DE2143439A1

DE2143439A1 - Ferrite mit geringem Desakkomodations-Verhalten

Info

Publication number: DE2143439A1
Application number: DE19712143439
Authority: DE
Inventors: John Ernest Reigate; Rankin Paul John Horley; Surrey Knowles (Großbritannien); Klerk, Jacob; Stijntjes, Theodorus Gerhardus Wilhelmus; Eindhoven (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-09-02
Filing date: 1971-08-31
Publication date: 1972-03-09
Also published as: CA974366A; NL173686B; AU3292671A; BR7105722D0; GB1304237A; ES394684A1; FR2102053A5; BE772036A; SE378322B; JPS5631730B1; NL7111884A; AU456153B2; NL173686C

Description

Dipl.-ing. HORST AUER 2H3439

Anmelder: U.V.r;;.!.ir., ULÜtiLA&lPE^FABBIEKEN

Akte: PHB-32.086

Anmeldung vom« 30. Aug. 1971

N.V. Philips¹ Gloeilampenfabrieken, Eindhoven /Holland

Ferrite mit geringem Desakkomodations-Verhalten

Die Erfindung bezieht sich, auf Magnetkerne, die im wesentlichen aus Mangan-Zink-Ferroferriten bestehen, in deren Kristallgitter Zinnionen und gegebenenfalls auch Titanionen eingebaut sind; weiterhin bezieht sich die· Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Magnetkerne.

Bekanntlich werden Magnetkerne auf Basis von Mangan-Zink-Perroferriten seit langem in der Hochfrequenztechnik verwendet. Sie zeichnen sich durch eine hohe magnetische Anfangspermeabilität und niedrige elektromagnetische Verluste bei !Frequenzen bis zu etwa 1 MHz aus. Sie weisen aber meistens die Erscheinung von

PHB 32 08G _o

_.. 209811/1586 -2-

OU.

Desakkomodation auf, was bedeutet, daß die Anfangspermeabilität, nachdem der Magnetkern magnetisiert und anschließend entmagnetisiert worden ist, allmählich bis zu einer unteren Grenze abnimmt und somit gewissermaßen zeitabhängig ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkern aus einem Material auf Basis von Mangan-Zink-Eerroferriten, in deren Kristallgitter Zinn und gegebenenfalls auch Titan eingebaut ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Magnetkernes innerhalb eines Bereiches liegt, der durch die nachstehenden Konzentrationsbereiche der zusammensetzenden Metalloxyde (in Molprozentsätzen dieser Oxyde ausgedrückt) definiert ist:

24 - 40. Mol** MnO

5-24 Mol.?S ZnO

41 - 48,5 Mol.?6 Ee₂O₅

3-7 Mol.tf EeO

1 - 4 Mol.g SnO₂

und 0-5 Mol.jS

Es stellte sich heraus, daß diese Kerne in einem aus gedehnten Temperaturbereich eine besonders niedrige Desakkomodation aufweisen.

Vorzugsweise ist der maximale PepO^-Gehalt bei 47_f5 und der minimale SnO₂-Gehalt bei 2 #

209811/1586

-3- 2H3439

PHB 32086

gewählt, insbesondere wenn der minimale MnO-Gehalt 27 Mol.$ und der minimale SnOp-Gehalt 2 Mol.$ beträgt. In bezug auf den Einfluss von Titan wurde gefunden, dass dieses Metall bei Temperaturen über 20⁰C eine die

Desakkomodation herabsetzende Wirkung hat, während bei Temperaturen unter 20°C Titan gerade die Desakkomo dation fördert. Infolgedessen soll der SnO„-Gehalt und gegebenenfalls auch der TiO -Gehalt an den Temperaturbereich angepasst werden, in dem der Magnetkern angewendet werden soll.

Es sei bemerkt, dass die obenerwähnten Molekülprozentsätze unter der Voraussetzung gegeben sind, dass die ganze in dem Ferritmaterial vorhandene Manganmenge zweiwertig und die ganze in dem Ferritmaterial vorhandene Zinn- und gegebenenfalls Titanmenge vierwertig ist.

Die Magnetkerne nach der Erfindung können durch die bei der Herstellung von Ferriten üblichen Verfahren hergestellt vex"den. Ein gegebenenfalls vorerhitztes Gemisch der ferritbildenden Metalloxyde wird bei einer Temperatur zwischen 1150°C und 1^00°C formgepresst und gesintert, wobei während der Sinterung und der anschliessenü stattfinden Abkühlung des Magnetkernes auf 1000°C der partielle Sauerstoffdruck, P , (ausgedrückt in Atmosphären) das Gasgemisches, in dem die Sinterung und die Abkühlung erfolgen, derart

209811 /1586

PHB 32086

von der Temperatur des Magnetkernes abhängt, dass die Bedingung

1
0 ^P0₂ ⁼ "Τ" ^{+ C}2

erfüllt wird, wobei T die Temperatur in ⁰K darstellt, während C₁ und c Konstanten sind, die einen derartigen Wert aufweisen, dass, wenn P_ =0,001 ist, die Temperatur höher als 1040°C ist, während bei einer Temperatur von 1350⁰C P_ kleiner als OjO6 ist oder sein würde, und bei der Abkühlung von 1000⁰C auf Zimmertemperatur P kleiner als 0,0003 ist.

Eines oder mehrere der ferritbildenden Metalloxyde können völlig oder zum Teil durch eine oder mehrere andere Verbindungen der betreffenden Metalle ersetzt werden, welche Verbindungen bei der Erhitzung in die entsprechenden Metalloxyde umgewandelt werden.

Vorzugsweise wird der Magnetkern während einer Zeitdauer von 30 - 60 Minuten auf der Höchsttemperatur ( der Sintertemperatur ) gehalten. Ferner wird vorzugsweise bei der Abkühlung von 1000°C auf Zimmertemperatur P auf einem Wert unterhalb 0,0001 gehalten. °2

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger

Beispiele und der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Aenderung der Desakkommodation mit der Temperatur einiger zinnhaltiger Magnetkerne

20981 1 /1S86

PHB 32086

nach der Erfindung; die Kurve A bezieht sich auf einen Magnetkern ausserhalb des Rahmens der Erfindung, ist aber vergleichsweise hinzugefügt;

Fig. 2 die Desakkommodation als Funktion der Temperatur bei einigen anderen Magnetkernen nach der Erfindung; die Kurve E bezieht sich auf einen zinnhaltigen Magnetkern, während sich die Kurven F, G und H auf Magnetkerne beziehen, die sowohl Titan als auch Zinn enthalten.
Beispiele:

Eine Anzahl von Gemischen aus Mangancarbonat, Ferrioxyd, Zinkoxyd, Zinnoxyd und gegebenenfalls Titandioxyd mit voneinander verschiedener quantitativer Zusammensetzung wurden eingewogen» Die Gemische wurden gemahlen, getrocknet, vorerhitzt (z.B. durch Erhitzung an der Luft während k Stunden), gekühlt und wiederum gemahlen. Beim Abwägen wurden der Reinheitsgrad der ä

Ausgangsmaterialien und die Tatsache berücksichtigt, dass das'Gemisch während des Mahlvorgangs etwas Eisen infolge der Abnutzung des Mahlaggregats aufnimmt (sogenanntes eingemahlenes Eisen). Die Menge eingemahlenen Eisens ist von der Dauer der Mahlbearbeitung abhängig und wurde für das verwendete Mahlaggregat vorher auf empirischem Wege bestimmt. Von jedem der gemahlenen Voreitliitzungsprodukte wurden Ringe mit einem Aussendurchmesser von 12 mm, einem Innendurchmesser

209811/1586

PHB 32086

von 6 mm und einer Höhe von 6 mm gepresst. Diese Ringe wurden auf die Sintertemperatur in einem Ofen erhitzt, der mit einer Apparatur zur Regelung des Partialsauerstoff druckes P_n des im Ofen befindlichen Gasgemisches versehen war, welche Temperatur während etwa h5 Minuten aufrechterhalten wurde. Die gesinterten Ringe wurden dann in und zusammen mit dem Ofen abgekühlt. Bei der Sintertemperatur und während der nach der Sinterung stattfindenden Abkühlung auf 1000⁰C wurde der partielle Sauerstoffdruck des im Ofen befindlichen Gasgemisches an die im Ofen vorherrschende Temperatur angepasst, und zwar nach der obengenannten Beziehung:

~^C1
^log10 ^P0₂ = Τ" ^{+ C}2·

Während der fortgesetzten Abkühlung von 1000⁰C auf Zimmertemperatur wurde der partielle Sauerstoffdruck des Gasgemisches im Ofen auf einem Pegel unterhalb 0,0003 Atmosphäre gehalten.

• Tabelle I gibt für jeden der betreffenden ringförmigen Magnetkerne die Werte der Konstanten C₁ und c , die den Partialsauerstoffdruck des Gasgemisches im Ofen als Funktion der Temperatur während der Sinterung und der anschliessend stattfindenden Abkühlung auf 1000⁰C bestimmen, sowie die Zusammensetzungen der verschiedenen Kerne, ausgedrückt in Molekülprozentsätzen der betreffenden Metalloxyde^ an.

209811/1586

2U3439 PHB 32086

TABELLE I.

Mae- net	^C1	^C2	Chemische	ZnO	Zusammensetzung	FeO	SnO₂	TiO₂	Kur	B
kern No.	16457	8.33	MnO	13.9	Fe₂O₃	5..4	1 .0		ve	C,E
1	16457	8.33	31,2	13.7	48.5	5.4	2.0	-	D
2	16457	8.33	31.8	14.4	47.1	5-3	3.9	-	F
3	16457	8.33	32.2	14.4	44.2	5.3	1.9	1.9	-
4	9300	4.03	32.2	14.4	44.3	5-3	1.9	1.9	G
5	16457	9.33	32.2	14.1	44.3	5.2	1.9	3.8	-
6	9300	4.03	33-5	14.1	41.5	5.2	1.9	3.8	H
7	16457	8.33	33.5	14.3	41.5	5.25	1.9	2.85	-
8	9300	4.03	32.9	14.3	42.8	5.25	1.9	2.85	-
9	16457	8.33	32.9	14.6	42.8	5.2	2.85	2.85	-
10	9300	4.03	33	14.6	41.5	5.2	2.85	2.85
11		33	41.5

Die Sintertemperatur war stets 1250°C.

Es sei auf die Figuren 1 und 2 verwiesen, die je eine Anzahl Kurven zeigen, die die Desakkommodation D.A. als Funktion der Temperatur des betreffenden Magnetkernes darstellen. Die Desakkommodation wird durch die Beziehung:

20981 1 / 1586

2U3439

PHB 32086

(_/U ) - (λι )
D.A. a ' 90 / 300 x 100

' 90

definiert, in welcher Beziehung ( /u. ) und ( /u. )

' ^X 90 ' ^x. 300 die magnetische Anfangspermeabilität darstellen, die 90 bzw. 300 Sekunden nach der Entmagnetisierung des luftspaltlosen ringförmigen Magnetkernes gemessen ist.

In der äusserst rechten Spalte der Tabelle I sind die BuchstabensymboIe erwähnt, mit denen die zu den unterschiedlichen Magnetkernen gehörigen Kurven in den Figuren 1 und 2 bezeichnet sind. Die Kurve A ist in Fig. 1 aufgenommen, um die Magnetkerne nach der Erfindung mit einem ähnlichen Magnetkern vergleichen zu können, der aber aus einem Mangan-Zink-Ferroferrit ohne irgendwelchen Zusatzbbesteht. Die Zusammensetzung des letzteren Ferrits ist folgende Mn_ _E_Zn_ _ocFe~ ^₀Fe₀ 0.

<->,;> / v,j3 υ,υο et η

und dieses Ferrit weist sehr niedrige elektromagnetische Verluste^auf. Die Kurven, die zu den Magnetkernen 5 und 7 gehören, haben nahezu die gleiche'Form wie die Kurven F bzw. G, während die zu den Magnetkernen 9» 10 und 11 gehörigen Kurven nahezu den gleichen Verlauf wie die Kurve H aufweisen. Bei Temperaturen oberhalb 50⁰C weist die Kurve H im wesentlichen den gleichen Verlauf wie die Kurve F auf. Der betreffende Zweig der Kurve H ist aber in Fig. 2 nicht dargestellt, um eine An-

209811/1586

-9- 2U3439

PHB 32086

häufung von Linien im betreffenden Teil von Fig. 2, die die Deutlichkeit der Figur beeinträchtigen würde, zu vermeiden.

Aus den Kurven der Figuren 1 und 2 geht deutlich hervor, dass die Desakkommodation durch Zusatz der angegebenen Menge ZinnioneHj gegebenenfalls in Vereinigung mit einem Zusatz der angegebenen Menge Titanionen, erheblich herabgesetzt werden kann. ' . "

Wie aus der Tabelle II hervorgeht, entsprechen die Magnetkerne nach der Erfindung im übrigen den normalen, in der Praxis an aus Mangan-Zink-Ferroferrit bestehende Magnetkerne zu stellenden Anforderungen. Zur Erläuterung der Bedeutung der Symbole in Fig. 2 sei fol-.gendes erwähnt:

/U. = die magnetische Anfangspermeabilität des

ringförmigen luftspaltlosen Magnetkernes, 2h Stunden nach Entmagnetisierung des Magnetkernes ä bei einer Temperatur von 23⁰C und bei einer • Frequenz von 100 kHz gemessen; tg (J = der Verlustfaktor des ringförmigen luftspaltlosen Magnetkernes, bei einer Temperatur von 23°C und bei einer Frequenz von 100 kHz gemessen;

T E =-der Temperaturfaktor des Magnetkernes, definiert durch die Beziehung: ■

209811/1586.

- ¹⁰ - 2U3439

PHB 32086

t - t ) ~ ( ,u Y. -(t -t ) ^κ χ r^{; v}/ e't ^v χ r^;

in der (/u ), = die effektive magnetische / e t_x

Anfangspermeabilität des Magnetkernes bei der

T eraperatur t und ( /U ) = die eff ektive magx / e t_r

netische Permeabilität bei der Referenztemperatur t . Wenn die Länge des Luftspaltes im Magnetkern gleich, null ist, ist ( /u. ) die

' ^e χ magnetische Anfangspermeabilität des Magnet— kernmaterials bei der Temperatur t . Gewöhnlieh wird die Zimmertemperatur (23⁰C) als Referenztemperatur gewählt.

20981 1/1586

2H3439 PHB 32086

TABELLE II

Magnet kern No.	/^Ui	tg<$* 6 χ 10	Temperaturfaktor	TK x_r 10
1	1600	6	Temperaturbereich	0,6 0,2
2	1500	5	von + 5°C bis + 23⁰C von + 23°C bis + 85⁰C	0,3 0,3
3	*1100**	6	von - 10⁰C bis + 23°C von + 23°C bis + 85⁰C	0,5 0,6
h	1300	2,8	von - 30°C bis + 23°C von + 23°C bis + 85°C	1,1 0,8
5	1200	2 *!■	von - 30°C bis + 23°C von +23 ⁰C bis + 85⁰C	1,3 1,0
6	*ιωο**	3 ^4-	von - 30⁰C bis + 23°C von + 23⁰C bis + 85⁰C	1,0 0,8
von - 10°C bis + 23°C von + 23°C bis + 85⁰C

209811/1586

PHB 32086

Magnet kern No. :	1300	■ ■- iz 1O⁶	Temperaturfaktor	bis η	TK x, 10⁶
7			Temperaturbereich	bis η	1,2
	1300	2,5	von -	bis η	1,0
8			von H	bis η	1,0
	1200	3	von -	bis ■>	0,8
9			von η	bis η	1,0
	1300	2,2	von -	bis η	1,2
10			von η	bis η	0,8
	1200	3	von -	bis η	0,7
11			von ·)	bis η	1,1
	2,7	von -	ι- 23°C	1,0
		von η	ι- 85⁰C
	- 30°C	Y 23⁰C
ι- 23°C	H 85°C
- 30°C	Y 23°C
h 23°C	l· 85⁰C
■ 30⁰C	I- 23°C
γ 23°C	γ 85 ⁰C
- 30°C	r 23⁰C
ι- 23°C	γ 85⁰C
- 30°C
I- 23°C

209811/1586

Claims

- ¹³ - 2U3439

PHB 32086

Patentansprüche;

1. Magnetkern, der aus einem Mangan-Zink-Ferr-oferrit besteht, in dessen Kristallgitter Zinnionen und gegebenenfalls Titanionen eingebaut sind, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, die innerhalb der durch die folgenden Konzentrationsbereiche der Oxyde der im Ferrit vorhanden Metalle definierten Grenzen liegt:

24 - kO Mol.# MnO, 5 - 24 Molv£ ZnO,

41 - 48.5 Mol.#.Fe₂p ,

3-7 Mol.# FeO 1 - 4 Mol.# SnO₂ und 0-5 Mol.# ^Ti0

₂·

2. Magnetkern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, die innerhalb der durch die folgenden Konzentrationsbereiche der Oxyde der im Ferrit vorhandenen Metalle definierten Grenzen liegt: ' · 27 - ^O Mol.# MnO, 5-24 Mol.# ZnO, 41 - 47,5 Mol.# Fe₂O₃, 3-7 Mol.5t FeO, 2-4 Mol.# SnO₂ und 0-5 Mol.# TiO₂. 3· Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes

20 9 811/1S86

PHB 32Ο86

nach, einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein etwa vorerhitztes formgepresstes Gemisch der ferritbildenden Metalloxyde bei einer Temperatur zwischen 1150°C und 14OO°C gesintert wird, wobei während der Sinterung und der anschliessend stattfindenden Abkühlung des Sinterkörpers auf 1000°C der partielle Sauerstoffdruck des Gasgemisches (in Atmosphären ausgedrückt), in dem die Sinterung und die Abkühlung stattfinden, derart mit der Temperatur des Magnetkernes zusammenhängt, dass die Beziehung:

erfüllt wird, in der T die Temperatur in ⁰K ist, während C₁ und c_ Konstanten darstellen und. einen derartigen Wert aufweisen, dass, wenn P = 0,001 ist, die Tem-

^U2

peratur höher als 1040°C ist und dass bei einer Temperatur von 1350^oC P„ kleiner als 0,06 ist oder wäre, während bei der Abkühlung von 1000⁰C auf Zimmertemperatur P kleiner als 0,0003 ist.

h. Verfahren nach Anspruch 3# dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der ferritbildenden Metalloxyde völlig oder teilweise durch eine oder mehrere andere Verbindungen der betreffenden Metalle ersetzt sind, welche Verbindungen bei Erhitzung in die entsprechenden Metalle übergehen können.
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder ^t,

20981 1/1586

2U3439

PHB 32086

dadurch gekennzeichnet, dass der zu sinternde Körper 30 - 60 Minuten lang auf der Sinterteraperatur gehalten

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abkühlung von 1000⁰C auf Zimmertemperatur P_Q kleiner als 0,0001 ist.

20981 1/1586