DE1696412B1 - Process for the production of ferrite cores with a rectangular hysteresis loop and spinel structure - Google Patents
Process for the production of ferrite cores with a rectangular hysteresis loop and spinel structureInfo
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Description
ί 696412ί 696412
1 21 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Sintern und beim Nachglühen auf 0,5 bis 3 Volum-The invention relates to a method for producing sintering and after-annealing to 0.5 to 3 volume
von Ferritkernen mit rechteckförmiger Hysterese- prozent eingestellt wird.is set by ferrite cores with a rectangular hysteresis percentage.
schleife und Spinellstruktur durch Sintern in Luft Für ein solches Verfahren ist jede Ferritart geeignet,loop and spinel structure by sintering in air Any type of ferrite is suitable for such a process,
bei 1100 bis 15000C und Nachglühen unterhalb bei der während des Nachglühens Sauerstoff schadlosat 1100 to 1500 0 C and afterglow below with the oxygen harmless during the afterglow
von 10000C. 5 absorbiert wird. Die Temperatur zum Nachglühenof 1000 0 C. 5 is absorbed. The temperature for afterglow
Mit der britischen Patentschrift 760 035 ist ein ist stark von der Ferritzusammensetzung abhängigWith British Patent 760 035, a is heavily dependent on the ferrite composition
Verfahren bekanntgeworden, bei dem das Nach- und wird dementsprechend auf einen Wert zwischenProcess has become known in which the after- and is accordingly to a value between
glühen bei Temperaturen oberhalb von 10000C und 600 und 1000° C eingestellt.annealing set at temperatures above 1000 0 C and 600 and 1000 ° C.
in Wasserdampf als neutraler Atmosphäre durch- Bei Anwendung dieser relativ geringen Nachglühgeführt wird. Die Anwendung der neutralen Atmo- io temperaturwerte hat sich nun gezeigt, daß einerseits Sphäre soll bei diesem Herstellungsverfahren sicher- ein Nachglühen in reiner Wasserdampfatmosphäre stellen, daß der bei der Oxydation im Sinterungs- zu Ferritkernen mit völlig unzureichendem Rechtprozeß übrigbleibende Sauerstoffrest beseitigt wird eckigkeitsverhältnis führt und andererseits bei Atmo- und daß beim Nachglühen kein Sauerstoff in das sphärenbedingungen zu der obenerwähnten relativ Ferritmaterial wieder eindringen kann. 15 hohen Ausschußrate führt, wo hingegen mit der erfin-Performed in water vapor as a neutral atmosphere- When using this relatively low afterglow will. The use of the neutral atmospheric temperature values has now shown that on the one hand In this manufacturing process, the sphere should be guaranteed to be afterglow in a pure water vapor atmosphere put that in the oxidation in the sintering to ferrite cores with completely inadequate legal process remaining oxygen residue is eliminated leads to angularity ratio and, on the other hand, at atmo- and that during afterglow there is no oxygen in the spherical conditions relative to the above Ferrite material can penetrate again. 15 leads to a high reject rate, whereas with the inven-
Nach diesem Verfahren lassen sich zwar Magnet- dungsgemäßen Wasserdampfgehalteinstellung beim kerne mit hohem Rechteckigkeitsverhältnis herstellen, Nachglühen optimale Ergebnisse zu erzielen sind, aber das Bestreben in der Technologie ist weiter wenn berücksichtigt wird, daß sich bereits oberhalb dahin gegangen, unter Erzielen einer niedrigeren von etwa 5 Volumprozent Wasserdampf keine Magnet-Ausschußrate die Herstellungsverfahren für Magnet- 20 kerne mehr mit brauchbarem Rechteckigkeitsverhältkerne wesentlich zu vereinfachen. nis ergeben haben.According to this method, it is possible to adjust the water vapor content of the magnet according to the produce cores with a high squareness ratio, afterglow optimal results are to be achieved, but the endeavor in technology is further when it is taken into account that is already above gone there to achieve a lower of about 5 volume percent water vapor no magnet rejection rate the manufacturing process for magnetic cores 20 more with useful squareness cores to simplify significantly. nis have revealed.
So ist mit der USA.-Patentschrift 2 994 522 ein Die mit der Erfindung erzielten optimalen Ergebanderes
Verfahren bekanntgeworden, bei dem die nisse zeigen sich darin, daß sowohl die mittlere AusSinterung nicht in einer Schutzgasatmosphäre statt- schußrate um etwa 10 °/0 (von etwa 30 auf etwa 20 °/0)
findet, sondern bei bestimmten Sauerstoffgehalten. 25 abgesenkt worden ist, als auch die tägliche Streuung
Während es zum Erzielen zufriedenstellender Ergeb- der Merkmalswerte des Ausschusses von maximal
nisse als nicht schädlich angesehen wird, wenn das 40% auf maximal 15% zurückgegangen ist. Der
Sintern unter Zutritt von Sauerstoff stattfindet, so Ausschuß ist dabei wie zuvor auf den Wert des
wird doch ausdrücklich betont, daß das Nachglühen Rechteckigkeitsverhältnisses bezogen,
unter Einwirken neutraler Schutzgasatmosphäre voll- 30 Das Herstellungsverfahren zur Herbeiführung der
zogen werden muß. Unter dieser Erkenntnis ist aber das Verfahren abschließenden thermischen Reaktion
immerhin eine gegenüber der für das zuerst beschrie- und Kristallisation besteht also in an sich bekannter
bene Herstellungsverfahren erforderlichen Anordnung Weise aus einem Smtervorgang mit anschließendem
insofern einfachere Einrichtung anwendbar, als das Nachglühvorgang. Das Sintern erfolgt bei einer
Sintern jedenfalls in einem offenen Gefäß durch- 35 Temperatur, im vorliegenden Fall zwischen 1100
geführt werden kann, wenn dabei auch besondere und 15000C, bei der die Spinellphase stabil ist und
Maßnahmen dafür getroffen werden müssen, daß die bei der die Kristallkorngröße zunimmt, so daß sich
Schutzgasatmosphäre beim Nachglühen allein wirk- die beteiligten Kationen und Anionen in entsprechensam
bleiben soll. der Verteilung ausbreiten können und so die Spinell-For example, US Pat. No. 2,994,522 has made known an optimal result of the other process achieved with the invention, in which the nits are shown in the fact that both the mean sintering does not take place in a protective gas atmosphere by about 10 ° / 0 (from about 30 to about 20 ° / 0 ), but at certain oxygen contents. 25 has been reduced, as well as the daily spread. While it is not considered harmful to achieve satisfactory results of the rejects feature values of a maximum of nisse if the 40% has decreased to a maximum of 15%. The sintering takes place with the admission of oxygen, so reject is here as before on the value of the but expressly emphasized that the afterglow is related to the squareness ratio,
under the influence of a neutral protective gas atmosphere, the must be drawn. With this knowledge, however, the thermal reaction that concludes the process is at least an arrangement required for the first described and crystallization, which consists of a smtering process followed by a device that is simpler to use than the afterglow process. During sintering, the sintering takes place at least in an open vessel at a temperature, in the present case between 1100 and 1500 ° C., at which the spinel phase is stable and measures must be taken to ensure that the at which the crystal grain size increases, so that the protective gas atmosphere alone is effective during the afterglow - the cations and anions involved should remain accordingly. the distribution and thus the spinel
Es hat sich nun gezeigt, daß in überraschender 4° struktur bilden. Zum Nachglühen gemäß der Erfin-It has now been shown that a surprising 4 ° form structure. For afterglow according to the invention
Weise technisch-wirtschaftlich brauchbare Ergebnisse dung wird sowohl die Sintertemperatur kurzzeitigWay technically and economically useful results both the sintering temperature for a short time
unter gewissen Voraussetzungen auch dann noch zu auf einen Temperaturwert abgesenkt, der allerdingsunder certain conditions it is also lowered to a temperature value, which, however
erzielen sind, wenn in weiterer Vereinfachung der noch so hoch ist, daß die Sauerstoffabsorption undare to be achieved if, in further simplification, the is still so high that the oxygen absorption and
Herstellungseinrichtungen auch das Nachglühen nicht der Ablauf der entsprechenden chemischen ReaktionManufacturing facilities also do the afterglow not the course of the corresponding chemical reaction
in neutraler Atmosphäre, sondern vielmehr unter 45 gewährleistet sind, als auch, da hierbei am wirk-in a neutral atmosphere, but rather below 45, as well as, since this is the most effective
Atmosphärenbedingungen durchgeführt wird. samsten, Wasserdampf in den oben festgelegtenAtmospheric conditions is carried out. samst, water vapor in the above specified
Wenn auch die unter Anwendung dieses Verfahrens Grenzen einwirken gelassen.Even if the limits of using this procedure are in effect.
hergestellten Magnetkerne insgesamt gesehen noch Während es also, wie sich herausgestellt hat, beim eine als befriedigend anzusehende Ausschußrate auf- Sintern überhaupt nicht kritisch ist, unter welchem gewiesen haben, so hat sich doch gezeigt, daß das 5° Gaseinfluß der Prozeß stattfindet, wenn nur keine Ausmaß sowohl der Schwankung der täglichen Merk- reduzierende Atmosphäre angewendet wird, so ist malswerte über einem längeren Zeitraum als auch dies in der Nachglühphase insofern anders, als einmal der täglichen Streuung der jeweiligen Merkmalswerte eine oxydierende Atmosphäre und zum anderen eine der Ausschußrate der hergestellten Magnetkerne in Temperatur vorliegen muß, bei der Oxydation und bezug auf ihr Rechteckigkeitsverhältnis als Nachteil 55 Ablauf der chemischen Reaktion gewährleistet ist. anzusehen ist, bei dessen Behebung jedoch der tech- Das heißt aber, daß beim Nachglühen Sauerstoffnische Nutzen und die Bedeutung des zuletzt ge- absorption durch das Ferrit gefördert wird, indem nannten Verfahrens wesentlich gesteigert werden eine entsprechende geringe Wasserdampfmenge in könnten. der einwirkenden Luftatmosphäre eingestellt wird.produced magnetic cores overall, while it turned out to be at a rejection rate to be regarded as satisfactory is not at all critical, below which have shown, it has been shown that the process takes place under the influence of gas, if only none Extent of both the fluctuation of the daily memory-reducing atmosphere is applied, so is Paint values over a longer period of time as well as this in the afterglow phase in so far as different than once the daily spread of the respective characteristic values, an oxidizing atmosphere and, on the other hand, a the rejection rate of the magnetic cores produced must be present in temperature during the oxidation and With regard to their squareness ratio as a disadvantage 55 the course of the chemical reaction is guaranteed. is to be seen, however, when it is remedied, the tech- This means, however, that during the afterglow, oxygen niche Benefit and the importance of the last absorption by the ferrite is promoted by called process can be significantly increased a correspondingly small amount of water vapor in could. the acting air atmosphere is adjusted.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, 60 Das Verfahren wird an Hand einiger BeispieleThe object of the invention is therefore to provide a few examples
bei Anwendung eines möglichst einfachen Herstel- näher erläutert.explained in more detail when using a production that is as simple as possible.
Iungsverfahrens Magnetkerne mit zufriedenstellendem Vor der Sinterbehandlung werden die Metalloxyd-Rechteckigkeitsverhältnis bei relativ geringer, über Rohstoffe nach bekannten keramischen Verfahren längere Zeitdauer im wesentlichen gleichbleibender in Ferrite umgewandelt. Die Grundlage bilden nahezu Ausschußrate möglichst geringer Streuung zu fertigen. 65 reine Oxyd-Rohstoffe, die die feinste im HandelIungsververfahren magnetic cores with satisfactory Before the sintering treatment, the metal oxide squareness ratio converted into ferrites with a relatively short, longer period of time via raw materials using known ceramic processes. Almost form the basis To manufacture scrap rate with as little scatter as possible. 65 pure oxide raw materials, the finest in the trade
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch erhältliche Körnchengröße haben. Diese Oxyde wer-According to the invention, this object will thereby have attainable granule sizes. These oxides are
gelöst, daß das Nachglühen in Luft durchgeführt den dann mit einem Mischmittel, gewöhnlich Wasser,solved that the afterglow is carried out in air and then with a mixing agent, usually water,
wird und der Wasserdampfgehalt der Luft beim gemischt und in einer Stahlkugelmühle, Kolloid-and the water vapor content of the air when mixed and in a steel ball mill, colloid
mühle oder Reibmühle gemahlen. Nach dem Mahlen wird die homogene Oxydmischung im Ofen getrocknet, und dieser Kuchen wird nach Pulverisierung vorgesintert, zu welchem Zweck die Oxydmischung einer etwas unter der endgültigen Sintertemperatur liegenden Temperatur ausgesetzt wird. Die Vorsinterung kann unter bestimmten Voraussetzungen für einen Teil der Oxydmischung oder auch ganz weggelassen werden. Nach der Vorsinterung oder, wenn diese nicht benutzt wird, nach dem Ausglühen wird die Oxydmischung auf eine Teilchengröße zerkleinert, die keramisch verarbeitbar ist, und es werden organische Bindemittel zugesetzt, die gleichzeitig als Teilchenschmiermittel wirksam sind. Dann wird durch herkömmliche Einrichtungen die Oxydmischung in die gewünschte Form gepreßt. Das so geformte Metalloxyd ist dann für den erfindungsgemäßen Verarbeitungsprozeß bereit.mill or attritor ground. After grinding, the homogeneous oxide mixture is dried in the oven, and this cake is presintered after pulverization, for what purpose the oxide mixture is exposed to a temperature slightly below the final sintering temperature. The pre-sintering Under certain conditions it can be for part of the oxide mixture or it can be omitted entirely will. After pre-sintering or, if this is not used, after annealing the oxide mixture is crushed to a particle size that can be processed ceramically, and it becomes organic Added binders, which are also effective as particle lubricants. Then through conventional equipment pressed the oxide mixture into the desired shape. The one so shaped Metal oxide is then ready for the processing according to the invention.
Bei einem Versatz, der ein dreiwertiges Kation und ein zweiwertiges Kation enthält, wie z.B. 40°/0 Fe2O3, 55°/0 MnCO3 und 5% CuO, findet das Vorsintern bei einer Temperatur zwischen 600 und 10000C für eine Zeitdauer zwischen 30 und 180 Minuten statt. Als Bindemittel dient hier 3 °/0 Polyvinylalkohol und als Schmiermittel 0,25 Gewichtsprozent Dibutylphthalat. Das Pressen erfolgt bis zum Erreichen eines spezifischen Gewichtes zwischen etwa 2,5 und 4,0 g/cm3.In the case of an offset that contains a trivalent cation and a divalent cation, such as 40 ° / 0 Fe 2 O 3 , 55 ° / 0 MnCO 3 and 5% CuO, the pre-sintering takes place at a temperature between 600 and 1000 0 C for one Duration between 30 and 180 minutes instead. As the binder 3 ° / 0 and polyvinyl alcohol as a lubricant 0.25 weight percent dibutyl phthalate is used here. The pressing takes place until a specific weight of between about 2.5 and 4.0 g / cm 3 is reached .
Nach den herkömmlichen keramischen Verfahren wird das Cu-Mn-Ferrit etwa 10 Minuten lang bei 1250° C gesintert. Zeit und Temperatur sind eine Funktion der Zusammensetzung; bei Zeiträumen vonAccording to the conventional ceramic method, the Cu-Mn ferrite is at for about 10 minutes Sintered at 1250 ° C. Time and temperature are a function of composition; for periods of
2 Minuten bis 4 Stunden kann die Temperatur zwischen 1100 und 1500° C liegen. Nach dem Sintern wird das Ferrit in einer Umgebung nachgeglüht, die neben Luft Wasserdampf in Mengen von etwa 0,5 bis 3 Volumprozent enthält. Beim Nachglühen wird das Ferrit auf eine Temperatur von etwa 900° C abgekühlt, was sich bei Cu-Mn-Ferrit in etwa 10 bis 15 Minuten erreichen läßt.The temperature can be between 1100 and 1500 ° C for 2 minutes to 4 hours. After sintering the ferrite is post-annealed in an environment which, in addition to air, contains water vapor in amounts of about 0.5 contains up to 3 percent by volume. During the afterglow process, the ferrite is raised to a temperature of around 900 ° C cooled, which can be achieved with Cu-Mn ferrite in about 10 to 15 minutes.
Die Menge des Wasserdampfes in der Luft-Wasserdampf-Mischung schwankt zwischen etwa 0,5 undThe amount of water vapor in the air-water vapor mixture varies between about 0.5 and
3 Volumprozent der gesamten das Ferrit umgebenden Atmosphäre. Die obere Grenze des zugesetzten Wasserdampfes ist, wie schon erwähnt, insofern höchst kritisch, als sich die Rechteckform der Hystereseschleife des Ferrits nicht mehr erzielen läßt, wenn mehr als 5% Wasserdampf verwendet werden. Die günstigen Wirkungen des Wasserdampfes werden durch die Angaben in nachstehender Tabelle für ein Luft-Wasserdampf-Gemisch veranschaulicht. In dieser Tabelle ist F1 das ungestörte jL-Signal, F1' das lesegestörte L-Signal, V0 das schreibgestörte 0-Signal, Ts die Schaltzeit, und F1YF0 ist das L/0 Verhältnis, das allgemein als Rechteckform eines Signals definiert ist.3 percent by volume of the total atmosphere surrounding the ferrite. As already mentioned, the upper limit of the added water vapor is extremely critical in that the rectangular shape of the hysteresis loop of the ferrite can no longer be achieved if more than 5% water vapor is used. The beneficial effects of water vapor are illustrated by the information in the table below for an air-water vapor mixture. In this table, F 1 is the undisturbed jL signal, F 1 'is the read-disturbed L signal, V 0 is the write- disturbed 0 signal, T s is the switching time, and F 1 YF 0 is the L / 0 ratio, which is generally rectangular of a signal is defined.
Nr.JUIU.
No.
Aus der Tabelle geht hervor, daß bei den Sinterprodukten, die unter mehr als 5% Wasserdampfzusatz hergestellt worden sind, das Ζ,/0-Verhältnis stark beeinträchtigt, wenn nicht gar unbrauchbar ist. Bei 3% Wasserdampf ist das Verhältnis V1JV0 gleich 4,5, während es bei 6% Wasserdampf gleich 0,55 ist.The table shows that in the case of sintered products which have been produced with an addition of more than 5% water vapor, the Ζ, / 0 ratio is severely impaired, if not unusable. At 3% water vapor, the ratio V 1 JV 0 is equal to 4.5, while at 6% water vapor it is equal to 0.55.
Bis zu einem oberen kritischen Wert des Wasserdampfanteiles während des Nachglühens liegt gewissermaßen eine katalytische Wirkung vor, die sicherstellt, daß die Hystereseschleife eine optimale Rechteckform erreicht. Ferner wird auch die Ausbeute des brauchbaren Ferritmaterials erhöht. Wie schon erwähnt, ist die Eigenart dieser katalytischen Wirkung des Wasserdampfes noch nicht genau bestimmt worden, so daß verschiedene Erklärungen dafür möglich sind. So kann z. B. der Wasserdampf eine Oberflächenwanderung der Ionen bewirken und die Festkörperreaktionen fördern, die ja bei Herstellung eines Ferrits mit rechteckförmiger Hystereseschleife nötig sind; andererseits könnte der Wasserdampf auch die Bildung von Kristallisationskernen erleichtern, die Oberflächendiffusion fördern und die Anzahl der Reaktionszentren vergrößern.Up to an upper critical value of the water vapor content during the afterglow is so to speak a catalytic effect, which ensures that the hysteresis loop has an optimal rectangular shape achieved. Furthermore, the yield of the useful ferrite material is also increased. As already mentioned, the nature of this catalytic effect of water vapor has not yet been precisely determined so that various explanations for it are possible. So z. B. the water vapor Cause surface migration of the ions and promote the solid-state reactions that occur during manufacture a ferrite with a rectangular hysteresis loop are required; on the other hand, the water vapor could also facilitate the formation of crystallization nuclei, promote surface diffusion and the number of the reaction centers.
Die Erfindung läßt sich auf jedes Ferritsystem anwenden, bei dem Sauerstoff während der Glühphase absorbiert werden kann. Es gibt mehrere typische Beispiele für Drei-Kationen-mit-zwei-Kationen-Ferritsysteme, wie z. B. Mn—Zn-Fe; Ni-Zn—Fe; Mg—Mn—Fe; Mn-Fe; Ni-Fe; Zn-Fe; Cu-Fe und Mg-Fe.The invention can be applied to any ferrite system in which oxygen is used during the annealing phase can be absorbed. There are several typical examples of three-cation-by-two-cation ferrite systems, such as B. Mn-Zn-Fe; Ni-Zn-Fe; Mg-Mn-Fe; Mn-Fe; Ni-Fe; Zn-Fe; Cu-Fe and Mg-Fe.
Bei allen diesen Ferriten erfolgt das Sintern bei Temperaturen zwischen 1100 und 1500° C, während die Temperatur beim Nachglühen dieser Ferrite notwendigerweise von der jeweiligen Ferritzusammensetzung abhängig ist und im allgemeinen über 600° C liegt.With all these ferrites, the sintering takes place at temperatures between 1100 and 1500 ° C, while the afterglow temperature of these ferrites necessarily depends on the particular ferrite composition depends and is generally above 600 ° C.
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- 1963-12-13 GB GB4928763A patent/GB982756A/en not_active Expired
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