DE2164465C2

DE2164465C2 - Mn-Zn-Ferrite für magnetische Aufzeichungs- und Wiedergabeköpfe

Info

Publication number: DE2164465C2
Application number: DE19712164465
Authority: DE
Inventors: Fujio Kanagawa Sato; Hisashi Watanabe; Isao Yamaga
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Akai Electric Co Ltd
Priority date: 1970-12-27
Filing date: 1971-12-24
Publication date: 1985-09-19
Also published as: NL173158C; NL7117868A; CA949777A; GB1373390A; FR2119091A1; DE2164465A1; NL173158B

Description

Die Erfindung betrifft Mn-Zn-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe, bei welchen die Ferrit-Eigenschaften durch Sn-Zusatz beeinflußt sind. Solche Mn-Zn-Ferrite sind bereits aus der DE-AS 12 23 734 bekannt

Die genannte Veröffentlichung beschreibt einen ferromagnetischen Mn-Zn-Ferrit welcher zwecks Verminderung der durch ihn hervorgerufenen Verluste als Zusatzmittel Sn-Oxid enthält, wobei bei dem bekannten Ferrit die Zinnionen zum Einsatz zweiwertiger Eisenionen in das Ferrit-Kristallgitter eingebaut sind. Auf diese Weise sollen der Elektronenaustausch zwischen zwei- und dreiwertigen Eisenionen sowie die Grundverlusie, d h. der Verlustfaktor für kleinste Frequenzen vermindert werden.

Ein derartiger zinnoxidhaltiger Mn-Zn-Ferrit zeigt jedoch ein recht hohes Ferritrauschen bei seiner Verwendung in magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfen.

Aus der GB-PS 10 71 611 ist ein Spinellferrit mit hoher magnetischer Permeabilität und hoher Dichte bekannt, bei welchem eine Vielzahl verschiedener Zusatzstoffe, wie auch Zinnoxid, enthalten sein können. Der Einbau der in der Veröffentlichung beschriebenen Zusatzstoffe in das Ferritgefüge führt jedoch zu keinen vorhersehbaren Effekten im Hinblick auf das Ferritrauschen.

Aus der DE-AS 10 80 919 sind ferner ferromagnetische Ferrite bekannt, die in den Korngrenzen der Ferritkristallite Kalzium-Ausscheidungen aufweisen.

Der Durchmesser dieser Ferritkristallite, in deren Grenzen die genannten Kalziuinausscheidungen vorliegen, liegt zwischen 5 und 20 μηι, um eine gute Permeabilität zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mn-Zn-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe, bei welchen die Ferrit-Eigenschaften durch Sn-Zusatz beeinflußt sind, zu schaffen, welche sich durch ein besonders geringes Ferritrauschen auszeichnen. Diese Aufgabe wird für polykristalline Mn-Zn-Ferrite durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale für Einkristall-Mn-Zn-Ferrite gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale.

Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, daß eine spürbare Verminderung des Ferritrauschens dadurch ermöglicht wird, daß den Ferritkristalliten ein mittlerer Durchmesser von weniger als 30 μιτι erteilt wird, wenngleich im Interesse einer hohen Verschleißfestigkeit vergleichsweise große Ferritkristallitdurchmesser erforderlich sind.

Beim Gegenstand nach der Erfindung sind jedoch überraschenderweise die Vorteile vergleichsweise großer Kristallitdurchmesser im Bezug auf die Verschleißfestigkeit mit den Vorteilen kleiner Ferritkristallitdurchmesser im Hinblick auf die angestrebte Verminderung des Ferritrauschens miteinander vereinigt so Zu diesem Zweck sind in die im Interesse einer hohen Verschleißfestigkeit vergleichsweise großdimensionierten Kristallkörner durch Einbau einer Vielzahl von unmagnetischen Dispersionsphasen in eine Vielzahl von scheinbar kleinen Ferritkristalliten unterteilt Dadurch sind in mechanischer Hinsicht große Kristallkörner und in bezug auf die elektromagnetischen Eigenschaften gleichzeitig kleine Kristallkörner vorhanden.

Mithin ist der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt in erster Linie darin zu sehen, daß

sowohl bei polykristallinen Mn-Zn-Ferriten wie auch bei Einkristall-Zn-Ferriten das Ausbilden verhältnismäßig kleiner magnetischer Domänen innerhalb vergleichsweise großen Kristallkörner bewußt herbeigeführt worden ist, indem innerhalb des Kristallkornes eines Vielzahl von unmagnetischen Dispersonionsphasen hervorgerufen worden ist.

Durch die erzielte Verkleinerung des mittleren scheinbaren Ferritkorndurchmessers auf weniger als 30 μιη

wird das Ferritrauschen deutlich herabgesetzt, weil das Magnetisierungsverhalten der Kristalle über eine derartige Herabsetzung des scheinbaren Ferritkorndurchmessers steuerbar ist Mit Hilfe der Erfindung sind somit polykristalline Mn-Zn-Ferrite geschaffen, deren mittlerer Ferritkristalldurchmesser in der Tat mehr als 30 μπι beträgt, deren mittlerer scheinbarer Ferritkorndurchmesser jedoch weniger als 30 μπι beträgt, wobei diese scheinbaren Durchmesser durch Ausscheiden von Dispersionsphasen (SnOj) im Inneren der Fei ritkristall körner mittels Dotierung. Zusatz oder Diffusion hervorgerufen sind.

Im Fall von Einkristall-Mn-Zn-Ferriten schafft die Erfindung mittlere scheinbare Ferritkorndurchmesser von weniger als 30 μπι, wobei dieser scheinbare Korndurchmesser durch Ausscheiden von Dispersionsphasen (SnO2) in dem Einkristall mittels Dotierung, Zusatz oder Diffusion hervorgerufen ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der scheinbare Ferritkorndurchmesser nicht kleiner als 5 μητ.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.

In dieser zeigt:

F i g. 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,

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Ferritrauschens in Abhängigkeit der Korngröße der Ferritkristalle und

F i g. 4 und 5 eine Mikrofotographie und eine JZlektronen-Mikro-Photographie 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 Der Magnetkopf 4 enthält einen magnetischen Kern, der aus einem hochdichten Ferrit oder einem einkristallinen Ferrit besteht. Die Zuführungsspule ! 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 Rauschsignal wird über einen Verstärker 5 an eine Anzeigeeinrichtung 6, z. B. ein Röhrenvoltmeter gegeben.

Bei der vorliegenden Erfindung wurden hochdichte Mangan-Zink-Ferrite, wie heißgepreßte Ferrite und vakuumgesinterte Ferrite und nach der Bridgman-Methode hergestellte einkristaliine 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 Durchmesser (μηι)

Sättigung

Flußdichte

Bs(Gauß)

Koerzitiv-Kraft
Hc (Oersted)

Permeabilität
μ(1 KHz)

45

55 60

10,5	4800	0,13
18,5	4100	0,02
37,5	3400	0,02
54,0	3500	0,02
70,0	4800	0,06
Einkristall	5200	0,02

3 000

5 050

10 000

3 300

3 800

Die Magnetköpfe wurden in einem Tonbandgerät verwendet und die Messung wurde mit der in Fig. i dargestellten Anordnung zur Messung des Ferritrauschens durchgeführt, um die Abhängigkeit zwischen der Spannung des Magnetbandes und dem von den Magnetkernen der Magnetköpfe erzeugten Ferritrauschens 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 F i g. 2 dargestellt.

Daraus ergibt sich, daß das Ferritrauschen mit wachsender Magnetbardspannung 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 F i g. 3 dargestellt.

Aus den Fi g. 2 und 3 ist leicht zu erkennen, daß das Ferritrauschen mit wachsender Korngröße der Ferritkristalle ansteigt. Da der höchste Wert für den Rauschpegel vorzugsweise niedriger als — 63 db für das Signal-Rausch-Verhältnis gewöhnlicher Bandgeräte ist, ist aus F i g. 3 zu ersehen, daß ein Korndurchmesser der Ferritkristalle möglichst kleiner als 30 μπι sein soll.

Andererseits konnte durch Versuche festgestellt werden, daß Ferritkristalle mit einem Korndurchmesser von weniger als 5 μηι nur schwer die für Magnet'.:öpfe 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 dem umlaufenden Magnetband schwierig wurde.

Es ist allgemein bekannt, daß der Korndurchmesser der Ferrite möglichst groß gewählt werden soll, z. B. zwischen 30 und 200 μΐη, um eine Abtrennung von Kristalliten 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 dispergiertc Ausscheidung unterschiedlicher Phasen in dem Kristall stattfindet.

So wurde /. B. ein hochüichtes Mangen-Zink-Ferrit, dessen Korndurchmesser zwischen 50 um und 200 μηι

betrug, einer solchen Dotierungsbehandlung mit einem bestimmten 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 μΐη. Die Rauscheigenschaften dieses hochdichten Ferrites fielen dann in den in F i g. 2 durch schräge Striche angedeuteten Bereich. Daraus ergibt sich, daß das noch auftretende Rauschen 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 Diffusionsbehandlung mit einem bestimmten Element ausgesetzt, damit sich in diesem unterschiedliche Phasen dispergiert ausschieden, z. B. Zinnoxyd, von denen jede 0,2 μΐη breit und einige μίτι lang war. Auf diese Weise wurde als Beispiel ein Einkristall-Ferrit erhalten, der einen scheinbaren, durchschnittlichen Korngrößendurchmesser von 10 μηι hatte. Der so erhaltene Ferrit hat eine Anfangspermeabilität von mehr als 1000 (kHz) und sein Ferritrauschen war annähernd gleich dem der Proben 1 und 2, wie es in F i g. 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 F i g. 4 gezeigt ist, wobei die längli- !5 chen Phasen in weiß dargestellt sind.

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-Hemalite oder Wüstite-Phasen erreicht werden kann. Dieses letztere Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß Ferritkristalle gegenüber einer atmosphärischen Behandlung empfindlich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdichte Mn-Zn-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe, bei welchen die Ferrit-Eigenschaften durch Sn-Zusatz beeinflußt sind, gekennzeichnet durch einen mittleren

Durchmesser der in den Ferriten enthaltenen Ferritkristallkömer von mehr als 30 μπι und einen mittleren

scheinbaren Ferritkorndurchmesser von weniger als 30 μπτ, wobei diese scheinbaren Durchmesser durch Ausscheiden von Dispersionsphasen (SnO2) im Inneren der Ferritkristallkörner mittels Dotierung, Zusatz oder Diffusion hervorgerufen sind.

2. Einkristall-Mn-Zn-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe, bei welchen die Ferriteigenschaften durch Sn-Zusatz beeinflußt sind, gekennzeichnet durch einen mittleren scheinbaren Ferritkorndurchmesser von weniger als 30 μητ, wobei dieser scheinbare Korndurchmesser durch Ausscheiden von Dispersionsphasen (SnOz) in dem Einkristall mittels Dotierung, Zusatz oder Diffusion hervorgerufen ist

3. Ferrite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der scheinbare Ferritkorndurchmesser nicht kleiner ist als 5 μιη.