DE2116291C3 - Weichmagnetischer Werkstoff für einen Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen weichmagnetischen Werkstoff nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkstoffs.

Die in Magnetbandsystemen und insbesondere in Video-Aufzeichnungsgeräten verwendeten magnetischen Aufnahme- und Wiedergabeköpfe haben einen wesentlichen Einfluß auf die Gesamteigenschaften des Systems. Gute Betriebseigenschaften bei hohen Frequenzen hängen von verschiedenen Faktoren wie einem sehr kurzen Magnetluftspalt, einem geringen abstand zwischen Band und Kopf und einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Band und Kopf ab. Der geringe Abstand zwischen Band und Kopf wird dadurch erreicht, daß sie sich direkt körperlich berühren. Wegen der Schleifwirkung zwischen Band und Kopf führt dies aber zu einem erheblichen Verschleiß des Kopfes, dessen Lebensdauer hierdurch begrenzt wird.

Zur Zeit werden viele Magnetköpfe aus einer hauptsächlich aus Eisen, Silicium und Aluminium bestehenden Legierung gefertigt, sie unter dem Warenzeichen »Alfecon« oder »Sendust« vertrieben wird. Dieses Materials wird in einem Vakuum-Schmelz- und Gießverfahren hergestellt, wobei die mittlere Endkorngrößc ungefähr 350 Mikron beträgt. Durch die Schleifwirkung zwischen Band und Kopf wird die Lebensdauer dieser Köpfe typisch auf ungefähr 150 Betriebsstunden beschränkt.

Es ist bekannt (DT-PS 2 27 788), zum Herstellen eines Magnetkörpers möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit gepulverte magnetische Oxide mit feinstgepul-

'erlern lasen zu mischen, wobei die Menge des iisenpulvers bis zu 90% des Gesamtgewichtes betrugen ;iinn, und die Mischung dünn in die gewiinsehle Form zu pressen. Selbst wenn sich durch den Oxidanieil die liirte dieses ;m sich relativ weichen Werkstoffs erhöhen S dinnle, eignet er sich nicht /um I Ie, Meilen eines viagnetkoples.

Aus der US-PS 28 b4 734 ist ein Magnetkopf bekannt, «ι dessen Herstellung eine spezielle Lisen-Aluminium Legierung gemahlen und dann zu dünnen I linken gewalzt wird, die schließlich durch Erhitzung mit einer isolierenden Oxidschicht überzogen werden, wobei es sich im wesentlichen um eine Aluminiumoxidschicht handelt. Dieser Oxidüberzug der Hocken kann nicht zu einer nennenswerten Lrhöhung der Abriebfestigkeit des Magne'.kopfes beitragen, tier zudem wegen der relativ großen (etwa 0,3 bis 0,5 mm langen) !locken vor allem für kleine Spaltbreiten ungeeignet ist und auch hinsichtlich einer notwendigen Orientierung der Π ο liken zur Magnetflußrichtung Schwierigkeit _·η bereiten.

Aus der DT-AS !2 12^)7 i.si es l>ek;i/im. an den mechanisch relativ weichen Grundkörper eines Magnetkerns aus Mumetall, Permalloy oder einer Nickel-Eisen-Legierung ein Polstück aus mechanisch hartem Material, wie Sendust, Alfenol oder Thermeiuil anziischmelzen. Der Werkstoff des bekannten Kernes hat kein zweiphasiges Befüge, sondern lediglich zwei aus verschiedenen einphasigen Legierungen bestehende Teile. Es wurde schon erwähnt, daß die Versehleißbesta'ndigkeit einer solchen Legierung zu wünschen übrig ρ läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff bzw. ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs anzugeben, der verschleißfester ist als Preßkörper aus den bisher für Magnetköpl'e verwendeten Werkstoffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Werkstoff bzw. durch das im Anspruch 9 gekennzeichneten Verfahren.

Die kleineren Körner der zweiten Phase, die sich an den Korngrenzflächen jedes Kornes der ersten Phase befinden sollen, können aus einem Oxid der Legierung und/oder aus einem anderen magnetischen oder unmagnetischen Material bestehen, und bewirken eine erhebliche Verbesserung der Lebensdauer des Magnetkopfes. Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen Legierungen miv einphasigem Gefüge besieht darin, daß aufgrund der elektrischen Isoliereigenschalten des Materials der zweiten Phase Wirbelstromverluste vor allem bei hohen Frequenzen herabgesetzt werden. Gegenüber dem aus an ihrer Oberfläche oxidierten Flocken bestehenden bekannten Werkstoff ergibt sich ferner der Vorteil einer größeren magnetischen Richtungsglcichmäßigkeit. Außerdem erlaubt ein relativ feinkörniger Werkstoff gemäß der Erfindung die Herstellung von Magnetköpfen mit sehr kleinen, scharf definierten Spalten.

An bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Magnet-60 kopfes mit einer Erregerwicklung, bei dem die Erfindung realisiert werden kann, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung des relativer; Verschleißes des Magnetkopfes als Funktion der Betriebsdauer.

Der in F1 g. 1 dargestellte Magnetkopf ί besitzt Polstücke 2 und 3, die einander gegenüberliegen und zwischen sich einen Luftspalt 4 bilden. Die Breite des Lullspaltes 4 kann für Video-Aufnahme und Wiedergabezwecke beispielsweise zwischen 1 und ^r> Mikron beiragen. Für die Anordnung einer ErrcjUTwicklung β lür den Magnetkopf 1 enthält die.->er ein Loch 5. Die geometrische Gestalt des in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfes soll nur ein Beispiel sein.

Das für den Magnetkopf gemäß Fig. I verwendete Material enthält als erste Phase ein Material relativ kleiner Korngröße, so daß die erste Phase einen relaii\ grollen Korngrenzbereich besitzt. Praktisch hat dies eine größere Materialhärte zur Folge, weil gewöhnlich in der Nähe der Korngrenzen eines polykristallinen Materials eine erhöhte I liirte feststellbar ist.

Wenn man nun als /.weile Phase ein Material mit größerer Abriebbeständigkeit in die Korngrenzberei ehe des Materials der ersten Phase einfügt, so ergibt sich eine wesentliche zusätzliche Verbesserung der Härte des Gesainimaterials.

Ein Phase kann definiert werden als homogener Teil einer Materie, der körperlich untersehiedbar und mechanisch trennbar ist. Die erste oder primäre Phase ist diejenige, welche im größten Malic vorhanden isi. während die zweite Phase weniger als ^r>0"/n des Gesamtvolumens ausmacht.

Vorzugsweise soll sich die zweite Phase vorherrschend in den Korngrenzbereichcn zwischen benachbarten Körnern der primären Phase befinden (das heißt, daß die Körner der ersten Phase vom Material der zweiten Phase umgeben sind) stan im Inneren der Kornkomplexe der ersten Phase. Die zweite Phase kanu in Form kleiner, harter, diskontinuierlicher, willkürlich verteilter Partikeln oder Körner eines gesonderten zweiten Materials in einer ersten Phase oder Grundmasse der Magnetlegierung vorliegen oiler als dünne Schicht eines Oxydes der ersten Phase, die praktisch jedes Korn der ersten Phase oder Grundmasse umgibt.

Das Material der ersten Phase ist vorzugsweise eine Magnetlegierung und kann beispielsweise eine ternäre Eisen-Silicium-Aluminium-Legierung mit einem Gewichtsprozentbereich sein, der die Magnetiegierimg umfaßt, die als »Sendust« und »Alfccon« bekannt sind. Für das Material der ersten Phase eignen sich aber auch andere Magnetlegierungen wie binäre Eisen-Nickel-I.egierungen mit beispielsweise 45 — 75 Gewichtsprozent Nickel, die unter dem Namen »Permalloy« bekannt sind, binäre Eisen-Aluminium-Legierungen mit bis zu Ib Gewichtsprozent Aluminium (beispielsweise die unter' dem Warenzeichen »Alfenol« vertriebene Legierung), ternäre Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen mit beispielsweise 17 Gewichtsprozent Nickel, 5 Gewichtsprozent Kupfer, Rest Eisen, also beispielsweise die Legierung »Mumetal«, und quaternäre Eisen-Nickel-Kupier-Molybdän-Legierungcn mit beispielsweise 77 Gewichtsprozent Nickel, 5 Gewichtsprozent Kupfer, 4 Gewichtsprozent Molybdän, Rest Eisen.

Mit dem Ausdruck >. praktische« oder »effektive Härte« soll die wirkliche Verschleißbeständigkeit eines fertigen Magnetkopfes umschrieben werden, der in Berührung mit einem Magnetband steht, den wenn man Köpfe mit unterschiedlichen Verschleißeigenschaften jii Labor mit einem normalen Härtepriilgerii.t, wie ζ. Β einem Gerät zum Prüfen der Rockwell-Härte untersucht, wird man möglicherweise nur einen kleinei meßbaren Unterschied in der Härte dieser tv'iagnetköp fe feststellen.

Eine bevorzugte Methode zum Schaffen des crforder liehen Materials der zweiten Phase für -.lic Korngrenzci besteht darin, daß man die Magnetlegierung wahrem

der Verkleinerung der PartikclgröBc vor der Verfestigung oxydieren läßt. Das Oxyd ist härter und abriebbeständiger als die Legierung. Stattdessen kann man auch eine nicht durch Oxydation gebildete andere Substanz der zweiten Phase zur Magnetlegierung in Torrn sehr kleiner Partikel zumischen, die sich während der Verfestigung in den Korngrcnzbcreichcn der ersten Phase festsetzen.

Unabhängig davon, ob sie in Form kleiner Partikel zugesetzt oder durch Oxydation ausgebildet worden ist, muß die zweite Phase mindestens drei Bedingungen genügen:

1. Die Menge des Materials der zweiten Phase für die Korngrenzen, daß heißt sein Volumenprozentanteil, darf nicht so groß sein, daß die Magnctcigcnschaftcn des Magnctkopfcs beeinträchtigt werden.

2. Die Partikelgrößc des Materials der zweiten Phase sollte bei für Video-Signale bestimmten Magnetköpfen vorzugsweise nicht größer sein als beispielsweise 0,1 Mikron, so daß gegebenenfalls im Spaltcnbcreich vorhandene Korngrenzen die Spaltschürfc nicht ändern.

3. Das Material der zweite.· Phase darf wenigstens bis hinauf zur Vcrfcstigungsicnipcratur nicht ungünstig mit der Magnellcgierung reagieren, so daß die Magneteigenschaften der Magnetlegicrung nicht verschlechtert werden.

Beispiele für verwendbare harte, abriebbeständige Materialien der /weiten Phase sind gewisse Karbide, Oxyde und Suizide, wie /.. H. Siliciumkarbid, Wolframkarbid, Aluminiumoxyd. Zirkoniumoxyd und Fisensilizid.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verfestigen der das dispergierle Material tier /weiten Phase einhaltenden Magnetlegierung beschrieben. Das für diese Verfestigung oiler Verdichtung angewandte Verfahren (.-nthüll Verfahrensschrille, die an sich schon als I !einpressen oder Drucksinlern bekannt sind. Durch das I leißpreßverl'ahren kann man ein fast theoretisch dichtes Material praktisch ohne Kornwachslun. erhalten.

Ls ist /.war bekannt, keramische MagnetwerksioHe wie /. B. Ferrite für Magnelköpfe einem I lcißprcl.lvorgang /u unterziehen, doch war man bisher der Ansicht, es sei eine mittlere Fndkorngrößc von mindestens !(> Mikron und vorzugsweise von ^r>0 Mikron oder mehr erforderlich, um den Verschleiß von Video -Magnctköp fen aiii ein gewünschtes Maß herabzusct/en. Im Gegenstit/ hierzu wurde nun gefunden, (.lall eine Verringerung der minieren Korngröüc einer Magnetic gieriing aus Fiseii, Aluminium und Silicium und das F.iiifügeii einer liarlen, gegen Abrieb widerstandfiihi|H'u zweiten Phase in die Konigrcti/bereicheden Verschleiß dc\ Magiietkoplcs verringern. Im Fülle von Ferritköplcn werden durch Anwendung des lleißprcßverfuhreiis gewisse, bei der Verwendung von l'.inkristalllcrrileii auftretende Probleme umfangen, wie z, B. die Schwierigkeit, einen Fcrrileiiikrislall mit der richtigen Stöchioinetric, einem begrenzten Bereich von Koii/cnlrations änderungen der Bestandteile und magnetischer und mechanischer Anisotropie zu züchten.

Fin bevor/ugtes Verfahren zum I !erstellen eines Materials für einen Magnetkopf soll nun beschrieben werden, (icmilü diesem Verfahren wird eine lcrnarc Miigiiclli'gici'un)! aus Fiscn, Silicium und Aluminium hergestellt und bis auf eine Teilchengröße zerrieben oder /cislampli, die kleiner «ils eine Vorgegebene Größi· von bcisniclswcisc <M Mikron ist. Die Bildung einer Oberflächenschicht aus Oxyd auf den einzelnen Legierungsteilchen oder Körnern wird vorzugsweise während des Zerreibens oder Zerstampfens bewirkt, Wenn die zweite Phase in Form harter, abriebbeständigcr Teilchen beigefügt werden soll, geschieht dies vorzugsweise im Anschluß an das Zerreiben oder Zerstampfen. Der endgültige Körper aus dem Material für den Magnetkopf wird dann durch Heißpressen erzeugt.

ίο Die magnetische Legierung wird nach einem bekannten Vakuum-Schmelz- und Blockgießverfahren aus den einzelnen Bestandteilen im richtigen Verhältnis hergestellt, so daß sich die gewünschten optimalen Magneteigenschaften ergeben. Geeignete Gcwichlsprozentbercichc für eine Eisen-Silicium-Aluminium-Lcgierung der erste Phase sind beispielsweise 6 bis 12% Silicium, 4 bis 9% Aluminium, Rest im wesentlichen Eisen, wobei das Silicium und Aluminium zusammen maximal 17 Gewichtsprozent der Legierungsmischung ausmachen. Eine bevorzugte Zusammensetzung dei ersten Phase besteht aus 85,3 Gewichtsprozent Eisen 9,5 Gewichtsprozent Silicium und 5,2 Gewichtsprozent Aluminium (dieser Stoff ist unter dem Namen Alfecor bekannt und wird nachfolgend mit diesem Namcr bezeichnet).

Die Außenfläche lies Blockes wird abgeschliffen, iuv von der Form kommende Verunreinigungen zi beseitigen. Dann wird der Gußblock in ungefähr 2,5 mn dicke Scheiben zerschnitten. Beim hier beschriebener Ausführung'ibeispicl werden die Scheiben aus dei Legierung All'ccon einige Minuten lang in konzentrier ter Salzsäure gereinigt, dann abgespült und getrocknet Anschließend werden diese Scheiben in einem Stahl mörser so weit zerstampft, daß sie ein Sieb der Fcinhci 20 (840 Mikron) passieren können. Dann wird ihr Lcgicnmgsmalcrial in eine Kugelmühle gebracht, dii vorzugsweise aus Stahl besteht und Stahlkugeln enthüll und in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels wii Äthylalkohol oder Isopropylalkohol beispielsweise L bis Id Stunden lang gemahlen.

Nach dem Mahlen wird this Pulver in einei Vakuumkammer bei Kaumleniperatur getrocknet. Ai dieser Stelle des Verfahrens werden durch Stein unterschiedliche Tcilclicngrößeiiberciehe ausgesondert Der verwendete Teilchengrößenbereich liegt Vorzugs weise unter 20 Mikron, wobei die mittlere Teilchcngrö ße elwa Id Mikron beträgt. Aber auch Teilchengröße!! beiviclu· von 20 bis JO Mikron und mehr führten be ihrer Verwendung zu relativ besseren Verschleißeigen schalten der Magnetköpl'e.

Wenn die /weite Phase durch Oxydation ilerTeilchci iler ersten Phase gebildet wird, ist die Verwendung voi Allecoii-Teilchen der ersten Phase mit einer Korngrößi von 44 Mikron oder weniger offenbar zu bevorzuge!

I laiulelt es sich bei der zweiten Phase um etwas andere* beispielsweise um ein hartes gesondertes zweite Material, so isi die Korngröße der ersten Phase wenige kritisch, so daß sich eine verbesserte VerschleißbeMilii digkcit ergibt, wenn die Körner der Legierung oili· ersten Phase 44 Mikron ('roll oder (!i'ößcr sind.

Fs wurde festgestellt, daß sich eine Oxydschichl tu jedes Teilchen der Magnetlegieruiig während de Mahlvorgangs bildci, wenn sich im organische Lösungsmittel Wasser befindet und/oder wenn da i'.ctroeknctc Pulver der Luft ausgesetzt wird. Da organische Lösungsmittel sollte daher vorzugsweise mi Wasser mischbar sein.
Während dieses Verfahrens erfolgt also in einet

gewissen Ausmaß eine Oxydation der Magnetlegierung, und die einzelnen Legierungsteilchen werden weitgehend von einem Oxyd der Legierung umschlossen. Zusätzlich wird nicht an den einzelnen Legierungsteilchen haftendes Oxyd durch das gesamte Legicrungspulver hindurch homogen dispcrgicrt und landet während der Verfestigung oder Verdichtung an den Korngrenzen. Die Verwendung eines nichtwässerigen Lösungsmittels mit einem kontrollierten Zusatz von Wasser statt eines wasserfreien Lösungsmittels hat den Vorteil, daß im ersteren Fall das Ausmaß der Oxydbildung wesentlich größer ist als im letzteren Fall. Dies läßt sich nachweisen, wenn man durch ein Heißpreßverfahren hergestellte Körper, die aus auf beide Arten hergestelltem Material bestehen, unter den: Mikroskop betrachtct. Außderdcm zeigt ein Vergleich der Verschleißcigenschaftcn von aus diesen Materialien hergestellten Magnetköpfen, daß Köpfe, die aus einem Material gefertigt werden, das in einer Lösung aus nichtwässerigem Lösungsmittel und Wasser gemahlen wurde, eine längere Belricbslcbensdauer aufweisen. Hs wurde gefunden, daß eine bevorzugte Lösung aus nichtwässerigcm Lösungsmittel und Wasser mindestens 80 Volumen-⁰/» Alkohol und höchstens 20 Volumen-% Wasser enthält.

Wenn man in dieser Weise das Abricbbesliindige Material einführt, so hat dies den Vorteil, daß das Material sich gleichmäßiger um jedes Legierungsteilchcn verteilt, als wenn das abriebbeständige Material gesondert beigelügt und dann im magnetischen Legierimgspulverdispergierl würde.

Vorzugsweise sollte die Menge der unmagnetischen /weilen Phase den Betrag von ungefähr I Volumen-% nicht überschreiten. Der ausschlaggebende Faktor sind die magnetischen Eigenschaften des Magnetkoples, daß heißt seine Fähigkeil, ein angemessenes Signal/Kaiisch-Verhältnis einzuhalten und mit nicht all/11 großen Trcibsirömen auszukommen. Ls sei darauf hingewiesen, daß der prozentuale Volumenanteil der /weiten Phase auch wesentlich größer sein kann als l"/u, falls für die /weite Phase ein magnetisches Material wie /. B. ein Ferrit mit einer Koerzitivkraft von höchstens 10 Oersted und vorzugsweise weniger als I Oersted verwendet wird.

Fin anderes Verfahren /um Einführender Oyvdphase Ai besteht darin, die Mngnellegierung mit Partikeln der •!owunschlon Feinheit der Luft aus/tisel/en oder den Oyydalionsvorgni)·' dadurch /u beschleunigen, daß das Pulver in Lull bei mehreren F.inluiiideri Griul Celsius i'i'hil/i wird, nachdem es bis /um gewünschten Teik'hengrößcnbereich zerkleinert worden ist.

Ls können auch andere aus der Metallurgie oder Keramik bekannte Verfahren zum Zerreiben oder /rrstampleii von Material *in> ewandl werden, falls '.InIiIr iH'soi'i'.t wird, daß sich das Oxyd bilden kann oder M die /weile Phase »Is gesondertes Miilcriiil /u«:esei/t wird.

Auch wenn die l'eiiiköi nij'on Mai'.netleiiicninj: durch derartige andere Verlahren hei|'.eslelll wird, kann die Methode mil nicht wässerigem Lösungsmittel und f»o Wasser an|:ew»iull werden. In diesem I all ist nur in ΙΗΊΪιψΛ'ΐη Maße ein Schleifen erforderlich, und die Verwendung einer Kugelmühle wurde hauptsächlich dazu dienen, die Teilchen in der l,ösiiii|·. aus nichtwässe rigein LöstiiigMnitl'·! und Wasser zu suspendieren und *·5 eine gleichinilßi|:e Oxydation der oiieilliiche der Lci'.icruni'.sieilchen zu i'.ewiihrleislcn.

I in weiterer IViI des Vrilahrcns besieht darin, das pulverförmige und oxydierte Alfecon-Material durch Heißpressen im Vakuum oder in einer Edelgasumgcbung wie Argon zu verdichten. Eine ausreichende Menge des Alfecon-Pulvers wird abgewogen und in eine Preßform gefüllt und zu einem vollkommen verdichteten geraden Zylinder gepreßt, dessen Durchmesser/ Höhe-Verhältnis etwa 2 beträgt. Es wurden Proben mit Durchmessern von etwa 1,2 cm, 2,5 cm und 5 cm hergestellt. Die Preßformen und Stempel können aus einer Molybdänlegierung hergestellt und mittels eines Molybdänwickelwidcrstandsofcns erhitzt werden. Die Preßform wird mit einem dicht passenden zylindrischen Einsatz, aus Graphit hoher Reinheit ausgckelidct, der eine Wanddickc von etwa 0,63 cm und einen Innendurchmesser von etwa 1,27 cm hat.

Graphit wird wegen seiner Schmicreigenschaften, seiner Bearbeitbarkeit und seiner Reaktionsträgheit gegen Alfecon als Einsatzmaterial verwendet. Benutzt man in dieser Weise eine abgestützte Graphitpreßform, so ermöglicht dies ohne Zerstörung des Graphits während des Heißpiessens Drücke, die größer sind als normal. Es können aber auch ganz aus Graphit bestehende Preßformen verwendet werden, falls die Wände so dick sind, daß sie die beim Heißpressen auftretenden Drücke aushalten.

[•"ine Alternativmelhode zum Auskleiden tier Molvbdänprcßform, um eine Reaktion zwischen der Legierung und der Preßform zu verhindern und einen leichten Auswurf nach dem Heißpressen zu ermöglichen, wäre tue Verwendung eines Gewebes aus Graphitfäden.

Die oberen und unleren Siempellläehen werden vom Alfecon-Malerial durch 1,1min theke Scheiben aus Graphit otler Glaskohle (Sinterkohle) getrennt. Auch in diesem lall könnte man Gewebe aus Graphiifäden verwenden. Die Preßform wird schwimmend betrieben, damit sich eine gleichmäßigere Dichte in der gesamten Probe ergibt. Die Preßform und tier Ofen befinden sich in einer wassergekühlten I leißpreß-Vakuunikammer die auf mindestens IO ' I orr evakuiert worden kann Aul den oberen Stempel oiler Bär wird ein eiiuichsigei Druck mittels einer konventionellen hydraulischen Prosse und einen durch einen Balg abgedichteten Stöße' angelegt.

W'i eigentliche I leißpreßvorgaug geschieht 101 j'endcrmal.ieu. Die die gefüllte Proßlorm einhaltend«. I leißpreßkaninier wird evakuiert, und die Temperalui der Preßform wird auf WK)"C erhöht \uu\ wenigsten« eine Stunde lang aul dieser I omporaiur (!'.'hallen Hierdurch werden absorbierte Gase und I euchligkei ims dem Pulver ausgetrieben. Außerdem wird dadurcl i:ewährleisiel, daß sich während des I leißpresvons du höclistniöj,:lichc Dichte erjiibi. Dann wird das Pulve ιιημοΙ'ίΙΙιΐ' eine Minute lan«,: bei einem Druck voi I₁(Ci t/cm-' (T)OOO psi) geprcßl. Dieser Druck wird dam weggenommen, und während die Temperatur de Preßform und ihres Inhalts aul «)'>() bis 1000' Γ |!estei|'cr wird, wird ein Druck von O₁M bis 0,21 l/cm·' aiij:eic(!i Die Knie, mit der die Temperatur von dOOl' auf dii I k'ißpreßlemperaliir (icMcijjcrl wird, holrii^t olwi ,H) ('/Minnie. Durch ein fünf Minuten langes (Hüllen be der Temperatur von ^ι)Ή) bis 1000 C kann sieh eil Wäinn.ⁱ):leieh|'.cwicht einstellen. Im Falle von Probei deren Durchmesser crößer isl als etwa I₁J an. könne länge)'·' Glüliperiodcn für ein Wärinegleieh)'o\vieh iioiwcndii'. sein. Diinii wird eine Sluiule lan·.', ein Dme von 1.0') t/cm·' anc.elci't. Nach Ablaiildieser Stunde win der Druck wei'.iuMioiniiieii, die elektrische Leisluiij; de Ofens abgeschaltet und dir Preßform aul Kauinlcinpc

ratur abgekühlt.

Die sich ergebende Probe aus verdichtetem Material kann durch Anlegen einer Kraft an den oberen Stempel leicht aus der Preßform ausgeworfen werden. Die Verdichtung dieser Probe beträgt mehr als 99% der theoretischen Verdichtung, Ein fast porenfreies Material ist für Video-Magneiköpfe wichtig, um während des Betriebes eine gute Spaltschärfe und einen guten Hoehfrequenzgang aufrechtzuerhalten. Für Video-Zwecke sollte die Porösität höchstens 1% und vorzugsweise nicht mehr als 0,1% betragen. Aus einer Untersuchung einer polierten und geätzten Oberfläche des gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellten Materials unter dem Mikroskop ergibt sich, daß die /weite Phase offenbar in den Korngrenzbereichen ohne Kornwachstum der ersten Phase verteilt ist. Es wurde festgestellt, daß das die /.weite Phase bildende Oxyd, das härter ist als die Magnetlegierung, zu einer erhöhten Verschleißbeständigkeil von aus diesem Material hergestellten Magnetköpfen führt, die beispielsweise für Video-Aufzeichnungsgeräte für Quadruplex-Sendungcn benutzt werden.

F i g. 2 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die mit Video-Magnetköpfcn angestellt wurden, welche nach einem Heißpreßverl'ahren aus Alfecon-Maierial mit verschiedenen Teilchengrößenbereichen hergestellt wurden. Die Kurben 11 bis 13 gelten für Alfecon-Materiul mit einer Korn- oder Teilchengröße, die in einem Bereich von weniger als 44 Mikron, 20 bis 30 Mikron bzw. IO bis 20 Mikron liegt. In I·' i g. 2 ist der Spitzenvorsprung, d. h. die Dicke des vorspringenden lindes des Kopfes relativ zu einem im Vakuum gegossenen Standardkopf als Funktion der Zeit beim Test in einem Hochfrequenz Video-'kindaul'nahmegerät für Farbsendungen aufgetragen. Auch die Abnahme des vorspringenden Kudos des Standardkopfes (Kurve K)) als Funktion der Zeit ist dargestellt. Die festgestellte Abnahme des Verschleißes mit der Abnahme der Teilchengröße des All'ecoii-Materials dürfte auf eine Vergrößerung des Korngrenz.bercichcs und auf die entsprechend /unehmencle Menge des auf der Versehloißllache des Kopfes freiliegenden Materials dor /weiten Phase /unickzul'ühren sein.

Durch Versuche wurde festgestellt, dall Video Magnotkople, die aus leiiikörnigcm (Korngrößen von weniger als 44 Mikron, vorzugsweise IO bis 20 Mikron), heißgepi'oßtem All'eeoii Material hergestellt wurden, in dessen Korngrenzbereiehon wonig oder kein Material einer /woiU'ii Phase vorhanden ist, mit einer Kalo \ orsi'hloillcn, die mn dom Verschleiß von Köpfen vergleichbar ist, die aus im Vakuum gegossenem Allecon Material gemäß Kurve K) in I i g. 2 gel eil igt sind, Fs scheint sich also kein oder nur ein geringer Veisclilcißvoricil Ihm einem Magticlkopl zu ei gehen, dor aus Allecon Material ohne /weile Phase entweder Illinois eines I loil.lprellvcrlahi ons odor eines konventionellen Sinlerverlahi ons hergestellt wird.

Das ohne Zusai/ einer /weilen Phase hergestellte Material einer Fisen-Aluminium Silicium Legierung woiM eine Rockwell (.' Harte von ungefähr 48 aiii, wählend die gleiche l.ec.ioriiiif.s/iisamiuriiset/uiig, wenn ihr erl'uiduttgsgomiil.t eine /.weite Phase /ii|:osol/l wird, eine kockwell-C Harte von mindestens M) hat. Nach einem I leißpreßverlahren hergestellte Köpfe mit den beschriebenen zwei Phasen haben praktisch keine schlechteren Magnelcigensehallcn als im Vakuum gegossene Alfeeon-Kopie.

Fin weilerer Vorteil dor Ki limiting besieht darin, daß die Wirbelstromverluste bei hohen Frequenzen herabgesetzt werden, was auf die elektrischen Isoliereigenschaften des Materials der zweiten Phase zurückzuführen ist. Wirbelströme hängen nicht nur von der Frequenz des angelegten Signals ab, sondern auch vom spezifischen Widerstand des Kopfmaterials. Im Falle des hier beschriebenen Materials wird der spezifische Widerstand des Alfecon-Materials durch die gewählte Korngröße und das Vorhandensein einer zweiten Phase

ίο in den Korngrenzbereichen erhöht.

Wie erläutert wurde, wird die erste Phase der Magnetlegierung so behandelt, daß in und um den Korngrenzen der Kegierung eine harte zweite Phase erzeugt wird. Dieser Vorgang kann durch erhöhte Temperaturen oder durch Behandlung in einer Lösung begünstigt werden, wodurch die Bildung einer Oxydoberfläche auf den Legierungsteilchen beschleunigt wird. Es ist anzunehmen, daß durch diese Vorgänge zum Bilden der zweiten Phase zwischen den Materialien der beiden Phasen eine Bindung vorwiegend durch chemische Bindekräfte entsteht. Diese Bindekräfte scheinen einen größeren Zusammenhalt und eine bessere Bindung mit den einzelnen Teilchen der ersten Phase und eine etwas gleichmäßigere Verteilung der zweiten Phase zu gewährleisten.

Die zweite Phase kann auch dadurch eingebaut werden, daß gesonderte kleine Teilchen eines zweiten Materials körperlich in die Korngrenzen durch die gesamte Magnetlegierung hindurch zugesetzt oder dispergiert werden. Falls eine solche /weite Phase weitgehend inert ist, ist anzunehmen, daß die Teilchen in der verdichteten Struktur physisch durch Unregelmäßigkeiten der Teilchen oiler Kornoberflächen der Legierung und/oder der zweiten Phase festgehalten werden. Wenn die zweite Phase nicht inert gegen die Legierung ist, scheint zusätzlich zur physischen Haftung eine chemische Bindung an die Legierungskörner zu entstehen.

Die Parameter des I loißpreßverfahrens, nämlich Temperatur, Druck und Zeil, wurden beim beschriebenen Auslührungsbeispicl so gewählt, wie es zum Herstellen eines versehleißbesländigen Materials mil einer ersten Phase aus Alfecon-Maicrial zweckmäßig war. Um die Teilchen bis zu praktisch (hcoretischei

Verdichtung zusammenzupressen, kann man ahoi¹ auel¹ andere Kombinationen der Temperatur, Druck um Zeitwerte wählen. Beispielsweise wird bei einei Tempera in r von HM)¹C, einem Druck von l,0^r> t/cm' um einer Dauer von I Stunden ein vollkommen dichtet Körper erzeugt. Das gleiche gill fur ¹IM)¹C bei 0,^r> I |/em sowie IOM)"C hei 0,2') l'ioni- und jeweils I Stunde. D'u Druck , Temperatur und Zeitwerte für ein lleißpreß verfuhren hangen voneinander ab. Fine I IcißprelMem peratur von 7M)¹¹C etwa wurde zum Krrcichon eine

5S vollständigen Dichlc eine Zeil von ungefähr ti Stiimlei hei einem Druck von l,0^f> i/em-' erfordern, dagegen im ungefüllt¹ I Stunde hei I,/(> i/cm-', während Allecon PuI vor. das eine Temperatur von 1100¹¹C und einem Druel von 0,^r> t i/i'iii·' ausgesel/i wird, nur 'i his IO Minuten hi

<*> zum Kneiohon der vollkommenen Dichte orl'order Versuche, die hei Anwendung verschiedener Heißpreß drücke im Hoieieh von etwa 0,2') t/env' bis 4,22 l/cm (IM)O psi bis dl) 000 psi) durchgeführt wurden, ergäbe Materialien, die luieh Herstellung eines Muguetkople

<>5 aus diesen Materialien und Prüfung in einem Aulzcicli nuiigs Wiedergabe-System die gewünschte erhöhl Vcrsrhleißbestiliuligkeil aulweisen. Die oben angcgebi neu lleißproßparameter gellen für eine zylindrisch

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Probe mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Höhe von 6,35 mm. Größere Durchmesser und/oder höhere Proben können wegen der größeren Reibung zwischen der Probe und der Wand der Preßform größere Drücke erforderlich machen.

Ein anderes Heißpreßverfahren, das ebenfalls zur Verdichtung eines Magnetlegierungspulvers angewandt werden kann, besteht darin, die Legierung kalt in eine gewünschte Form zu pressen, den kaltgepreßten Körper in ein feinkörniges inertes Pulver einzubetten, das sich in einer geeigneten Preßform befindet, und dann Hitze und druck anzulegen, wobei der Druck mittels des inerten Pulvers auf die Legierung übertragen wird.

Ein wieder anderes Verfahren führt zu einer Vielzahl heißgepreßter Körper in Form dünner Blätter. Die Herstellung dünner Blätter aus Magneilegierung statt einer einzigen zylindrischen Probe, die 2,5 cm oder 5 cm dick sein kann, hat mindestens zwei Vorteile: 1.) entfällt der Zerschneidvorgang zum Formen dünner Gebilde für nacheinander hergestellte Köpfe, und 2.) geht weniger Legierungsmaterial verloren.

Ein Verfahren zum Heißpressen dünner Blätter kann folgende Schritte umfassen. Man nimmt eine mit Graphit ausgekleidete Preßform. Eine Scheibe aus 0,013 mm oder 0,25 mm dicker Graphiil'olie wird gegen die Stirnfläche des unteren Stempels gelegt, in die Preßform wird soviel Magnetlegierungspulver gefüllt, wie für die gewünschte Dicke des verdichteten Materials erforderlich ist. Dieses Pulver wird eingeebnet und mit einem Druck von mehreren 100 kg/cm-' gepreßt. Nun wird oben auf die Legierung eine /weite Scheibe aus (iraphitfolie gelegt, und der Einfüll Vorgang wird wiederholt. Die /iisaminensehichtung aus Legierung und Graphitfolie kann fortgesetzt werden, bis die Gesamthöhe so groß ist, daß eine verdichtete Probe erzeugt wird, deren i lohe ungefähr die Hälfte (.los Durchmessers der Probe beträgt. Diese Anordnung wird dann einem Heißpreßvorgang gemäß dem oben für eine einzelne Probe beschriebenen Verfahren unterzogen. Die Graphitfolie zwischen jedem Magnctlegierungsblatt ermöglicht eine leichte Trennung der Blätter, wenn die Anordnung aus der Preßform herausgenommen wird. Das Ergebnis dieses Verfahrens sind eine Vielzahl dünner Blätter aus verdichtetem Magnetlegierungsmaterial, die etwa 0,5 mm dünn sein können.

Nach der beschriebenen Herstellung einer Probe wird das Material in bekannter Weise so bearbeitet, daß es die gewünschte geometrische Form eines Magnetkopfes erhält, wie sie beispielsweise in F i g. I dargestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   I. Weiehmagnelischer Werkstoff ITn einen Magnetkopf, der als erste l'hii.se Partikel aus einer weichmagnetischen Legierung und ,eine /weile Phase aus mechanisch härierem und verschleißfesterem, gegen tins Material tier ersten Phase hinsichtlich seiner magnetischen Eigenschaften inertem Material enthält, ti a ti u r c Ii g e k e η ti ζ e i e Ii net, ι-tktl.l beide Phasen des Werkstoffs aus Körnern gebildet sind, tlal.i die mittlere Korngrößj der /weiten Phase wesentlich geringer ist al.> diejenige des Materials der ersten Phase, damit die Schärfe des Spaltes des Magneikopfes nicht beeinträchtigt wird, und daß this Material tier ersten Phase mindestens 50 Volumenprozent ties Werkstoffs ausmacht, während die Menge des Materials tier /weiten Phase so gering ist. tlaß die Magneleigenschaflen des Kopfes nicht wesentlich beeinträchtigt werden.
2. 2. Werkstoff »ach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnelische Legierung Eisen, Silicium und Aluminium enthält.
3. 3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, tlaß die Legierungsbesinndieile der ersten Phase aus 6 bis 12 Gewichtsprozent Silicium, 4 bis 9 Gewichtsprozent Aluminium, Rest im wesentlichen Eisen bestehen, und tlaß das .Silicium und Aluminium zusammen einen Gewichtsprozentanteil von höchstens 17% der Legierung haben.
4. 4. Werkstoff nach Anspruch 1, 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, tlaß das Material der zweiten Phase ein Oxyd der Legierung der ersten Phase ist, und daß die Korngröße der Legierung c'er ersten Phase höchstens 44 Mikron beträgt.
5. 5. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der zweiten Phase eng mit der I Imfangsfläche jedes der Körner der ersten Phase verbunden sind und diese wenigstens teilweise umgeben.
6. 6. Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß tlas Material der /'.weilen Phase aus einem harten, abriebbesländigen, unmagnetischen Oxyd oder Karbid eines Metalls besteht.
7. 7. Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der ZWeiten Phase aus Siliciumkarbid besteht.
8. 8. Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der zweiten Phase aus einem harten, abriebbeständigen magnetischen Keramikmaterial kleiner Koerzitivkraft besteht.
9. 9. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs nach Anspruch I, mit einer ersten Phase aus einer oxydierbaren magnetischen Legierung und einer harten, abriebbeständigen /weiten Phase in den Korngrenzbercichen der erster Phase, dadurch gekennzeichnet, tlaß eino körnige: Probe der ersten Phase mit einer Lösung aus einem nichtwässerigen Lösungsmittel und Wasser in eine Mühle gegeben wird; daß der Milhleninhalt so lange und bei einer solchen Temperatur gemahlen wird, daß sich eine Teilchengröße der Legierung von höchstens 44 Mikron ergibt und auf der Oberfläche der Teilchen der Legierung in einem vorbestimmten Ausmaß ein Oxyd der Legierung entsteht; daß die oxydierten Teilchen von der Lösung aus einem nichtwässrigen Lösungsmittel und Wasser abgesondert und dan getrocknet werden; und daß schließlich die getrockneten Teilchen bei vorbestimmten! Druck und vorbestimmter Temperatur so lange warmgepreßi werden, tlal.i aus den Teilchen ein vertJiehieiei Kompakt körper entsteht.
10. K). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und die Temperatur sowie die Dauer des Pressen* so gewählt werden, daß aus den Teichen ein Kompaklkörper entsteht, dessen Porösiliit weniger als 1% beträgt.
11. I l. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, tlaß eine Probe verwendet wird, deren Teilchengröße höchstens 840 Mikron beträgt,
12. 12. Verfahren nach einem tier Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlvorgang in einer sliiiilernen Kugelmühle durchgeführt wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, tlaß nach dem Trocknungsschritt und vor dem I lcißpreßschriit durch Sieben der Teilchen eine Quantität von Teilchen bereitgestellt wird, deren Größe höchstens 20 Mikron bcirtigl.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahllösung mindestens 80 Volumenprozent Äthylalkohol oder Isopropylalkohol enthält.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß da;; nichlwässrige Lösungsmittel Azeton ist.

    Ib. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim lleißpreßvoigang ein Druck im Bereich von 0,25 t/cm³ bis 4,22 t/cm- und eine Temperatur im Bereich von 710⁰C bis 1100^üC gewählt werden.