DE1938314C3 - Verfahren zur Herstellung eines Mangan-Zink-Ferritkerns insbesondere für Signalköpfe - Google Patents

Description

dessen Kernpreßling zur Erzielung einer geringen Ferriten zeichnen sich die Mangan-Zink-Ferrite je-

Porosität und hohen Abriebfestigkeit des Ferrit- doch durch eine höhere Permeabilität und eine höhere

kerns in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauer- Sättigungsinduktion aus und sind daher in ihren

stoffpartialdruck auf Sintertemperatur aufgeheizt, magnetischen Eigenschaften für die obengenannten

in sauerstoff reicher Atmosphäre gesintert und an- io Anwendungsgebiete besser geeignet als die Nickei-

schließend in inerter Atmosphäre abgekühlt wird, Zink-Ferrite.

dadurch gekennzeichnet, daß der Beim üblichen bekannten Verfahren zur Herstellung Kernpreßling während seiner gesamten oder zu- von Mangan-Zink-Ferritkernen werden die Preßlinge mindest während seiner restlichen Aufheizzeit in unter sauerstoffreicher Atmosphäre aufgeheizt, geschwach reduzierender Atmosphäre auf Sinter- 15 sintert und anschließend unter reinem Stickstoff abtemperatur aufgeheizt wird. gekühlt. Während dieses Sintervorgangs laufen im

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wesentlichen zwei Reaktionen ab:
zeichnet, daß der Kernpreßling in Luft auf etwa

500" C und anschließend in mit 10% Wasserstoff 3 Fe₂O₃ -* 2 FeO - Fe₂O₃ + V₂ O₂ (1)

versetztem Formiergas bei 25 Torr auf Sinter- 20 Mn₂O₃ -> 2 MnO + ¹I O (2)

temperatur aufgeheizt wird. ³

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- d. h., beim Ferritisieren wird Sauerstoff abgegeben, zeichnet, daß der Kernpreßling ausschließlich in Die Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei von der Zeit, schwach reduzierender Atmosphäre auf Sinter- der Temperatur und dem äußeren Sauersloffpartialtemperatur aufgeheizt wird. 25 druck abhängig, d. h., daß der Ferritisierungsgrad um

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch so größer ist, je langer die Sinterdauer, je höher die gekennzeichnet, daß das Formiergas den zum Auf- Sintertemperatur und je kleiner der Sauerstoffpartialheizen der Kernpreßlinge dienenden Sinterofen druck ist.

kontinuierlich durchströmt. Duroh die niederländische Patentschrift 2 96 282

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden 30 und den Aufsatz von Sh ich i j o, Asano und Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung T a k a m a in »Journ. of Appl. Phys.«, Vol. 35, Nr. 5, zur Herstellung von Mangan-Zink-Ferritkernen Mai 1964, S. 1646 und 1647 ist bekannt, daß verlustfolgender Zusammensetzung der Ausgangskompo- arme Ferritkerne mit hoher Permeabilität entstehen, nenten: wenn während des Aufheizens der Ferritkernpreßlinge

52.7 Mol-% Fe₂O₃, ^{35 auf die} Sintertemperatur der Sauerstoffpartialdruck

27.8 Mol- % MnO,' ^der Sinteratmosphärc auf kleine Werte verringert wird 195 Mol- °/ ZnO ' ^{und damit die mit} (1) und (2) bezeichneten Reaktionen zusätzlich ° ' beschleunigt werden. Die Verringerung des Sauerstoff-

0,5 Gew.- % TiO₂, partialdrucks erfolgt entweder durch Evakuieren des

0,4 Gew.- % NiO,' ⁴° ^zur Sinterbehandlung der Ferritkerne vorgesehenen

OJ Gew!-% CaO. Behälters, d.h. Sinterofens, oder durch Zufuhr von

strömendem Stickstoff während des Aufheizens.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Durch die Reduzierung des Sauerstoffpartialdrucks Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung während des Aufheizens wird die Dichte der Ferritzur Herstellung von Mangan-Zink-Ferritkernen 45 kerne erheblich gesteigert. Ausführlicheres ist aus der folgender Zusammensetzung der Ausgangskompo- F i g. 1 ersichtlich, wobei mit ρ die Dichte, gemessen in nenten: g/cm³, und mit 7"» die Aufheiztemperatur bezeichnet

52,1 Mol-% Fe₂O₃, ^wird' ^{auf weIcne die} Kerne bei 1 Atmosphäre Luft auf-

25.9 Mol-% MnO,' geheizt und ab der die Kerne bei 0,1 Torr Luft auf die 22,0 Mol-% ZnO.' ⁵° Sintertemperatur aufgeheizt werden.

Aus dem Diagramm nach F i g. 1 ist ersichtlich, daß Ferritkerne eine hohe Dichte qk = 5,0 g/cm³ bzw. eine nur geringe Porosität

55 η _ Qr - Qk

Ferritkerne für Signalköpfe mit geringeren An- ρ_β
forderungen, d. h. mit relativ geringer Dichte und

porenreichem Gefüge, wie sie z. B. in Signalaufnahme- (ρ_Η = Röntgendichte; q_k = Kerndichte) erhalten, und -wiedergabeköpfen Verwendung finden, wer- wenn beim Aufheizen auf Sintertemperatur der den vornehmlich aus Mangan-Zink-Ferriten her- 60 Sauerstoffpartialdruck ab Tv = 500" C niedrig gegestellt. Für eine erweiterte Anwendung dieser Ferrite, halten wird. Die Sinterdauer beträgt ca. 4 Stunden. z. B. in Tonaufnahme- und Tonwiedergabeköpfen Werden die Kernpreßlinge ausschließlich in Luftsowiefür ihren Einsatz als Videoköpfe in Bildspeicher- atmosphäre auf Sintertemperatur aufgeheizt, so sind und Bildwiedergabegeräten, ist es erforderlich, daß zum Erhalt der gleichen Sinterdichte Sinterzeiten von die Kerne ein dichteres Gefüge und eine verbesserte 65 ca. 50 Stunden erforderlich.

Schleiffähigkeit bzw. Abriebfestigkeit besitzen. In Kenntnis dieses Standes der Technik ist es Auf-Für diese Anwendungszwecke sind bisher bekannte gäbe der vorliegenden Erfindung, ein wenig auf-NickeU Zink-Kupfer-Ferrite mit einer Porosität P wendiges Verfahren zu schaffen, das die Herstellung

3 4

von Mangan-Zink-Ferritkernen mit gegenüber Nickel- einen Rohrende eingeleitet und am anderen Rohrende

Zink-Ferritkernen vergleichbar geringer Porosität und wieder abgepumpt, so daß es stets einen Druck von

guter Abriebfestigkeit ermöglicht 25 Torr besitzt. Eine weitere Erhöhung des Drucks

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß ein des Fonniergases führt zu einer derart stark reduzie-Mangan-Zink-Ferritkern mit geringer Porosität und 5 renden Wirkung, daß metallische Legierungen enthoher Abriebfestigkeit geschaffen werden kann, wenn stehen. Nach Erreichen der Sintertemperatur wird in der Kernpreßling erfindungsgemäß während seiner das mit Formiergas durchspülte Rohr sauerstoffreiche gesamten oder zumindest während seiner restlichen Atmosphäre, insbesondere Luft, eingeleitet, etwa Aufheizdauer in schwach reduzierender Atmosphäre 4 Stunden bei dieser Atmosphäre gesintert und nach auf Sintertemperatur aufgeheizt wird. io erneuter Evakuierung des Rohres nunmehr Stickstoff

Werden die Kernpreßlinge in Luft auf etwa 500⁰C in das Rohr eingeleitet und der gesinterte Ferritkern

und anschließend in mit 10% Wasserstoff versetztem abgekühlt.

Formiergas bei 25 Torr auf Sintertemperatur auf- Ausführungsbeispiel 2
geheizt, so erhält man bei der vorerwähnten Sinterzeit

von ca. 4 Stunden eine Dichte ρ^ «» 5,1 g/cm³, eine 15 Es werden Mangan-Zink-Ferritkerne folgender ZuPorosität P S 1 % und einen starken Anstieg der sawmensetzung ihrer Ausgangskomponenten her-Permeabilität. gestellt:

Zweckmäßigerweise durchströmt das Formiergas 52 χ Mol-

den zum Aufheizen der Kernpreßlin^e dienenden 259 Mol-

Sinterofen kontinuierlich. Denkbar ist aber auch ein 20 ^q Mol-"/ ZnO '

Verfahren, bei dem die Kernpreßlinge ausschließlich '

in schwach reduzierender Atmosphäre auf Sinter- Die Behandlung entspricht der des Mangan-Zinktemperatur aufgeheizt werden. Ferrits nach /.usführungsbeispiel 1, weshalb sich wei-

Die Erfindung wird nachstehend anhand der u. a. tere, die Behandlung betreffende Ausführungen er-

durch Tabellen und Figuren erläuterten Ausführungs- 25 übrigen. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß, wie

beispiele näher beschrieben. im übrigen auch bei der Herstellung des Mangan-Zink-

. ,_, , . . , , Ferrits nach Ausführungsbeispiel 1, die Sinterdauer je

Ausfuhrungsbmspiel 1 _{nach gewünschter} Permeabilität mehr oder weniger

Es werden die Komponenten eines Mangan-Zink- lang durchgeführt wird.

Ferrits in folgendem Mischungsverhältnis der Aus- 30 . ... , . . , ,

gangskomponenten Ausfuhrungsbeispiel 3

52 7 Mol- V Fe O ^^um Vergleich ^m·¹ den Mangan-Zink-Ferriten nach

278 MoI-⁰/ MnO³' Ausführungsbeispiel 1 und 2 wird Nickel-Zink-Ferrit

19'5Moiy^OZnO ' folgender Zusammensetzung der Ausgangskompo-

zusätzlich ' ^{35 nenten} gefertigt:

0,5 Gew.-% TiO₂, Fe₂O₃ 49,7 Mol-%

0,4Gew.-%NiO, NiO 12,3 Mol-%

0,1 Gew.-% CaO, ZnO 30,5 Mol-%

zwei Stunden naß gemischt, bei ca. 800⁰C vorgesintert 40 ' '"

und anschließend naß gemahlen. Zur Erzielung einer Seine Fertigung erfolgt in an sich bekannter Weise,

größeren Gefügehomogenität werden die Kerne aus so daß sich weitere Ausführungen erübrigen,

dieser Schlammphase gepreßt, getrocknet, in einem Die nachstehende Tabelle zeigt eine vergleichende

vakuumdichten Keramikrohr bis ca. 500⁰C unter Übersicht der wichtigsten Daten der Ferrite nach den

Luftatmosphäre aufgeheizt und anschließend in mit 45 Ausführungsbeispielen 1 bis 3, wobei in Zeile 1 der

10 % Wasserstoff versetztem Formiergas bei 25 Torr Ferrit nach Ausführungsbeispiel 1, in Zeile 2 der Ferrit

auf die Sintertemperatur von ca. 1300⁰C aufgeheizt. nach Ausführungsbeispiel 2 und in Zeile 3 der Nickel-

Beim Aufheizen unter Formiergas wird dieses am Zink-Ferrit nach Ausführungsbeispiel 3 aufgeführt ist.

Ferrit	V-	tan<5 μ	[0C]	Bs b. H =	B1	Porosität 5 Oe P %	TK μ
		bei 10OkHi.			TK		ιο-·/° c
Mn-7n-Ferrit	4500 ... 5 500	5 ... 7	160	3900	... 60°C	0,95	0,5
Mn-Zn-Ferrit	9000 ... 10 000	5 ... 7 b. 20 kHz	130	3500	0,6	0,2
Ni-Cu-Zn-Ferrit	1100 ... 1600	12	140	3200	0,95	0,7
μ =	Permeabilität.			= Sättigungsinduktion.
tan<5	bezogener Verlustfaktor des Fer ritkerns bei lOÖkHz. Curietemperatur.	65 b. 20	= Temperaturkoeffizier abilität im Temperai zwischen 20 und 60°
μ b. 100 kHz Tc	it der Perme- turbereich C.

Die Tabelle zeigt, daß die erfindungsgemäß gefertigten Mangan-Zink-Ferrite im Unterschied zum Nickel-Zink-Ferrit eine wesentlich erhöhte Permeabilität μ, eine höhere Sättigungsinduktion B₁ und eine geringere Temperaturabhängigkeit der Permeabilität besitzen und verlustärmer sind. Schliffbilder zeigen darüber hinaus, daß die erfindungsgemäß gefertigten Mangan-Zink-Ferritkerne ähnlich wie der zum Vergleich herangezogene Nickel-Zink-Ferrit ein sehr gleichmäßiges Gefüge mit geringer Porosiät besitzen.

Zum weiteren Beweis der durch den erfindungsgemäßen Vorschlag erzielbaren Reduzierung der Porosität der Mangan-Zink-Ferritkerne wird auf die Schliffbilder nach F i g. 2 bis 4 verwiesen, die den Einfluß der Aufheizatmosphäre auf die Porosität dieser Mangan-Zink-Ferrite zeigen. Werden beispielsweise Mangan-Zink-Ferritkerne der Zusammensetzung nach dem Ausführungsbeispiel 1 unter Luft aufgeheizt, so entsteht ein relativ porenreiches Gefüge mit großer Porosität (ρ* = 4,7 g/cm³, P «s 7%; siehe Fig. 2). Ein erheblich dichteres Gefüge {qk = 5,0 g/cm³, P^ 2%) erhalten die Ferritkerne, wenn sie unter Stickstoff bzw. Vakuum aufgeheizt werden (vgl.

ίο Fig. 3). Eine weitere Verminderung der Porosität auf P & 1 % bei einer Dichte qk = 5,1 g/cm³ ist erhältlich, wenn die Ferritkerne erfindungsgemäß unter Formiergas, z. B. in einem mit 10% Wasserstoff versetzten Formiergas, bei 25 Torr aufgeheizt werden (siehe F i g-. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 m 1 %, einer Permeabilität μ rs 1300 und einer Patentansprüche: Sättigungsinduktion B3 «= 3400 G besser geeignet als die vorerwähnten Mangan-Zink-Ferrite mit im all-

1. Verfahren zur Herstellung eines Mangan- gemeinen höherer Porosität.

Zink-Ferritkerns insbesondere für Signalköpfe, 5 Zm Unterschied zu den vorerwähnten Nickel-Zink-