DE2164465A1

DE2164465A1 - Hochdichte Mangan Zink Ferrite für magnetische Aufzeichnungs und Wiedergabe köpfe

Info

Publication number: DE2164465A1
Application number: DE19712164465
Authority: DE
Inventors: Hisashi Yamaga Isao Sato Fujio Kanagawa Watanabe (Japan) M
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Akai Electric Co Ltd
Priority date: 1970-12-27
Filing date: 1971-12-24
Publication date: 1972-12-21
Also published as: NL173158C; NL7117868A; CA949777A; DE2164465C2; GB1373390A; FR2119091A1; NL173158B

Description

DIPL.-ING. A. GHÜNECKER OR.-ING. H. KINKELDEY DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. icaur inst. o* techn >

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80» MÜNCHEN 22 Maximiliunttrciß· 43 Telefon ,i»7100/J9 67/Λ Telegramme Monopol München Telex 05-JS380

P 4447

M/Hä

24. Dezember 1971

Akai Electric Co., Ltd.of ITo- 12-14 2-chome, Higashi-Kojiya
Ohta-ku, Q?okyo, Japan

Hochdichte Mangan-Zink--Ferrite für magnetische Aufzeichnunga- und Wiedergabeköpfe

Die Erfindung bezieht sich auf hochdichtc Nangan-Zink-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe, wie sie z.B. zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Ton und Bild bei Magnetbandgeräten benutzt werden.

In jüngster Zeit v/erden bei magnetischen Aufzeichnungsund Wiedergabegeräten hauptsächlich Ferrite und besonders Mangan-Zink-Ferrite benutzt, die die bisher verwendeten Legierurigsstoffe wie Permalloy und Seridusf

j ο ersetzt haben.

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Pur die magnetischen Kerne von Magnetkopfen werden Ferrite wegen ihrer hohen Verschleißfestigkeit und ihren ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften, wie magnetischer Sättigung, Koerzitivkraft und Permeabilität, neben ihren ausgezeichneten Hochfrequenaeigenschaften besonders gern benutzt. Andererseits erzeugen aber Magnetköpfe aus Ferriten ein charakteristisches Räuschen, das durch ihre aReibung gegen das Magnetband verursacht v/ird, das auch als "Ferritrauschen" bezeichnet wird, wenn diese Perritköpfe in Berührung mit einem umlaufenden Magnetband benutzt werden, wodurch sich im Wiedergabebetrieb eines magnetischen Aufzeichnungsgerätes eine Verschlechterung des Signal-Hauschverhältnisses ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, neue Mangan-Zink-Ferrite anzugeben, die bei ihrer Verwendung für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe bei minimalem Verschleiß und unverändert guten magnetischen und auch Hochfrequenzeigenschaften kein zusätzliches Rauschen erzeugen, so daß also das Signal-Rausch-Verhältnis unabhängig von dem jeweils verwendeten Magnetkopf optimal bleibt.

Bei hochdichten Mangan-Zink-Ferriten für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe ist diese .aufgäbe gemäß einer ersten Lösung der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ferrikörner einen durchschnittlichen Korndurchmesser von weniger als 30 um haben.

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Es wurde festgestellt, daß bei einer Korngröße von vorzugsweise weniger als 50 pm das Ferritrauschen auf einen solchen Wert vermindert werden kann, daß dieses Rauschen keinerlei Hindernis für die praktische Verwendung derartiger Magnetköpfe bedeutet.

Gemäß einer anderen Lösung der Erfindung enthalten die Ferrite verschiedene, dispergiert ausgeschiedene Phasen, die durch Dotierung, Addition oder Diffusion bestimmter Elemente in die Ferritkorner erzeugbar sind.

Hach dieser Lösung der Erfindung können unter Beibehaltung der bisher verwendeten Korngrößen in den Ferritkörnern durch Einbringung geeigneter Elemente derart verschiedene Phasen ausgeschieden werden, daß sich eine scheinbare, sehr kleine Korn- oder Kristallgröße ergibt, die ebenfalls das störende Ferritrauschen erheblich vermindert.

Bei einer Ausgestaltung dieser letzten erfindungsgemäßen Lösung ist das für den Magnetkopf verwendete Ferrit ein Einkristall.

Es wurden mit verschiedenen hochdichten Mangan-Zink-Ferriten und auch einkristallinen Mangan-Zink-Ferriten Versuche gemacht, wobei die Versuchsergebnisse im Hinblick auf das Rauschen, die magnetischen Eigenschaften und die Kristallstruktur untersucht wurden. Dabei ergab sich, daß das Ferritrauschen etwas mit den magnetischen Verlusten zu tun haben muß, die bei der Magnetisierung der Farrite

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durch Bewegung der einzelnen Gebietsgrenzen auftreten und daß das Ferritrauseben in enger Verbindung zur Korngröße der Ferritkristalle und insbesondere beim-Anwachsen der Korngrößen sich ebenfalls vergrößert.

Die Versuchsergebnisse ergaben,daß die Korngröße der Fjerritkristalle kleiner als 20 pm sein muß, um das Ferritrauschen auf einen solchen Wert herabzudrücken, daß dieses Rauschen kein Hindernis für den praktischen Einsatz von Ferrit-Magnetköpfen bedeutet.

Es wurden hochdichte Mangan-Zink-Ferrite und einkristalline Mangan-Zink-Ferrite als Magnetkopfmaterial bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe benutzt, Jedoch hat letzterer den Nachteil, daß sich von dem Ferritkristall an seiner Oberfläche infolge der Reibung gegen das umlaufende Magnetband Kristallite trennen können. Dadurch kann eine Errosion des Kopfspaltes des Magnetkopfes auftreten.

Gemäß der Erfindung wurden Ferritkristalle geschaffen, deren scheinbare Korngröße klein genug ist, um mit ihnen die vorstehend beschriebenen Versuchsergebnisse zu erreichen, indem innerhalb des Ferritkristalls-unterschiedliche Phasen dispergiert ausgeschieden wurden. Dabei wurde festgestellt, daß bei einer scheinbaren Verringerung der Korngröße der Ferritkristalle auch das Ferritrauschen entsprechend vermindert wird, da das Magnetisierungsverhalten der Kristalle durch eine solche Verringerung der Korngröße steuerbar ist.

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Nach der erfindungsgemäßen Lehre werden daher Mangan-Zink-Ferrite geschaffen, die entweder eine Korngröße

von weniger als 30 um aufweisen oder aber bei einer größeren Korngröße der Kristalle oder sogar bei der Ausführung eines Magnetkopfes als Einkristall durch Behandlung der Ferrite die scheinbare Korngröße soweit verringert wird, daß ebenfalls eine entscheidende Verminderung des Ferritrauschens auftritt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Messung des Ferritrauschens,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die das Ferritrauschen von Ferriten unterschiedlicher Korngröße in Abhängigkeit der Magnetbandspannung zeigt,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Ferritrauschons in Abhängigkeit der Korngröße der Ferritkristalle und

Fig. 4- und 5 eine Mikrofotografie und eine Elektronen-MikroFotograf ie eines gemäß der Erfindung behandelten einzigen Ferritkristalls.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zur Messung des Ferritrauschens wird ein Magnetband 3 in einer durch den Pfeil angegebenen Richtung von einer Zuführungsspule 1 an eine Aufwickelspule 2 gegeben, wobei ein Magnetkopf 4 zwischen den Spulen 1 und 2 in Berührung mit dem Band 3 angeordnet ist. DerMagnetkopf 4- enthält einen magnetischen

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Kern, der aus einem hochdichten Ferrit oder einem einkristallinen Ferrit besteht. Die Zuführungsspule 1 wird von einem Elektromotor M angetrieben, der mit einer Steuerschaltung 7 für die Bandspannung versehen ist, so daß die dem Magnetband 3 erteilte Bandspannung gesteuert werden kann. Das vom Magnetkopf 4 kommende ^fRauschsignal wird über .einen Verstärker 5 an eine Anzeigeeinrichtung 6, z.B= ein Röhrenvoltmeter gegeben.

Bei der vorliegenden Erfindung wurden hochdichte

fe Mangan-Zink-Ferrite, wie heißgepreßte Ferrite und vakuumgesinterte Ferrite und nach der Bridgman^Methode hergestellte einkristalline Mangan-Zink-Ferrite als Versuchsobjekte benutzt.

Bei den Versuchen wurden Magnetköpfe benutzt> die Magnetkerne aus hochdichten Mangan-Zink-Ferritmaterialien, den Proben Nr. 1 bis 5»und ein einkristallines Mangan-Zink-Ferritmaterial, der Probe Nr. 6, aufwiesen, deren Korndurchmesser und magnetische Eigenschaften in der folgenden Tabelle zusammengefaßt sind:

Eigenschaften Korngröße Sättigung Koerzitiv- Permeabilität W Durch- Fluß Kraft

Probe

(pm) Bs(Gauss) Hc(Oersted) ju( 1KIIz)

1 . 10.5 4800 0.13 3000

2 18.5 4100 0.02 5050

3 37.5 3400 0*02 10000

4 54.0 3500 0.02 10000

5 70.0 4800 0.06 3300

6 Einkristall 5200 0.02 3B00

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Die Magnetköpfe wurden in einem Tonbandgerät verwendet und die Messung wurde mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Messung des Ferritrauschens durchgeführt, um die Abhängigkeit zwischen der Spannung des Magnetbandes und dem von den Magnetkernen der Magnetköpfe erzeugten Ferritrauschen herauszufinden· Die Messungen des Signal-Rausch-Verhältnisses wurden nach den N.A.B.-Vorschriften bei einer Bandgeschwindigkeit von 19 cm/sec mit einem Ampex-Testband Nr. 01-31321-01^ durchgeführt.

Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt.

Daraus ergibt sich, daß das Ferritrauschen mit wachsender Hagnetbandspannung ansteigt und diese Steigung sehr viel größer ist für einen Einkristallferrit, der Probe Nr. 6, als für hochdichte Ferrite, den Proben Nr. 1 bis 5·

Mit !Rücksicht darauf, daß die Bandspannung normaler Bandgeräte etwa bei 250 g liegt, wurde für diesen Spannungswert die Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses von der Korngröße der Ferritkristalle in Fig. 3 dargestellt.

Aus den Fig. 2 und 3 ist leicht zu erkennen, daß das Ferritrauschen mit wachsender Korngröße der Ferritkristalle ansteigt. Da der höchste ¥ert für den Rauschpegel vorzugsweise niedriger als -63 db für das Signal-Rausch-Verhältnis gewöhnlicher Bandgeräte ist_s ist aus Fig. J su ersehen, daß ein Korndurchmesser dsr Ferritkristalle ©©glichst kleiner als 30um sein soll.

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Andererseits konnte durch Versuche festgestellt werden, daß Ferritkristalle mit einem Korndurchmesser von weniger als 5 um nur schwer die für Magnetköpfe erforderlichen magnetischen Eigenschaften noch aufbringen können und daß die Herstellung von für Magnetköpfe geeigneten Ferriten infolge der Abtrennung von Kristalliten von der Oberfläche des Ferritkristalls während dessen Reibung an l^em umlaufenden Magnetband schwierig wurde.

Es ist allgemein bekannt, daß der Korndurchmesser der Ferrite möglichst groß gewählt werden soll, z. B. zwischen 50 und 200 pm, um eine Abtrennung von Xristaliiten von der Oberfläche der Ferrite zu vermeiden. Aus den vorstehend erläuterten Versuchsergebnissen ergibt sich jedoch, daß andererseits das Ferritrauschen mit wachsendem Durchmesser der Korngröße der Kristalle ansteigt. Erfindungsgemäß können beide Bedingungen dadurch erfüllt werden, daß die scheinbare Korngröße der Ferritkristalle kleiner gemacht wird,-obwohl deren tatsächliche Korngröße groß genug ist, damit keine Abtrennung von Kristalliten von der Kristalloberfläche auftritt» Dieses wird durch Injektion bzw. Dotierung, Addition oder Diffusion bestimmter Elemente, wie Zinn, in das Ferritkristall erreicht, wodurch eine dispergierte Ausscheidung unterschiedlicher Phasen in dem Kristall stattfindet.

So .wurde z. B. ein hochdichtes Mangan-Zink-Ferrit, dessen Korndurchmesser zwischen 50 \w und 200 um betrug, einer solchen Dotierungsbehandlung mit einem bestimmten

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Element unterworfen, wodurch innerhalb des Kristalls sich eine sehr große Zahl sehr kleiner unterschiedlicher. Phasen ausgeschieden haben. Die.scheinbare Korngröße des Ferrits betrug danach nur noch 10 bis 17 pm· Die Rauscheigenschaften dieses hochdichtari Ferrites fielen djinn in den in Fig. 2 durch schräge Striche angedeuteten Bereich. Daraus ergibt sich, daß das noch auftretende Kauschen so klein war, daß dieser Ferrit in Magnetköpfen sehr gut verwendet werden konnte.

In ähnlicher Weise wurde ein einkristalliner Mangan-Zink-Ferrit einer Dotierungs- oder Diffusionsbehand3.ur.ig mit einem bestimmten Element ausgesetzt, damit sich in diesem unterschiedliche Phasen dispergiert ausschieden, z. B. Zinnoxyd, von denen jede 0,2 pm breit und einige um lang war. Auf diese Weise wurde als Beispiel ein Einkristall-Ferrit erhalten, der einen scheinbaren, durchschnittlichen Korngrößendurchmesser, von 10 pm hatte. Der so erhaltene Ferrit hat eine Anfangspermeabilität von mehr als 1000 (1KHz) und sein Ferritrauschen.war annähernd gleich dem der Proben 1 und 2, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 4- zeigt eine Mikrofotografie eines einkristallinen Ferrits, wobei die unterschiedlichen ausgeschiedenen Phasen in diesem durch eine Vielzahl sehr kleiner schwarzer Flecken zu erkennen sind. Fig. 5 zeigt eine Elektronen-Mikro-Fotografie einer vergrößerten Kristallstruktur, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die länglichen Phasen in weiß dargestellt sind.

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Es ist darauf hinzuweisen, daß dispergierte Ausscheidung unterschiedlicher Phasen in Kristallen nicht nur durch Dotierung, Addition oder Diffusion bestimmter Elemente in diesen erreicht werden kann, sondern genauso durch eine atmosphärische Behandlung, wie eine Wärmebehandlung der Ferritkristalle zur Bildung von Alpha-Hematite oder Wüstite-Phasen erreicht werden kann. Dieses letztere Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß JFerritkristalle gegenüber einer atmosphärischen Behandlung empfindlich sind.

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Claims

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Patentansprüche

rlJ Hochdichte Mangan -Zink-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfe^ dadurch .ge k e η η — ζ e icha et , daß die Ferrikörner einen durchschnittlichen Kqrndurchniesser von weniger als 30 μια hahen.
2. Hochdichte Mangan-Zink-ITerrite für magnetische Aufzeichmings- und Wiedergabeköpfc, dadurch gekennzeichnet , daß die Ferrite verschiedene, dispergiert ausgeschiedene Phasen enthalten, die durch Dotierung, Addition oder Diffusion bestimmter Eleiaente in die Perritkörner erzeugbar sind.

$. Mangan-Zink-Ferrite nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Ferrit für den Hagnetkopf ein Einkristall ist.

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