DE1564460A1 - Verfahren zur Herstellung eines magnetischen bzw. ferromagnetischen Duennfilms fuer ein Informationsspeicherelement - Google Patents

Description

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:> Stuttgart N, Menzelstraii» ^ j 1564460

Nippon Telegraph & Telephone ' Public Corporation pc

No.' 1, Uchisaiwai-cho I chome, j '? Chiyoda-ku, Tokyo/Japan A 29 391-sz

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen bzw. ferromagnetischen Dünnfilms für ein Informationsspeicherelement

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines

ι ■ 1

magnetischen bzw. ferromagnetischen Dünnfilms für ein

, i Informationsspeicherelement.

Derartige Informationsspeicherelemente werden für elektronische Rechenmaschinen, elektronische Telefonzentralen oder dgl. entweder als Speicher oder als logisches Element verwendet.

Es sind als Speipherelemente Drahtspeicher bekannt, bei welchen der magnetische Dünnfilm um den Leiter herum angeordnet ist. Der DünnfHm₅ wird dabei durch ein Spritz- oder Vakuumverdampfungsverfahren aufgebracht. Das Spritzverfahren hat den Nachteil, daß nur mit einer relativen kleinen Spiritzgeschwindigkeit gefahren werden"kann, wodurch sich

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eine unrationelle Herstellung ergibt. Das Vakuumverdampfungsverfahren erlaubt zwar eine größere Produktionsrate, es ist bei diesem Verfahren jedoch unvermeidlich,,den Ansatzwinkel

i in einem gewissen Ausmaß, normalerweise auf weniger¹ als

• ! ein paar Grad zu beschränken, um Schwankungen der Anisotropieachse durch schiefen Einfall auszuweichen. Es ergibt sich daraus, daß bei diesem Verfahren die Ablagerung auf eine sehr kleine Fläche beschränkt ist und nach Jeder Verdampfung eine Relüftung der inneren Atmosphäre der entsprechenden Vorrichtung durchgeführt werden muß. Dies bedeutet eine zusätzliche Belastung des Arbeitsprozesses, sowie erhöhte Kosten. !

Ein bekanntes elektrisches Niederschlagsverfahren ist zwar für die Herstellung größerer Einheiten geeignet, jedoch ist die Herstellung des Trägers für die im Niederschlageverfahren aufzubringende Schicht kompliziert, wobei ferner die Eigenschaften des hergestellten Films stark von den jeweiligen Gegebenheiten bei der Herstellung abhängen. Der auf diese Weise hergestellte Film altert leicht, weshalb er nach längerer Lagerzeit kaum mehr gebraucht werden kann. Der magnetische Dünnfeilm hat ferner den Nachteil, daß er nur eine geringe Festigkeit besitzt und deshalb mit großer Sorgfalt und Aufmerksamkeit behandelt werden muß.

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Es ist auch ein Verfahren zur Ummantelung bekannt, bei welchem eine Metallschicht auf der Oberflüche des Metalls ausgebildet wird. Das Metall für den magnetischen Dünnfilm verliert dabei im entmagnetisierte Feld seine Eigenschaften in beträchtlichem Umfang. Das entmagnetisierteFeld wird durch die Exzentrizität der Ummantelung bzw. des Überzugs und Unebenheiten an der Grenze der Schicht verursacht. Bei der bekannten Ummantelungstechnik wird bislang die Entstehung dieser Unebenheiten an der Schichtgrenze für unvermeidlich gehalten. Die magnetische Anisotropie von magnetischem Dünnfilm soll beim Gebrauch unter einigen Oersted bleiben; da aber die Anisotropie, die beim Walzen bzw. Drahtziehen des Trägers erzeugt wird, etwa 200 Oe beträgt, wird in der Regel davon ausgegangen, daß auf diese Weise hergestellte Erzeugnisse wegen ihres allzu groesen Oerstedwertes usw. fürfiie bei der Ummantelungstechnik verwendeten magnetischen Legierungen praktisch nicht brauchbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren\zu vermeiden. .......

Dies wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines magnetischen bzw. ferromagnetischen Dünnfilmes für ein Infor-

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mationsspeicherelement «rfindungsgegemäss dadurch erreicht,

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daß eine magnetische bzw. ferromagnetische Legierung auf

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einen Metallträger aufgebracht und anschließend der Metall-

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träger mit dem Legierungsüberzug durch plastische Verformung

zu dem magnetischen pünnfilm verarbeitet Wird. AIa Metall-

¹ Weise ι I träger kann dabei in vorteilhafter!ein Draht verwandet Werden, wobei der Metallträger mit dem Legierungsüberzug durch Walzen oder durch Ziehen, wie Drahtziehen, plastisch verformt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der ferromagnetische Legierungsüberzug auf den dehnbaren, im ausgeglühten Zustand eine Härte von 60 bis 2OOVickers aufweisen·- den Metallträger aufgebracht, wonach der Metallträger, wie beispielsweise der Draht, so verformt sewird, daß sein Querschnitt kleiner als 20 % des Querschnittes vor dem Verformen ist. Der ferromagnetische Legierungsüberzug kann beispielsweise durch Vakuumverdampfung, elektrischen Niederschlag oder dgä>· aufgebracht werden. Durch das erfindungsgemässe Verfahren erfolgt die Herstellung des Dünnfilmes durch Walzen und/ofler das diesem ähnlich^ Draht-

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ziehen, was bisher für die Herstellung von magnetischen Dünnfilmen als nicht möglich betrachtet wurde. Es hat sich Jedoch gezeigt, daß der Metallträger zur Durchführung des erfindungegemässen Verfahrens eine Härte von 60 bis 200

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Vickers haben soll· ' ₀

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Im, Verlaufe der langjährigen Versuche bei ddr Entwicklung von

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Verfahrenpur Herstellung von magnetischen Dünnfilmen durch

Walzen- und Drahtziehverfahren ist festgestellt worden, daß. dünne und gleichmässige Filme unter 20 ^ auch mit dieserj Verfahren,selbst bejpiederholtem Zwischenglühen in yerschiedenen Stufen nicht gewonnen werden konhte/j falle die Vickers-Härte des Trägermaterials 60 VH nicnt erreichte. Bei Verwendung von Trägermetall mit einer Vickers-Härte über βθ VH oder sogar über 90 VH konnten äußerst dünne, gleichmässige Filme mit einer Dicke unter 20 al und sogar

bis ca. 0,2 /U gewonnen werden, ί .

. ■ ■ ;■ ι .

Wird eine Vickers-Härte von etwa 200 VH überschritten, so kann das Metall beim Walzen bzw. Drahtziehen durch Risse

oder dgl. zerstört werden. · .

Für das Trägermetall, das bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendet wird, genügt, wie bereits erwähnt, eine Vickers-Härtep von 60 bis 200 VH, wobei die Härte des Trägermetalles größer als die des für den Sünnen Funktionsfilm verwendeten

magnetischen Metalls sein kann·

Es ist deshalb ohne Bedi%tung, ob es sich um eine legierung oder ein reines Metall"handelt. Es genügt, wenn es eh Teil ist, das aus gut leitfähigem und dehnbarem bzw.

plastisch verformbaren ,,Material besteht. Als magnetisches

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Metall können die zu den ßermalloyen gehörenden Legierungen verwendet werden, die genügend Dehnbarkeit'aufweisen, und zweckmässig die Zusammensetzung derjenigen Perlmalloye besitzen, welche im allgemeinen als Material für dünnste magnetische Filme verwendet werden.

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I Das magnetische Metall dieser Art wird auf'dem Metallträger durch Polymerisation, Vakuumverdampfung, elektrischen Niederschlag oder auf andere Weise aufgebracht, wonach das Walze», Drahtziehen oder dgl. erfolgt. Die Dicke der Metall-

i
schicht wird dabei der Dicke des Funktionsfilmes beliebig

angepasst* Das Metall, das mit dem magnetischen Metall überzogen wird, wird dann entweder in diesar V/eise oder durch

wiederholtes Zwischenglühen bei dem Walzen- oder Drahtziehen auf den genannten reduzierten Querschnitt gebracht. Dadurch wird ein fester Halt der magnetischen Schicht auf dem Metallträger erreicht. Beträgt der Querschnitt nach dem Walzen mehr als 20 % als vor dem Walzen bzw. Drahtziehen, können größere Ungleichmässigkelten .der Anisotropie auftreten. Je öfter das Walz- bzw. Drahtziehverfahren wiederholt ~wirdy~desto gleichmässiger wlrcFdie magnetische Anisotropie des Materials.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger spezieller Ausführungsbeispiele erläutert:

Ausführungsbeispiel It ■ ί

über den gesamten Umfang einer runden Stange aus Phosphorbronze mit 10 cm Länge ψ 10 mm Durchmesser wird das Permalloy aus 8 % Nickel, 19 % Eisen (Gewichtsprozent) mit Hilf©

eines elektrischen Niederschlagverfahrens als überzug von 0,02 mm Dicke aufgebracht. Jlach einstündigem Liegen bei ¹IOO⁰C zur Erzielung der Gleichmässigkeit und Stabilisierung des filmartigen Überzuges wird die Stange durch Drahteiehen mit dem Permalloy-überzug auf 1000 m Länge und O₉I mm Durchmesser gebracht. Die Dicke der Permalloy-Schicht des mit Permalloy überzogenen Drahtes beträgt dann über die gesamte Länge 0,25 /v und einen Wert H^ für die magnetische Feldstärke von etwa 5 0®» die Anisotropie in der Zugrichtung beträgt etwa Br/B^_Q >■ 98 %₉ wobei Br die remanente magnetische Kraftflußdichte und ' >B_iQ die magnetische Kra.ftflußdiehte im äußeren magnetischen Feld von 10 Oe sind; die Koerzitivkraft

+ i

beträgt etwa 3,5 Oe - 0,1 Oe, während"dle~Zugfestlgkeit etwa

80 kg/mm² beträgt.

Der Permalloy-überzugsdraht mit dem genannten Eigenschaften wurde als Wortleiter in einer Halbfestspeicheranlage verwendet

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ORiGiNAL.

ι; W η T V V

I ι I

und hachdem[er mit einer Magnetisierungsspule mit einer .

Anstiegszeit von 25nsek^, einer Pulsbreite Von 0,1 äjl sek

und einer Amplitude von 500 mA magnetisiert wurde, wurde

eine Ausgangsspannung mit einer Schaltzeit von 30 nsek, einer Spannung von etwa 2 mV auf dem Ableseleiter mit den umgekehrten Vorzeichen gewonnen, die dem positiven und dem

¹ !

negativen Vorzeichen der Magnetlsierungsrichtungen ! der Informationsmagneten entsprechen.

Ausführungsbeispiel

In ein Permalloy-Rohr mit 10 cm Länge, 10 mm Innendurchmesser, und 0,2 mmfifDicke aus 8 % Nickel, 18,8 JiEisen und 0,2 % Mangan wird eine im Querschnitt runde Stange aus Phosphorbronze mit 10 mm Durchmesser und 10 cm Länge eingesteckt, wonach durch Drahtziehen ein Permalloy-überzugsdraht von 1000 m Länge mit einem Durchmesser von 0,1 mm hergestellt wird. Die Permalloy-Schicht um den Draht beträgt etwa 3 M> und ein

ι H. von etwa ^bej die Anisotropie. In 'der Zugrichtung¹ beträgt Br/B₁₀ y 97 X, die Koerzitivkraft 3,3 Oe *- 0,2 Oe und die Zugfestigkeit 85 kg/mm.

Bei der Halbfestspeicheranlage, die mit dem oben erwähnten Permalloy-überzugsdraht ..für den Wortleiter verspehen worden

war, wurde auf dem Ableseleiter die Ausgangsspannung von

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ca.' 10 nlT mit einer Schalt zeit von 70 nsek durch die Magnetisierung bzw. Erregung mit einem magnetischen Stromstoß von,yAnstiegszeit von 50 nsek, einer Pulsbreite von 0»2//i sek und, einer Amplitude von 500 mA beobachtet. .

AusführungsbeiBpiel 3?

Hierbei wurde eine runde Stange aus Fhaphorbronze gemäss Aus-ί '

führungsbeispiel 1 verwendet. Die Stange wurd? durch Draht- !

ziehen auf 6 mm Durchmesser verringert und anschließend

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einem einstündigen Zwischenglühen bei^O 0 ausgesetzt, wonach der! Durchmesser durch Drahtziehen auf 3 mm Verringert wurde.

Nach nochmaligem einstüridigem. Zwischenglühen bei 65O⁰C

wurde der Draht wiederum durch Drahtziehen auf einen Durchmesser von 0,1 mm verringert. Dadurch wurde ein Perm&lloyüberzugsdraht von 1000 m Länge mit einem Durchmesser von 0,1 mm gewonnen. :

DJe Dicke der Permalloy-Sch.icht des auf diese Weise gewonnenen

Permalloy-überzugsdrahtes betrug 2,5 M, seine H. ca» 5 Oe,

die Koerzitivkraft 3,0 Oe - 0,1 Oe^.. . seine Anisotropie in der Zugrichtung war Br/B₁₀> 97 % und die Zugfestigkeit

üetrug 80 kg/m .

10 0 I) 7 β 5 t 3 2

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- ίο -

Die Querschnittfläche des gewonnenen Permalloy-Über2ugdrahtes ist aus der beiliegenden Fotografie, die eine 670-fache Vergrößerung des Querschnittes zeigt, eresichtlich. Wie die Fotografie zeigt, verläuft der Permalloy-überzug koaxial um die Kabelseele aus Phopsphorbronze, wobei eine Exzentrizität kaum bemerkbar ist. Die äußerste, auf der Fotografie sichtbare Schicht des Überzugs ist eine mit Bronze platierte

vorgesehen Schicht, die lediglich zum Zwecke der Fotoaufηahme/wurde.

Bei der Halfestspeicheranlage, die mit dem auf die beschriebene Weise gewonnenen Permalloy-Überzugsdraht für Wortleiter versehen wurde, ergab sich auf dem Ableseleiter die Ausgangs-

1 spannung mit der Schaltzeit von }70 nsek und der Spannung

von etwa 10 mV,als mit einem Magnetisierungsstromstoß mit einer Anstiegszeit von 50 nsek, einer Pulsbreite von 0,2 U₁ sek und einer Amplitude von 500 mA erregt wurde.

Ausführungsbeispiel 4:

Auf eine Phosphorbronzeplatte mit einer Fläche 10 χ 10 cm und einer Dicke von 10 mm wurde das Permalloy aus. 82 % Nickel, 18 % Eisen'in einer Dicke von 0,02 mm in einem elektrischen Verfahren aufgebracht. Nach einstündiger Stabilisierung bei 400°C wurde die so überzogene Platte unter wiederholter Ausglühbehandlung und Walzung auf eine Dicke von 0,1 mm

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verringert, bo daß eine Permalloy-Ubeiaigsplatte von; 10 cm χ 8,5 m gewonnen wurde. Die Dicke der Permalloy-Schictot

ι ι

auf der Platte betruß 0,25 M , ihre II. war etwa 6 Oe, die Koerzitivkraft 3,8 Oe - 0,1 Oe, die Anisotropie in der Zugrichtung Br/B_in > 95 % und die Zugfestigkeit 75'kg/mm .

Bei der Verwendung der Permalloy-Schicht der Permalloy-Uberzugsplatte, bei welcher durch Fotoätzen erzeugte

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1,5 mm große, mit einem Abstand von 1,5 mm in Matrix-Form angeordnete Felder vorgesehen waren, als Speicherplatte einer Halbfestspeicheranlage,ergab sich eine Ausgangsspannung

ttnbt mit eiiäjhr Schaltzeit von etwa 30 nsek feiner Spannung von ca, 5 mV auf dem Ableseleiterj als der Wortleiter mit einer Anstiegszeit von 25 nsek, einer Breite von 0,1 ^W sek und einer Amplitude von 500 mA erregt wurde.

Bei dem beschriebenen Ausführunnsbeispiel wurde lediglich Phosphorbronze, die der Cu-Sn-Zn-P Gruppe angehört, als Trägermetall und Permalloy als magnetisches Metall erwähnt. Es können jedoch auch andere Materialien, die die genannten Bedingungen erfüllen, verwendet werden. So können beispielsweise ale Trägermetall^Legierungen der Ag-Cu-Gruppe, der Ag-Ni-Cu-Gruppe, der Be-Cu-Gruppe, der Cd-Cu-Gruppe,

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0 Ü 9 8 B Ü / 0 2 9 9

der Cu-Sn-Zn-Gruppe sowie der Ni-Cu-Gruppe verwendet werden] Als magnetisches Material können die Legierungen d Co-Ni-Gruppe, der Cu-Pe-Ni-Gruppe sowie der Ceu-Fe*-Co-

Gruppe und nonlineare magnetische Materialien ,wie

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Permalloy mit 35-55 % Nickel oder Permalloy mit 75

Nickel verwendet werden.

85 %

Da die Anwendung der obengenanten Materialien das gleiche

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bzw. ähnliche Ergebnis in Leistung und Eigenschaften wie , die Anwendung der in den beschriebenen Ausführungsbeispielert verwendeten Materialien ergibt, werden die Ausführungs-

¹ ι

b'eispiele mit diesen Materialien nicht beschriebeni

Wird Permalloy als magnetisches Material verwendet, so muß es rash dem Walzen bzw. Drahtziehen bei 400 bis'1050⁰C ausgeglüht werden, was bei der Verwendung von magnetischem . Material für die Magnetschicht nicht erforderlich ist.

Γ ι

Wird das Ausglühen under 40O⁰C ausgeführt, ergeben!sich

i Diffusionen zwischen der magnetischen Legierung und dem Trägermetall, wodurch die erwünschten Eigenschaften der Funktionsschicht stark verschlechtert werden, weil däbeJJdas anieotropische magnetische Feld stark aisgedehejit wird und ,

op ~ !

der Wert,der für die Betätigung des magnetischen Elementes I

I erforderlich ist, nicht zur gewünschten Höhe von 10 Oe !

absinkt· Auf der andererißeite kommt das Trägermetall selbst

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zuift Schmelzen, wenn beim Ausglühen eine Temperatur von 1050⁰C Überschritten wird.

bereits erläutert, wird das megnetische'Metall bei dem

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erfindungsgemässen Verfahren nach der Polymerisation

bzw.

dem Überzug auf das Trägrmetall gewalzt oder gezogen.

' I . i Wenn auch für das überziehen beispielsweise durch Vakuum-

I ' i ■ ■ ! verdampfen oder durch elektronischen Niederschlag eine größere

Zeit erforderlich ist, wird dieser Zeitaufwand wieder dadurch

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ausgewobgen, daß das Halbfertigteil mit einer Länge von

beispielsweise 10 cm und einem Durchmesser von lern

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durch das Ziehen zu dem Permalloy-überjzugdraht von 1000 m La gebracht, also um das 10.000-Fache gestrecki wird.

Sind beim Halbfertigfabrikat noch Unglelchmässigkeiten im

i ·

überzug des magnetischen Metalls,so werdendlese dirch das

Walzen bzw, Drahtziehen fast vollständig ausgeglichen,

ι ! ■ ■ - '

wobei durch entsprechendes Einstellen des Durchmessers,-

• „„ , , Bearbeitungs- , „ ,. ' der Größe und der Arbel^sbeaingungen des ursprünglichen

Materials ein sehr dünner Film mit der gewünschten Dicke und hoher' Gleichmässfekeil;"gewönnen""veräen-fcamr.

Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt wesentliche Vorteile bei der Herstellung VOn₀ dünnstem magnetischen Film.

8 7 β S 4 3 2

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Claims (1)

1. 4i| ! 156ΑΛ60

   Ansprüche I

   Verfahren zur Herstellung eines magnetischen bzw. ferro-

   magnetischen Dünnfilmes für ein Informationsspeieheγι I element, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische

   bzw. ferromagneitiche Legierung auf einen Metallträger

   aufgebracht und anschließend der Metallträger mit

   ι ι

   dem Ligierungsüberzug durch plastische Verformung zu dem magnetischen Dünnfilra verarbeitet wird.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   j ι als Metallträger ein Draht verwendet wird. |

   -Verfahren nach Anspruch. X oder. den. Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallträger mit dem Legierungsüberzug durch Walzen oder durch Ziehen, wie Drahtziehen, plastisch verformt wird.' !

   4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

   gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Legierungsüberzug auf den dehnbaren, eine Härte von 60 J)Is 200 Vickers aufweisenden Metallträger aufgebracht wird und daß der Metallträger, wie beispielsweise der Draht, so verformt wird, daß sein Querschnitt kleiner als 20 % des Querschnitte^ vor dem Verformen ist.

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   5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   ! I dadurch gekennzeichnet, daß für das Trägermetall

   eine Legierung von einer der folgenden Legieriingsgruppen verwendet wird:
   Ag-Cu, De-Cu, Ni-Cu, Ag-Ni, Cd-Cu, Cnr-Sn-Zn,

   Cu-Sn-Zn-P oder Ag-Ni-Cu.

   6. Verfahren nach einem der vorhergehendenj/Vnsprüche,

   dadurch gekennsd.chnet, daß für das Trägermetall eine - > ■ ■ !

   , Legierung der folgenden Gruppen verwendet wird; Co-Ni, Cu-Fe-N, Cu-Fe-Co.

   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetisches Material nichtlinear magnetischer Merkstoff in Form von Permalloy mit 35-55 % Nickel oder 75-85 % Biekel verwendet wird, das vorzugsweise nach dem Verformen bei HOO bis 1050⁰C geglüht wird.

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