat sich gezeigt, Materialien wie' die oben beschriebenen, die bei relativ niedrigen Temperaturen gebrannt werden können und die eine sehr niedrige Magnetostriktion aufweisen beaondere gut geeignet sind· Ebenao atehen viele Materialien zur Vorwendunit Ala»ar,MAe«BOhiohten zur Verfügung, aber

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as sol darauf hingewiesen, daß das Material für die Trägersohlcht so gewählt werden muß» daß jede Wechselwirkung mit der eigentlichen speichernden Schicht vermieden wird* und vorzugsweise sollte das Träßerschichtmaterlal ähnliche Schrumpfungseigenschaften wie das Spei* oherschiohtmaterial aufweisen· Die Sperrschicht selbst muß chemisch indifferent sein und geeignet sein, eine Wechselwirkung zwischen den anderen beiden Schichten während des Sinterns zu verhindern; obwohl diese Forderung von dem oben beschriebenen Magnesiumoxyd erfüllt wird, können auch andere Stoffe verwendet werden, z.B.

Mischungen aus Mn-,0^ sowie Cr₂O-* und Mischungen aus

ZnO und Mn-O₂,.

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Claims (8)

1. Patentansprüche -

   · Verfahren zum Herstellen von magnetischen Speicher kernen« gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschrittet

   a) Aufbringen einer ersten dünnen Schicht (12) aus einem ferromagnetischen Ferritroaterial auf eine Vielzahl von

   kreiszylinderförmigen Substraten geringen Durchmessers (10)1

   b) Aufbringen einer zweiten dünnen Schicht (10) aus einem unmagnetischen, chemisch indifferenten Material auf die erste Schicht 10 zur Unterbindung einer Wechselwirkung zwischen der ersten dünnen Schicht (12) mit den in nach folgenden Verfahrensschritteη aufzubringenden Schichten während des später erfolgenden Sintervorganges;

   o) Aufbringen einer dritten nichtmagnetischen Ferrltsohbht (16) auf die Zwischenschicht

   d) Einbetten der unter a) bis c) erstellten mehrschichtigen Kreiszylinder mit zueinander parallel orientierten Achsen in einen gemeinsamen Block]

   e) Entfernen der Substrate duroh Herausziehen aus dent Blookj

   ■ j BAD ORiGJNAL

   009848/0231 Docket 10 868 - ya -

   f) Gewinnung der rohen toroidförmigen magnetischen Speicherkerne durch Zerteilen dieses Blockes entlang von zu den Zylinderachsen normal verlaufenden Ebenen;

   g) Sintern der verschiedenen Schichten der Speicherkerne

   mittels eines Brennvorganges·
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat je ein dünner Nylonfaden und als Material für den die mehrschichtigen kreiszylinderförmigen Strukturen umhüllen· den Block Wachs oder Polyäthylen benutzt wird.
3. J5« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« das als Material für den die mehrschichtigen kreiszylinderförmigen Strukturen umhüllenden Block nichtmagnetisohes Ferrit benutzt wird·
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte Schicht durch Eintauchen des Substrates bzw, der kreiszylindrischen mehrschichtigen Struktur in Ferritfarben erzeugt wird.
5. 5· Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Magnesiumoxyd hergestellt wird«
6. 6. Verfahren naoh Anspruch 1« dadurch gekennzelehnet_t dafl die Aufspaltung dee Blockes länge normal *ur Aohse

   009848/0231 .33..

   Docket 10 868 ^{l :} -

   der eingeschlossenen zylinderförraigen mehrschichtigen Strukturen verlaufenden Ebenen mittels eines Mikrotoms vorgenommen wird«
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß vor dem Aufbringen der ersten Schicht auf das Substrat« dieses zum besseren Ablösen aus dem Block mit einem Ablösemittel behandelt wird·
8. 8. Verfahren nach Anspruoh 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Ablösemischung eine Emulsion aus kolloidem Wachs im Wasser benutzt wird·

   9· Verfahren zum Herstellen eines Kernspeichers unter Ver· Wendung des Verfahrens nach Anspruoh 1 a) bis 1 e)» dadurch gekennzeichnet» daß mehrschichtigen röhrenförmigen Strukturen entlang einer die Kreiszylinderachsen enthaltende Ebene in zwei Halbhohlzylinder aufgeschnitten wer-

   den» daß eine erste Anzahl von η Halbhohlzylindern mit ihren konvexen Seiten nach unten» mit'zueinander parallel verlaufenden Achsen in ein niohtroagnetischeβ Material eingebettet werden» daß weitere m Halbhohlzylinder mit ihren konvexen Selten naoh oben so auf die 1 bereits erstellte Konfiguration aufgesetzt werden» daß deren Achsen untereinander parallel und rechtwinklig zu denjenigen der η Halbhohl- '

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   BAD OFffiS

   zylinder verlaufen und dafl diese Struktur mit einer nichtmagnetischen Masse vergossen und die Gesamtstruktur mittels eines Brennvorganges gesintert wird, derart* daß an den η χ m Kreuzungspunkten je eine binäre Speicherstelle entsteht.

   10· Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse zur Einbettung der mehrschichtigen röhrenförmigen Strukturen nichtmagnetisches Ferritmateriai benutzt wird· \

   11· Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einschreiben bzw» zum Auslesen des Speichers erforderlichen, längs der Achsen der Halbhohlzylinder verlaufenden geradlinigen Leiter bereits beim Zusammensetzen der Struktur nach Anspruch 9 eingebaut werden.

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