DE2256812B2

DE2256812B2 - Für die Verwendung in Hochfrequenzmagnetfeldern bestimmter Ferrit mit einer Granat-Kristallstruktur

Info

Publication number: DE2256812B2
Application number: DE19722256812
Authority: DE
Inventors: Toshiharu Hoshi; Yasuhiko Machida; Yasuhiko Nakayama; Tokio Yamadaya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1972-11-20
Publication date: 1980-11-20
Also published as: NL7215590A; DE2256812C3; DE2256812A1; CA988705A; NL148863B

Description

03 <x < 0,75; 03
0,5 <z<!,7.

^ 0,7;

Die Erfindung betrifft Ferrite mit Granatstruktur, die in einem Hochfrequenz-Magnetfeld verwendet werden.

Ein magnetisches Material für Hochfrequenz-Magnetfelder soll eine Curie-Temperatur, die in ausreichender Weise über der Raumtemperatur liegt, und eine genügend geringe Halblinienbreite AH der ferromagnetischen Resonanzabsorption aufweisen.

Ein typisches derartiges magnetisches Material ist ein Granattyp-Ferrit des Y-Ca-V-Systems, der einen vorteilhaften Wert für die Sättigungsmagnetisierung aufweist, der in Abhängigkeit von den Anteilen der Komponenten in dem Ferrit variabel ist. Der Ferrit vom Granattyp des Y-Ca-V-Systems besitzt weiter den Vorteil, daß die Curie-Temperatur des Ferrits nicht nennenswert abnimmt, selbst wenn der Wert für die Sättigungsmagnetisierung des Ferrits abnimmt. Aus der DE-OS 21 13 344 ist ein Ferrit mit Granat-Kristallstruktur bekannt, der folgende Zusammensetzung hat:

Dieser Ferrit hat eine ausreichende Sättigungsmagnetisierung und eine brauchbare Curie-Temperatur, jedoch eine große Halblinienbreite von 6400 bis 8000 A/m.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, einen Ferrit zu schaffen, der bei hohen Frequenzen eine möglichst geringe Halblinienbreite AH der ferromagnetischen Resonanz aufweist, dessen Sättigungsmagnetisierung über einen großen Bereich eingestellt werden kann und daß eine bessere Temperaturkonstanz der Sättigungsmagnetisierung erzielt wird, ohne daß die übrigen, für die Anwendung bestimmenden Eigenschaften nennenswert verschlechtert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Ferrit mit Granat-Kristallstruktur folgender Zusammensetzung verwendet wird:

wobei

0,3 <x< 0,75; 0,3 ^ yi 0,7;
0,5<z<l,7

Ein teilweiser Ersatz von Fe durch Zr bei Ferriten ähnlicher Zusammensetzung ist zwar aus »Journal of Appl. Phys.35 (1964)« S. 570-572 oder aus der US-PS 30 06 854 bekannt, jedoch ist diesen Literaturstellen kein Hinweis auf den Einfluß eines solchen Ersatzes auf die Halblinienbreite zu entnehmen. Für die Einstellung einer besseren Temperaturkonstanz der Sättigungsmagnetisierung ist es aus der US-PS 31 32 105 bekannt, Y-Fe-Ferriten mit Granatkristailstruktur unter anderem Gd zuzusetzen.

s Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung einer Änderungskurve des Werts für die Sättigungsmagnetisierung eines Ferrits der Zusammensetzung

ι, r*

Fig.2 ist eine graphische Darstellung einer Änderungskurve der Halblinienbreite der ferromagnetischen Resonanzabsorption des vorstehend genannten Ferrits, hinsichtlich des Anteils der Zr-Komponente;

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Halblinienbreite der ferromagnetischen Resonanzabsorption des vorstehend genannten Ferrits, bezogen auf den Anteil der V-Komponente;

Fig.4 ist eine graphische Darstellung des Werts für

die Sättigungsmagnetisierung, der Halblinienbreite der ferromagnetischen Resonanzabsorption und der

Curie-Temperatur des vorstehend genannten Ferrits; F ■ g. 5 ist eine graphische Darstellung des Werts für

die Sättigungsmagnetisierung, der Halblinienbreite der ferromagnetischen Resonanzabsorption und der Curie-Temperatur des vorstehend genannten Ferrits;

F i g. 6 ist eine graphische Darstellung der Änderungen der Sättigungsmagnetisierung von erfindungs-

«) gemäßen Ferriten hinsichtlich der Temperatur;

Fig.7 ist eine graphische Darstellung der Änderungen der Halblinienbreite der ferromagnetischen Resonanzabsorption von erfindungsgemäßen Ferriten hinsichtlich der Gd-Komponente.

Ein erfindungsgemäßer magnetischer Ferrit des Granattyps wird durch die Formel

dargestellt.

Durch Versuche hat sich gezeigt, daß der vorstehende magnetische Ferrit eine Kristallstruktur vom Granattyp besitzt, wenn die Werte χ und y in den Bereichen 0 <2x+y<3 und 0 <x <1,5 liegen. Wenn im Gegensatz hierzu die Werte χ und y außerhalb dieser Bereiche liegen, so schließt der Ferrit unerwünschte unterschiedliche Phasen ein. Werden andererseits die Werte χ und y innerhalb der Bereiche geändert, so variiert der Wert für die Sättigungsmagnetisierung des Ferrits in einem Bereich bis zu 0,19T. Die Fig. 1 veranschaulicht die Kurve für die Änderung des Werts für die Sättigungsmagnetisierung des Ferrits für den Fall y—Q,5.

Es ist bekannt, daß die Halblinienbreite AH der ferromagnetischen Resonanzabsorption ausgedrückt werden kann durch

AH=AHi+AHa + AHp+AHr

worin AHi die eigentliche (intrinsic) Halblinienbreite ist;

AHa die magnetische Anisotropie-Halblinienbreite ist, die von der magnetischen Anisotropie des Ferrits abhängt;

dWpdie Porositäts-Halblinienbreite ist, die von der Porosität des Ferrits abhängt; und
AHr die Relaxations-Verunreinigungs-Halblinienbreite ist, die durch Verunreinigungen hervorgerufen wird, die in dem Ferrit enthalten sind, die die Relaxationszeit des »Spins« des Atoms in dem Kristall des Ferrits beeinflussen.

Die Halblinienbreite 4//r ist vernachlässigbar gering, wenn genügend reine Ausgangsmaterialien zur Herstellung des Ferrits verwendet werden. Daher müssen zur Verminderung der Halblinienbreite dts Ferrits die Halblinienbreiten der magnetischen Anisotropie und Porosität, AHa und AHp, verminder; werden. An dieser Stelle sei bemerkt, daß die Fe-Komponente des erfindungsgemäßen Ferrits teilweise durch die Zr-Komponente ersetzt ist, so daß der erfindungsgemäße Ferrit eine verminderte Halblinienbreite AHa der magnetischen Anisotropie aufweist Da darüber hinaus die Zr-Komponente, die in dem Ferrit enthalten ist, die Sintereigenschaft des Ferrits nicht beeinflußt, kann der erfindungsgemäße Ferrit vorteilhaft gesintert werden. Dementsprechend besitzt der Ferrit eine verminderte Porositäts-Halblinienbreite AHp, wenn er in geeigneter Weise gesintert wird.

Die F i g. 2 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Halblinienbreite Λ Wund dem Wert y, der die Menge der Zr-Komponente darstellt, für den Fall, das χ den Wert 0,7 darstellt und ein Magnetfeld von 9GHz verwendet wird. Aus der Figur geht hervor, daß die Halblinienbreite AH allmählich abnimmt, wenn der Wert y ansteigt.

Die Porositäts-Halblinienbreite AHp kann durch ein geeignetes Herstellungsverfahren verkleinert werden, das Calcinierung, Druckformung und Sintern umfaßt

Die F i g. 3 veranschaulicht die Beziehungen zwischen der Halblinienbreite AH und dem Wert χ für den Fall von y= 0 und y=0,5. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Halblinienbreite AH des Ferrits, worin ^= 0,5, konstant gering ist, selbst wenn der Wert χ geändert wird.

Die F i g. 4 und 5 veranschaulichen Änderungen der Halblinienbreite AH, des Werts für die Sättigungs- « magnetisierung σ und der Curie-Temperatur Tc des Ferrits in Abhängigkeit der Werte yoder x. Bekanntlich ist es für magnetisches Material auf dem Hochfrequenz-Gebiet nicht nur erforderlich, eine geringe Halblinienbreite aufzuweisen, sondern auch eine Curie-Temperatur, die ausreichend über der Raumtemperatur liegt Wie die F i g. 3,4 und 5 zeigen, sollten die Bedingungen 0,2 <x <0,8 und 0,3 <y <0,7 eingehalten werden, wenn eine Halblinienbreite Δ Η unter etwa 1600 A/m und eine Curie-Temperatur über etwa 100⁰C erforderlich sind. Aus diesen Figuren geht weiter hervor, daß die Halblinienbreite AH des erfindungsgemäßen Ferrits für den Fall 0,3 < χ < 0,75 bei 320-400 A/m liegt und für den Fall 0,3 <y <0,7 etwa gleich 80 A/m ist und bei x=0,4 und /=0,4 den w minimalen Wert von 144 A/m aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ferrit vom Granattyp geschaffen, der zusätzlich zu den vorstehenden angegebenen Eigenschaften den Vorteil besitzt, daß sein Wert für die Sättigungsmagnetisierung v> im allgemeinen konstant ist, auch wenn die Temperatur der Umgebung ändert. Der spezielle Ferrit vom Granattyp gemäß der Erfindung ist ein Y-Ca-V-Ferritsystem, in dem die Fe-Komponente teilweise durch die Zr-Komponente ersetzt ist und die Y-Komponente <>o teilweise durch die Gd-Komponente ersetzt ist und der durch die folgende allgemeine Formel dargestellt wird:

worin 0,9 < 2x+y< 2,2 und 0,3 <x< 0,75.

Es ist bekannt, daß der Wert 0 für die Sättigungsmagnetisierung des Ferrks hauptsächlich von dem Elektronen-»Spin« in den Fe-Atomen abhängt und dementsprechend der Wert σ abfällt, wenn die Temperatur der Umgebung ansteigt Es wurde nun festgestellt, daß der E)ektronen-»Spin« des Gadoliniums den des Eisens kompensiert, solange die Temperatur der Umgebung in einem gewissen Bereich liegt Da der durch die vorstehende Formel dargestellte Ferrit eine Gd-Komponente aufweist, die den Einfluß der Fe-Komponente auf den Wert σ der Sättigungsmagnetisierung ausgleicht, ist der Wert σ für die Sättigungsmagnetisierung des erfindungsgemäßen Ferrits im allgemeinen in dem Temperaturbereich konstant

Der erfindungsgemäße Ferrit kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Dabei werden zuerst die gewünschten Mengen der Materialien Y₂O₃, Gd₂O₃, CaCO₃, Fe₂O₃, ZrO₂ und V₂O₃ hergestellt Die hergestellten Materialien werden vermählen und miteinander mit einer Kugelmühle während 10 bis 24 Stunden vermischt Die gemahlenen und vermischten Materialien werden anschließend an der Luft bei einer Temperatur von 950 bis 1150⁰C während mehr als etwa 2 Stunden calciniert. Die calcinieren Materialien werden nochmals mit einer Kugelmühle gemahlen und anschließend nochmals in der Sauerstoff-Atmosphäre bei Temperaturen in der Größenordnung von 1150° C während etwa 12 Stunden calciniert, um jegliche Spuren eines Materials einer zweiten Phase, aufgrund der unterschiedlichen Schmelzpunkte der Materialien auszuschalten. Die calcinierten Materialien werden erneut vermählen und zu Pellets gepreßt, worauf sie in der Sauerstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur von 1270 bis 1350⁰C während 6 bis 8 Stunden gesintert werden, wobei der gewünschte Ferrit erhalten wird.

Die F i g. 6 veranschaulicht die Beziehungen zwischen dem Wert für die Sättigungsmagnetisierung und die Temperatur der Umgebung, für verschiedene Ferrite, wenn die Werte χ und y, die den V- und Zr-Komponenten entsprechen, auf 0,4 gehalten werden und der Wert z, der der Gd-Komponente entspricht, zwischen 0,5 und 1,7 variiert wird. Aus Fig.6 ist ersichtlich, daß mit dem Anwachsen des Anteils der Gd-Komponente der Wert ο für die Sättigungsmagnetisierung bei Raumtemperatur vermindert wird und der Grad der durch die Temperaturänderung bedingten Änderung des Werts 0 abnimmt.

Aus der Figur ist weiter ersichtlich, daß der Wert 0 für die Sättigungsmagnetisierung einen Maximalpunkt innerhalb -200 bis 200° C aufweist, solange ζ größer als 0,5 ist, und daß sich die Werte in der Gegend des Maximalwerts relativ wenig ändern. Zusätzlich verlagern sich die Maximalwerte für den Wert σ nach der Seite der höheren Temperatur und die Teile mit geringer Neigung in der Gegend der Maximalwerte werden weiter, wenn der Wert von ζ ansteigt.

F i g. 7 veranschaulicht die Beziehungen zwischen der Halblinienbreite ΔΗ und dem Anteil der Gd-Komponente, wenn x=0,4 und y=0,4, 0,5 oder 0,6. Wie aus F i g. 7 ersichtlich ist, wächst die Halblinienbreite Δ H an, wenn der Wert ζ der Gd-Komponente ansteigt. Dagegen ist die Halblinienbre^:te4//des Ferrits dieser Art wesentlich geringer als die Halblinienbreiten von üblichen Y-Ca-V-Systemen des Ferrits vom Granattyp, während die Halblinienbreite AHdes Ferrits bei z= 1,7 enva 2000 A/m beträgt.

Da andererseits der flache Anteil der Kurven für den Wert σ von der Seite der geringeren Temperatur auf die Seite der höheren Temperatur in Übereinstimmung mit dem Wert ζ verschoben wird, wird der Wert für ζ in Anbetracht der Temperatur der Umgebung einer

Vorrichtung gewählt, in der der Ferrit verwendet wird. Beispielsweise wird der Wert ζ von 1,2 bis 1,7 gewählt, wenn die Temperatur der Umgebung im Bereich der Normaltemperatur liegt, und der Wert für ζ von 0,7 bis 0,9 gewählt, wenn die Temperatur der Umgebung bei — 100⁰C liegt. In Anbetracht von anderen Bedingungen kann der optimale Wert für den Wert ζ bestimmt werden.

Es ist festzustellen, daß der erfindungsgemäße Ferrit vom Granattyp, dargestellt durch die allgemeine Formel

folgende Vorteile besitzt:

1. Der Wert σ für die Sättigungsmagnetisierung kann durch Variieren der Anteile der Ca- und V- Kornpo- ι ^r> nenten reguliert werden;

2. Die Curie-Temperatur fällt nicht nennenswert ab, selbst wenn der Wert ο für die Sättigungsmagnetisierung vermindert wird;

3. die Haiblinienbreite ΔΗ der ferromagnetischen Resonanzabsorption ist äußerst gering und

4. die Temperaturänderung seines Wertes α für die Sättigungsmagnetisierung wird unterdrückt.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß ein verbesserter Ferrit des Granattyps geschaffen wurde. Die beschriebenen Ferrite sind insbesondere zur Anwendung auf dem Hochfrequenz-Gebiet und ganz besonders im UHF bis zum Mikrowellen-Gebiet geeignet.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Für die Verwendung in Hochfrequenzmagnetfeldern bestimmter Ferrit mit Granatkristalistruktur der Formel

dadurch gekennzeichnet, daß M durchZr substituiert ist und das Y3_2,_j,__zzum Teil durch Gd* substituiert ist, wobei