DE19911132A1 - Magnetische Abschirmung aus einem weichmagnetischen Material, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetische Abschirmung aus einem weichmagnetischen Material, ein Verfahren zu deren Herstellung und die Verwendung für Kathodenstrahlröhren, insbesondere für Farbfernsehgeräte und Monitore. Mit der erfindungsgemäßen Lösung soll eine magnetische Abschirmung mit hoher effektiver Permeabilität erreicht werden, die auch zur Abschirmung von in gekrümmter Form konturierten Gegenständen geeignet ist. Die erfindungsgemäße Abschirmung ist dabei so ausgebildet, daß auf einem Substrat ein Mehrschichtaufbau, der aus Einzelschichten besteht, ausgebildet wird. Die Einzelschichten bestehen aus plattenförmigen Elementen eines weichmagnetischen Materials, die eine größere laterale Ausdehnung in Bezug zu ihrer Dicke aufweisen. Außerdem überdeckt ein plattenförmiges Element einer Einzelschicht den zwischen zwei plattenförmigen Elementen einer benachbarten Schicht vorhandenen Luftspalt vollflächig.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Abschirmung aus einem weichmagnetischen Material, die insbesonde­ re für die Abschirmung von verschiedensten statischen oder zeitlich langsam veränderlichen magnetischen Feldern, wie z. B. dem Erdmagnetfeld geeignet ist. Die Erfindung kann insbesondere an Gegenständen bzw. Ge­ räten eingesetzt werden, die gekrümmte Konturen auf­ weisen und bei denen eine vollflächige Abschirmung mit einem vollständig aus einem herkömmlichen weich­ magnetischen Material bestehenden Umhüllung nur schwierig, zumindest aber kostenintensiv erreicht werden kann.

Bekanntermaßen sind weichmagnetische Materialien emp­ findlich gegenüber mechanischen Verformungen, und sie verlieren infolge der Verformung ihre magnetischen Eigenschaften, wobei die Empfindlichkeit mit steigen­ der Permeabilität ebenfalls ansteigt.

Üblicherweise müssen solche weichmagnetischen Werk­ stoffe im Anschluß an eine Verformung zur Wiederher­ stellung ihrer weichmagnetischen Eigenschaften einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei hierfür Tem­ peraturen bei etwa ca. 1000°C erforderlich sind. In der Regel wird eine solche Temperaturbehandlung auch in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt, was die Kosten entsprechend erhöht. Eine solche Wärmebehand­ lung kann jedoch nicht in jedem Fall durchgeführt werden, wobei ein komplizierter und komplexer kon­ struktiver Aufbau einer solchen weichmagnetischen Abschirmung ähnlich problematisch ist, wie ein Ver­ bund weichmagnetischer Materialien mit anderen Mate­ rialien, deren zumindest Erweichungs- bzw. Schmelz­ temperatur beachtet werden müssen.

Da zumindest gehäuseförmig ausgebildete magnetische Abschirmungen diese Probleme aufweisen, wurden in der Vergangenheit Versuche unternommen, um verdruckbare Pasten mit entsprechenden weichmagnetischen Eigen­ schaften herzustellen und zu verwenden. Hierfür wur­ den hochpermeable Pulver in Verbindung mit Bindemit­ teln eingesetzt und die erhaltene Paste auf einen entsprechenden abzuschirmenden Gegenstand aufgetra­ gen, wobei im Nachgang nach dem Auftrag das entspre­ chend verwendete Bindemittel ausgehärtet wurde.

Obwohl diese Pasten sehr gut verarbeitet werden konn­ ten, ist ein praktikabler Einsatz ausgeblieben, da die mit einer solchen weichmagnetischen Paste er­ reichbaren effektiven magnetischen Permeabilitäten weit unterhalb der Zielwerte lagen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der eine magnetische Abschirmung erhalten werden kann, die eine hohe effektive Permea­ bilität erreicht und die außerdem für die magnetische Abschirmung auch in gekrümmter Form konturierter Ge­ genstände oder teilweise ebene Flächen aufweisende Gegenstände geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs­ formen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lö­ sung, ergeben sich mit den in den untergeordneten An­ sprüchen genannten Merkmalen. Erfindungsgemäß kann die magnetische Abschirmung für die verschiedensten Kathodenstrahlröhren und hier insbesondere für Farb­ fernsehgeräte und Farbmonitore verwendet werden.

Bei Farbfernsehgeräten und Farbmonitoren, die in der Regel Schlitz- oder Lochmasken verwenden, wirkt sich die durch das Erdmagnetfeld hervorgerufene Ablenkung der verschiedenen Einzelelektronenstrahlen besonders nachteilig aus, da bei der letztendlichen Abbildung Farbverschiebungen hervorgerufen werden können. Wird nun aber das Erdmagnetfeld effektiv abgeschirmt und der Einfluß sehr stark verringert, treten diese uner­ wünschten Ablenkungen der Elektronenstrahlen nicht mehr auf und eine bisher erforderliche Nachjustierung eines solchen Gerätes kann entfallen.

Bei der erfindungsgemäßen magnetischen Abschirmung werden aus einem solchen Material plattenförmige Ele­ mente verwendet, die in Form eines Mehrschichtauf­ baus, der zumindest aus zwei übereinander angeordne­ ten, nahezu parallelen Einzelschichten gebildet ist, angeordnet. Die plattenförmigen Elemente sind hierfür so ausgebildet, daß ihre laterale Ausdehnung in bezug zu ihrer Dicke relativ groß ist, wobei das Verhältnis der lateralen Ausdehnung der Dicke mindestens 5 : 1 betragen sollte. Die einzelnen plattenförmigen Ele­ mente können verschiedenste geometrische Formen auf­ weisen. Die plattenförmigen Elemente können quadra­ tisch, rechteckig, oval, kreisförmig oder ähnlich geformt sein. Die Ränder der plattenförmigen Elemente können auch diskontinuierlich ausgebildet sein. Im Mehrschichtaufbau werden sie dabei in einer Einzel­ schicht nahezu parallel nebeneinander angeordnet und die zwischen benachbarten plattenförmigen Elemente verbliebenen Luftspalte werden dann von einem in der benachbarten Einzelschicht angeordneten plattenförmi­ gen Element vollflächig überdeckt. Ein solcher Mehr­ schichtaufbau ähnelt daher einem herkömmlichen Mauer­ werk. Die erreichbare effektive Permeabilität kann mit wachsender Einzelschichtanzahl weiter erhöht wer­ den.

Es wird daher der bei den herkömmlichen weichmagneti­ schen Pasten bisher aufgetretene Nachteil, daß eine Vielzahl von zwischen den einzelnen Pulverteilchen verbliebener Luftspalte, die den Übertritt des magne­ tischen Flusses von einem magnetischen Pulverteilchen zum benachbarten Pulverteilchen behindern, weitestge­ hend ausgeschlossen. Bei der erfindungsgemäßen magne­ tischen Abschirmung erfolgt nämlich der Übertritt des magnetischen Flusses von einem plattenförmigen Ele­ ment zum anderen benachbarten plattenförmigen Element in einer Einzelschicht nicht in behinderter Form über den Luftspalt in der Schicht, sondern über das in versetzter Anordnung in der benachbarten Einzel­ schicht angeordnete plattenförmige Element. Dabei sollte der Abstand zwischen benachbarten Einzel­ schichten klein, d. h. unterhalb 50 µm, bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50 µm gehalten werden. Au­ ßerdem sollte der Überdeckungsbereich eines platten­ förmigen Elementes einer Einzelschicht, mit den bei­ den plattenförmigen Elementen der benachbarten Ein­ zelschicht jeweils groß gegen den Luftspalt zwischen den zwei benachbarten plattenförmigen Elementen einer Einzelschicht sein, so daß nur eine äußerst geringe Behinderung des Übertrittes des magnetischen Flusses zwischen den plattenförmigen Elementen in einer Schicht in der magnetischen Abschirmung erreicht wer­ den kann. Dabei sollten die jeweiligen Über­ deckungsbereiche möglichst größer als der Luftspalt sein.

Die erfindungsgemäße magnetische Abschirmung kann nun auf den verschiedensten Substraten, in Form des be­ reits beschriebenen Mehrschichtaufbaus, dauerhaft aufgebracht werden, wobei beispielsweise ein geeigne­ tes Bindemittel oder Klebefolien zur Anwendung kommen können.

Wichtig für die zu erzielende magnetische Abschirm­ wirkung ist außerdem, daß die plattenförmigen Elemen­ te in den Einzelschichten zu den benachbarten plat­ tenförmigen Elemente in der benachbarten Einzel­ schicht nahezu parallel ausgerichtet sind.

Auch aus diesem Grunde sind der lateralen Ausdehnung der plattenförmigen Elemente Grenzen gesetzt, wenn sie an einem Substrat mit gekrümmter Außenkontur an­ geordnet sind. In einem solchen Krümmungsbereich ei­ nes Substrates, sollte die laterale Ausdehnung der Plattenelemente so gewählt werden, daß Parallelität auch bei nahezu vollflächiger Anlage der plattenför­ migen Elemente auf dem Substrat gesichert werden kann. Die laterale Ausdehnung sollte dabei so be­ grenzt sein, daß der Abstand zwischen den Einzel­ schichten auch in den Randbereichen eines plattenför­ migen Elementes nicht größer als 70 µm ist und ein mittlerer Abstand im Überdeckungsbereich von 50 µm nicht überschritten wird.

Geeignete Materialien für die plattenförmigen Elemen­ te sind z. B. amorphe Kobalt-Basis-Legierungen mit hoher Permeabilität oder nanokristalline, Glasbildner enthaltende Eisen-Basis-Legierungen, die z. B. unter dem Handelsnamen "Finemet" (Fe_73.5Cu₁Nd₃Si_13.5B₉) band­ förmig kommerziell erhältlich sind.

Die erfindungsgemäße magnetische Abschirmung kann dann beispielsweise so hergestellt werden, daß aus einem entsprechenden weichmagnetischen Material die einzelnen plattenförmigen Elemente durch Schneiden, Stanzen oder Mahlen hergestellt werden. Die so herge­ stellten plattenförmigen Elemente können im Nachgang zur mechanischen Bearbeitung, falls erforderlich, einer weiteren Wärmebehandlung zur Wiederherstellung ihrer guten weichmagnetischen Eigenschaften unterzo­ gen werden, wobei hier Temperaturen bis ca. 550°C eingesetzt werden können.

Für das dauerhafte Aufbringen der plattenförmigen Elemente auf dem Substrat, also z. B. dem Glaskolben einer Kathodenstrahlröhre kann ein geeignetes Binde­ mittel verwendet werden. Ein solches Bindemittel sollte aber einige wichtige Eigenschaften erfüllen, dies ist zum einen ein gutes Benetzungsvermögen, so daß auch unter Ausnutzung des Kapillareffektes gerin­ ge Abstände zwischen den Einzelschichten des erfin­ dungsgemäßen Mehrschichtaufbaus erreicht werden kön­ nen und zum anderen muß gewährleistet sein, daß beim Aushärten des Bindemittels die Parallelität der plat­ tenförmigen Elemente in den Einzelschichten beibehal­ ten wird, so daß z. B. die Aushärtung entgasungsfrei erfolgen sollte.

Bei Verwendung eines solchen Bindemittels, das bevor­ zugt eine pastöse Konsistenz aufweisen sollte, können einfache herkömmliche Beschichtungsverfahren, wie Aufrollen, Aufstreichen, Aufrakeln, Aufsprühen einge­ setzt werden. Die plattenförmigen Elemente können vor der Beschichtung zugemischt oder während des Auftra­ ges des Bindemittels aufgestäubt bzw. aufgelegt wer­ den, wobei dieser Vorgang zur Ausbildung eines Mehr­ schichtaufbaus entsprechend oft wiederholt werden kann. Eine gezielte lokale Anordnung der einzelnen plattenförmigen Elemente kann u. a. auch dadurch er­ reicht werden, daß auf dem mit dem Bindemittel vor dem Aushärten beschichteten Substrat gezielte lokale elektrostatische Aufladungen erfolgen. Dies kann da­ durch unterstützt werden, daß dem Bindemittel feinst­ vermahlene ferromagnetische Partikel, deren Durchmes­ ser kleiner als 50 µm sein sollte, zugegeben werden.

Zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften kann dem Bindemittel aber auch feinstvermahlenes Pulver des weichmagnetischen Materials zugegeben werden, das im gleichen Durchmesserbereich verwendet werden soll­ te, um den Abstand der Einzelschichten möglichst klein zu halten.

Eine weitere Möglichkeit zur dauerhaften Befestigung des erfindungsgemäßen Mehrschichtaufbaus auf einem Substrat besteht in der Verwendung von Klebefolien, auf denen ein- oder zweiseitig Einzelschichten plat­ tenförmiger Elemente angeordnet sind. Eine einseitig beschichtete Folie kann mit ihrer zweiten lediglich mit einem Haftvermittler versehenen Seite unmittelbar auf ein Substrat geklebt werden. Die zweite und gege­ benenfalls eine dritte Einzelschicht kann dann mit einer zweiten Klebefolie über der ersten Schicht in versetzter Anordnung der einzelnen plattenförmigen Elemente aufgeklebt werden.

Die jeweils verwendeten Bindemittel sollten jedoch zumindest bei einer so kleinen Temperatur aushärten, daß die Degradationstemperatur des verwendeten weich­ magnetischen Materials für die plattenförmigen Ele­ mente nicht überschritten und deren weichmagnetische Eigenschaften nicht unerwünscht beeinflußt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrie­ ben werden.

Dabei zeigt Fig. 1 einen aus drei plattenförmigen Elementen gebildeten Teil eines Mehrschichtaufbaus für eine magnetische Abschirmung.

Dabei sind zwei plattenförmige Elemente P in einer Einzelschicht, parallel zueinander in einer Ebene angeordnet. Über dieser Einzelschicht, die mit den zwei benachbarten plattenförmigen Elementen P ange­ deutet ist, ist eine zweite Einzelschicht des Mehr­ schichtaufbaus, bei dem hier lediglich ein platten­ förmiges Element P dargestellt ist, vorhanden. Die plattenförmigen Elemente P der oberen Einzelschicht überdecken dabei vollflächig den Luftspalt L, der zwischen den benachbarten plattenförmigen Elemente P der hier unteren Einzelschicht, ausgebildet sind, vollflächig. Dabei sollten die oberen plattenförmigen Elemente P einen Überdeckungsbereich mit den beiden benachbarten plattenförmigen Elementen P aufweisen, der zumindest der Größe des Luftspaltes L entspricht, günstigerweise jedoch größer sein sollte. Mit den schematisch eingezeichneten magnetischen Feldlinien ist der Übertritt des magnetischen Flusses innerhalb der erfindungsgemäßen magnetischen Abschirmung sche­ matisch angedeutet.

Mit einem so aufgebauten Mehrschichtaufbau, bei dem als Ausgangsmaterial bandförmiges Finemet verwendet worden ist, wurde nachfolgend an zwei verschiedenen Ausführungen untersucht.

Beispiel 1

Aus dem bandförmigen Finemetausgangsmaterial wurden durch Mahlen plattenförmige Elemente mit einer mitt­ leren lateralen Ausdehnung D = 0,8 mm hergestellt. Die Dicke d dieser Plättchen betrug 20 µm und der mittlere Abstand der Einzelschichten wurde bei a = 20 µm gehalten. Der Mehrschichtaufbau bestand aus sechs Einzelschichten.

Bei einem solchen Mehrschichtaufbau konnte eine ef­ fektive Permeabilität χ"_eff zwischen 350 bis 400 für eine Magnetfeldorientierung in der Schichtebene ge­ messen werden.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurden plattenförmige Elemente mit einer mittleren lateralen Ausdehnung D von 1 mm mit einer Dicke d von 20 µm verwendet und der mitt­ lere Abstand der Einzelschichten des Mehrschichtauf­ baus bei a = 12 µm gehalten. Mit diesem Aufbau einer erfindungsgemäßen magnetischen Abschirmung konnten effektive Permeabilitäten χ"_eff von 950 bis 1000 ge­ messen werden und praxisnah geforderte Werte erreicht werden. Der Ausgangswert des Finemetbandmaterials wurde dabei lediglich um den Faktor 10 gemindert.

Claims (15)

1. Magnetische Abschirmung aus einem weichmagneti­ schen Material, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat ein aus mindestens zwei übereinander angeordneten nahezu parallelen Ein­ zelschichten gebildeter Mehrschichtaufbau, je­ weils bestehend aus plattenförmigen Elementen (P) eines weichmagnetischen Materials mit in be­ zug zu ihrer lateralen Ausdehnung (D) kleiner Dicke (d) dauerhaft aufgebracht ist und die zwi­ schen einzelnen benachbarten plattenförmigen Elementen (P) vorhandenen Luftspalte (L) von einem plattenförmigen Element (P) der hierzu benachbarten Einzelschicht vollflächig überdeckt sind.

2. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der lateralen Ausdehnung (D) zur Dicke (d) der plat­ tenförmigen Elemente (P) mindestens 5 : 1 beträgt.

3. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem plat­ tenförmigen Element (P) einer Einzelschicht je­ weilige Überdeckungsbereich mit zwei benachbar­ ten plattenförmigen Elementen (P) der benachbar­ ten Einzelschicht größer als der Luftspalt (L) zwischen den zwei benachbarten plattenförmigen Elementen (P) ist.

4. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehr­ schichtaufbau mit einem Bindemittel oder einer Klebefolie auf dem Substrat gehalten ist.

5. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den Einzelschichten des Mehr­ schichtaufbaus kleiner 50 µm ist.

6. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die latera­ le Ausdehnung (D) der plattenförmigen Elemente (P) so gewählt ist, daß unter Berücksichtigung der Krümmungsradien des Substrates, auch bei nahezu vollflächiger Anlage der plattenförmigen Elemente (P) auf dem Substrat, der Abstand (a) zwischen den Einzelschichten auch in Randberei­ chen der plattenförmigen Elemente (P) kleiner 70 µm ist.

7. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die plat­ tenförmigen Elemente (P) aus einer amorphen Ko­ balt-Basis-Legierung oder einer nanokristallinen Fe-Basis-Legierung bestehen.

8. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem weichmagnetischen Material plat­ tenförmige Elemente (P) durch Schneiden, Stanzen oder Mahlen hergestellt und die so erhaltenen plattenförmigen Elemente (P) unter Verwendung eines Bindemittels als Mehrschichtaufbau auf einem Substrat dauerhaft befestigt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die im Anschluß an eine mechanische Bearbeitung erhaltenen plattenförmigen Elemente (P) einer Wärmebehandlung zur Wiederherstellung ihrer weichmagnetischen Eigenschaften unterzogen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine dünne, das Substrat benetzende, Bindemittelschicht die plattenförmigen Elemente (P) aufgetragen oder aufgestäubt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein entgasungsfrei aushärtendes Bindemittel verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel ver­ wendet wird, das zumindest bei einer Temperatur unterhalb der Degradationstemperatur des weich­ magnetischen Materials der plattenförmigen Ele­ mente (P) aushärtet.

13. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einzelschicht plattenförmiger Elemente (P) auf einer Klebefo­ lie aufgebracht wird, die mit einer zweiten Ein­ zelschicht, die ebenfalls auf einer Klebefolie aufgebracht ist und in versetzter Anordnung der plattenförmigen Elemente (P) überdeckt und ein Mehrschichtaufbau auf das Substrat aufgeklebt wird.

14. Verwendung einer magnetischen Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für Kathodenstrahl­ röhren.

15. Verwendung einer magnetischen Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für Kathodenstrahl­ röhren von Farbfernsehgeräten und Monitoren.