DE1771987C - Ferromagnetischer Mangan-Magnesium-Zink-Ferrit mit rechteckförmiger Hystereseschleife für Speicher- und Schaltelemente sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Ferromagnetischer Mangan-Magnesium-Zink-Ferrit mit rechteckförmiger Hystereseschleife für Speicher- und Schaltelemente sowie Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
43 Molprozent Fe2O3,
20 Molprozent MnO,
30 Molprozent MgO,
20 Molprozent MnO,
30 Molprozent MgO,
4 Molprozsnt ZnO,
2 Molprozent CaO,
1 Molprozent Li2O
mit 4 Gewichtsprozent ZrO2 naßgemischt, getrocknet,
mit einem Bindemittel versehen, verpreßt, bei etwa 11800C in Luft gesintert und schließlich
in einem Luft-Stickstoff-Gemisch abgekühlt wird.
weniger als 50 Molprozent Fe2O3,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 b's 25 Molprozent MnO,
2 bis 10 Molprozent ZnO, 0,5 bis 5 Molprozewt Li2O,
zusätzlich bis 10 Gewichtsprozent ZrO2.
3. Ferrit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
v/eniger als 50 Molprozent Fe2O3,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 bis 25 Molprozent MnO, 2 bis 10 Molprozent ZnO,
0,5 bis 5 Molprozent Li2O und CaO, zusätzlich bis 10 Gewichtsprozent ZrO2.
4. Ferrit nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch etwa folgende Zusammensetzung:
43 Molprozent Fe2O3,
20 Molprozent MnO, 30 Molprozent MgO,
4 Molprozent ZnO,
2 Molprozent CaO,
1 Molprozent Li2O1
zusätzlich 4 Gewichtsprozent ZrO2.
5. Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Ferrits nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesintertes und feingemahlenes Ferritpulver der
Zusammensetzung
weniger als 50 Molprozent Fea03,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 bis 25 Molprozent MnO,
2 bis 10 Molprozent. ZnO, 0,5 bis 5 Molprozent Li2O
Die Erfindung betrifft einen ferromagnetischen Mangan-Magnesium-Zink-Ferrit mit rechteckförmiger
Hystereseschleife sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die ferromagnetischen Ferrite mit rechteckförmiger
Die ferromagnetischen Ferrite mit rechteckförmiger
»5 Hystereseschleife sind — wie allgemein bekannt — sehr
gut für magnetische Speicher- und Schaltzwecke geeignet.
Bei einer bereits bekannten Art der sogenannter. Rechteckferrite bildet sich bei ihrer nach keramischen
Gesichtspunkten durchgeführten Herstellung die rechteckförmige Hystereseschleife spontan aus. Zu diesen
Rechteckferrilen zählen beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 976 406 bekannte Mangan-Magnesium-Ferrite,
die gegebener.plls Zinkoxid enthalten. So ist beispielsweise ein Gemisch aus 14 Gewichtsprozent
MgO, 30 Gewichtsprozent MnO2 und 56 Gewichtsprozent rotem Eisenoxid bekannt, das in
einer Stickstoffatmosphäre bei 1250° C gesintert wird und zu Ferriten führt, deren Verhältnis aus Remanenzinduktion
und Sättigungsinduktion, d. h. BrIB3 = 0,83
und deren Koerzitivkraft Hc — 2,1 Oe beträgt. Diesen
bekannten Ferriten wird vorwiegend Magnesiumfluorid zugesetzt, das nur schwer ferritisierbar und zusätzlich
schwer gesundheitsschädlich ist.
Durch die britische Patentschrift 737 284 ist ein mangan- und magnesiamhaltiger Rechteckferrit bekannt,
der Sesquioxide und gegebenenfalls Zirkonium aufweist. Sesquioxide sind analog dem Magnesiumfluorid
ebenfalls nur schwer ferritisierbar, weil erst ihr
5" Molekülverband aufgesprengt werden muß.
Die französische Patentschrift 1 367 944 betrifft einen CrO2- und CaO-freien, zum Teil über stöchiometrischen
Lithium-Mangan-Rechteckferrit, der gegebenenfalls Magnesium und Zinkoxid enthält. Es sind
auch mit Lithium versetzte Rechteckferrite der nachstehenden Zusammensetzung bekannt, die zusätzlich
zu Lithium- und Eisenoxid Chromoxid oder Kupferoxiu enthalten.
Li.v · Cu1-Jj- · Fe2+* · O4
a = 0,9 bis 1,7
X = 0,25 bis 0,4
X = 0,25 bis 0,4
mit bis 10 Gewichtsprozent ZrO2 naßgemischt, ge- Dieser lithiumhaltige Kupferferrit weist beispiels-
trocknet, mit einem Bindemittel versehen, verpreßt 65 weise ein Verhältnis der Remanenzinduktion zu der
und schließlich gesintert wird. Induktion, bei der sich die Hystereseschleife gerade
6. Verfahren zur Herstellung eines ferromagne- schließt, von BTIBci
> 0,7 und eine Koerzitivkraft
tischen Fr Tits nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Hc
< 0,4 Oe auf. Zur Herstellung dieses Ferrits
werden Lithiumcarbonat und Eisenoxid zu einem Lithiumferrit und Kupferoxid und Eisenoxid zu einem
Kupferferrit gebrannt, wonach beide Ferrite gemahlen, gemischt und zu dem genannten Lithium-Kupfer-Ferrit
gesintert werden. Es sind auch Mn-Mg-Rechteckferrite bekannt, die 0 bis 8 Gewichtsprozent Schwermetalloxide
oder bei 27,5 bis 66 Iwolprozent MnO einen Anteil von 4 bis 25 Molprozent MO aufweisen.
Darunter zählen mindestens 2 Molprozent MgO sowie mindestens 2 Molprozeni Oxide des Zn, Cu, Ca und/
oder Cd. Bevorzugt werden hierbei 2 bis etwa 9,6 Molprozent MgO verwendet. Ein wesentlicher Nachteil
dieser spontanen Magnesium-Mangan-Rechteckferrite ist e,s, daß ihre für Speicher- und Schaltzwecke ausgenutzten
Eigenschaften relativ stark temperaturabhängig sind und daher diese Ferrite lediglich in
einem Temperaturbereich von etwa 20 bis 401C, allenfalls
zwischen 10 und 400C, ohne zusätzliche Temperatur-
oder Stromregelungen verwendet werden können. In diesem Bereich weichen die Extremwerte der
betreffenden Eigenschaften um etwa 10°/0 voneinander ab. Der Nachteil der spontanen lithiumhaltigen
Nickel- oder Kupferferrite ist ihre relativ hohe Magnetostriktion,
die bei der Ausübung von Speicheroder Schaltfunktionen zu magnetostriktiven Schwingungen
und damit zu erhöhten Störspannungen führen kann. Das Nutz-Störspannungsverhältnis ist daher relativ
gering, so daß bei Verwendung dieser Ferrite die Speicher- und Schaltelemente zusätzlich gedämpft
werden müssen.
Neben den vorerwähnten Rechteckferriten mit spontan ausgebildeter Rechteckcharakteristik der Hystereseschleife
sind auch sogenannte induzierte Rechteckferrite bekannt, bei denen der Rechteckcharakter der
Hyste. iseschleife erst durch eine in einem Magnetfeld
durchgeführte Temperaturbehandlung eingeprägt wird. Die induzierten Rechteckferrite werden insbesondere
aus sogenannten Perminvarferriten hergestellt, als welche in der Regel Kobaltoxid enthaltende, überstöchiometrische
Ferrite bezeichnet sind, die nach der Sinterung langsam abgekühlt werden. Zur Ausbildung
des Rechteckcharakters der Hystereseschleife werden diese Kerne bei einigen hundert Grad Celsius in einem
Magnetfeld getempert oder unmittelbar nach dem Sintern in einem Magnetfeld abgekühlt. Diese induzierten
Rechteckferrite besitzen zwar ein größeres Betriebstemperaturgebiet als die spontanen Rechteckferrite
der oben angegebenen Art, weisen jedoch e;ne relativ groSe Schaltkonstante auf, so daß sie für
schnelle datenverarbeitende Anlagen nicht b-auchbar sind.
Zur Behebung der vorgenannten Nachteile wurde ein unterstöchiometrischer Mangan-Magnesium-Ferrit
mit
20 bis 25 Molprozent MnO,
22 bis 32 Molprozent MgO,
2 1Ms 10 Molprozent ZnO
und Ibis 5 Molprozent eines oder mehrerer der Oxide Li2O, CaO, SnO, TiO2
vorgeschlagen.
22 bis 32 Molprozent MgO,
2 1Ms 10 Molprozent ZnO
und Ibis 5 Molprozent eines oder mehrerer der Oxide Li2O, CaO, SnO, TiO2
vorgeschlagen.
Bei Herstellung dieses Ferrits werden entweder die Ausgangsmaterip'Jen für den Ferrit mit den Zusatzoxiden
gemischt, gepreßt und gesintert, oder Mangan-Magnesium-Zink-Ferritpul.ver
wird mit den Zusatzoxiden gemischt, gepreßt und gesintert. Bei Verwendung von Lithiumcarbonat als Ausgangsprodukt setzt
sich dieses während des Brennprozesses in Lithiumoxid und Kohlenstoffdioxid um, wobei sich das Lithiumoxid
in das Ferritgitter einbaut. Überraschend führen bereite geringe Lithiumcarbonatzusätze zu den unterstöchiometrischen
Magnesium-Mangan-Zink-Ferriten zu einer entscheidenden Verbesserung des Temperaturverhaltens
dieser Ferrite. Besonders vorteilhaft erweist sich der Zusatz von Lithiumoxid und Calciumoxid.
Die Zugabe von SnO oder TiO2 führt ebenfalls zu einer Verbesserung; ihr Einfluß ist jedoch weniger stark ausgeprägt.
Für höhere Aussteuerung, wie sie beim Übergang auf kleinere, schneller schaltende Speicherringkerne,
z. B. mit einem Außendurchmesser von etwa 0,8 mm auftritt, besitzen diese Ferrite eine zu kleine Koerzitivkraft,
so daß sie nicht mehr mit koinzidenter Ansteuerung betrieben werden können.
Zur Beseitigung dieser r jchteile sieht die Erfindung
einen ferromagnetischen unter-töchiometrisehen Mangan-Magnesium-Zink-Ferrit
vor, der sich durch die
ao folgende Zusammensetzung auszeichnet:
weniger als 50 Molprozent Fe2O3,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 bis 25 Molprozent MnO, 2 bis 10 Molprozent ZnO,
0,5 bis 5 Molprozent eines oder mehrerer der Oxide Li2O.
CaO, SnO, TiO2, zusätzlich bis 10 Gewichtsprozent ZrO2.
(Siehe den in der Figur schraffierten Bereich, wobei mit XO eines oder mehrere der Oxide Li2O, CaO,
SnO, TiO2 bezeichnet sind.)
Ein Ferrit dieser Zusammensetzung erreicht das für Koinzidenzbetrieb erforderliche Nutz-Störspannungsverhältnis
ohne wesentliche Veränderung des Schaltkoeffizienten oder ohne Herabsetzung des Temperaturverhaltens
bei höheren Werten des Koerzitivstromes, weshalb aus einem Ferrit dieser Zusammensetzung
gewählte Ferritkerne, d. h. insbesondere ringförmige Ferritkerne, mit erhöhten Ansteuerströmen und entsprechend
verkürzter Schaltzeit betrieben werden können.
Als besonders vorteilhaft hat sich die folgende Zusammensetzung
weniger als 50 Molprozent Fe2O3,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 bis 25 Molprozent MnO, 2 bis 10 Molp.ozent ZnO,
0,5 bis 5 Molprozent Li2O mit gegebenenfalls
CaO, zusätzlich bis 10 Gewichtsprozent ZrO2
erwiesen.
Zur Herstellung eines errindungsgemäßen ferromagnetischen
Ferrits des vorstehend genannten Zusammensetzungsbereichs wird vorgesintertes und feingemahlenes
Ferritpulver aus
weniger als 50 Molprozent Fe2On,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 bis 25 Molprozent MnO, 2 bis 10 Molprozent ZnO,
0,5 bis 5 Molprozent Li2O
mit ')is 10 Gewichtsprozent ZrO2 naßgemischt, getrocknet,
mit einem Bindemittel versehen, verpreßt,
d. h. üblicherweise zu Ringkernen verpreßt, und schließlich gesintert.
Vorgesintertes und feingemahlenes Ferritpulver der im Diagramm mit A gekennzeichneten Zusammensetzung
43 Molprozent Fe2O3,
20 Molprozent MnO, 30 Molprozent MgO,
4 Molprozent ZnO,
2 Molprozent CaO,
1 Molprozent Li8O
wird in der Schwingmühle mit 4 Gewichtsprozent ZrO2 (Zirkon(IV)-oxid) naßgemischt, getrocknet, mit
einem Bindemittel versehen und zu Ringkernen mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm verpreßt. Die
Sinterung der Kerne erfolgt in Luft bei etwa 1180°C. Die Abkühlung der gesinterten Kerne wird in einem
Luft-Stickstoff-Gemisch durchgeführt. Diese Ferritringkcrne weisen unter den Meßbedingungen
Jf = 712 mA, Tr — 0,1 μβ, Td = 0,3 μβ, ./<
= 394 mA, Tr = 0,1 μβ, Td ^ 1,5 μβ
| folgende Kennwerte 5 |
auf: | 600C |
| 25° C | 56 bis 61 4,5 bis 6,8 250 bis 270 180 bis 190 |
|
| rl", [mV] .... ,ο irMmV] ... 'samV [ns] .... h [ns] |
32 bis 39 4,9 bis 5,7 240 bis 265 190 |
|
Mit diesen Ferritringkernen ausgerüstete datenverarbeitende Anlagen sind in einem weiten Temperaturbereich,
d. h. in einem Bereich von +5 bis +600C, ohne zusätzliche Kompensationselemente verwendbar.
Zusätzliche Störspannungen durch magnetostriktive Schwingungen sind derart gering, daß sich eine Beao
dämpfung dieser magnetostriktionsarmen Kerne, d. h. üblicherweise ein Verguß der aus diesen Kernen zusammengesetzten
Matrizen, erübrigt und daher eine Verkürzung der Laufzeiten erreicht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Ferromagnetischer unterstöchiometrischer
Mangan-Magnesium-Zink-Ferrit mit rechteckförmiger Hystereseschleife für Speicher- und Schaltelemente
mit einem großen Betriebstemperaturbereich, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
IO
weniger als 50 Molprozent Fe2O3,
22 bis 32 Molprozent MgO, 20 bis 25 Molprozent MnO, 2 bis 10 Molprozent ZnO,
0,5 bis 5 Molprozent eines oder mehrerer der Oxide Li2O, CaO, SnO,
TiO2, zusätzlich bis 10 Gewichtsprozent ZrO2.
20
2. Ferrit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
zeichnet, daß vorgesintertes und feingemahlenes Ferritpulver der Zusammensetzung
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