DE2338042A1

DE2338042A1 - Schichtwerkstoff mit einer mehrzahl von lagen aus magnetisch weichem material, die jeweils durch zwischenlagen voneinander getrennt sind, und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2338042A1
Application number: DE19732338042
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: WHETSTONE CLAYTON N DR
Current assignee: WHETSTONE CLAYTON N DR
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1974-11-21
Also published as: BE802436A; AR197914A1; CH607257A5; JPS598050B2; ATA618173A; JPS5951505A; ES418427A1; DE2338042C2; JPS619722B2; AT342884B; CH607256A5; DE2366049A1; JPS6048887B2; NL7310366A; JPS502198A; CH607258A5; DE2366049C2; CA999404A; DE2366048C2; DE2366048A1

Description

Schichtwerkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind , und Verfahren zu seiner herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einen Schichtwerkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Werkstoffe bzw. entsprechender Werkstücke derart, daß sich Erzeugnisse ergeben, welche Eigen schaften aufweisen, die sie besonders geeignet zur # Anwendung in Wechselstrommeinrichtungen machen, beispielsweise zur Verwendung als Transformatorkerne, als magneti sche Aufzeichnungsköpfe sowie als Abschirmungen für eiektrisciie und magnetische Felder Bekannte Schichtwerkstoffe der hier betrachteten Art werden im allgemeinen aus verhältnismaßig dünnen Lagen magnetisierbaren Werkstoffes unter Zwischenschaltung von Isolierschichten aus organischen Verbindungen aufgebaut, um Wirbelstromverlust zu vermindern. Die Handhabung der außerordentlich dünnen Schichten aus magnetisierbarem Werkstoff zum Aufbau des Schichtwerkstoffes bereitet aber Schwierigkeiten, wobei es zu einer Verbiegung und Verformung des zunächst magnetisch weichen Materials, etwa be lein Abzieljen von einer Vorratsrolle oder beim Aufeinanderlegen zu dem geschichteten Verband kommen kann, so daß aufgrund der sodann dem magnetisierbaren Werkstoff innewohnenden Spannungen die magnetischen Eigenschaften verändert werden. Das wiederun kann zur Folge haben, daß aus dem betreffenden Schichtwerkstoff hergestellte Werkstücke sich nach einer Prüfung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften als Ausschuß erweisen. Diese Sctiwierigkeiten haben mitunter dazu geführt, daß man die einzelnen Schichten aus magnetisierbarem Werkstoff nur begrenzt dünn ausführen konnte, so daß die Qualitat entsprecllender Werkstücke bezüglich des Frequenzverhaltnes ebenfalls begrenzt war I)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schichtwerkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisierbarem Werkstoff so aufzubauen bzw. Iterzustellen, daß das betreffende Brzeuguis eine optimale Permeabilität in den Lagen aus magnetisierbarem Werkstoff aufweist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß unter einem magnetisierbaren Werkstoff ein magnetisch aktiver Werkstoff, beispielsweise ein ferromagnetischer Werkstoff zu verstellen ist, welcher, zumindest nach entsprechender Behandlung, als magnetisch weicher Werkstoff vorliegen kann.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schicht werkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen vopeinander getrennt sind, dadurch gelöst, daß mindestens einige der Zwischenlagen mindestens eine relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen Naterials isolierende Trennschicht mindestens enthalten, welche mit der benacilbarten Lage aus magnetischem Material über eine durch Wärmeeinwirkung hergestellte feste Verbindung zusammengefügt ist.
Insbesondere enthalten die Zwischenlagen jeweils eine zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Material gelegene Schicht eines isolierenden, Verbindungen bildenden Werkstoffs oder eines Metall werkstoffs.
Die Zwischenlagen können jeweils an die Lagen aus magnetisch weicllem Material angrenzende Schichten einer isolierenden, intermetallischen Verbindung als Treunschichten enthalten oder aus einer einzigen Trennschicht aus einer solc!ien isolierenden, intermetalliscllen Verbindung besteheii Die genannten Trennschicht aus isolierenden, intermetallischen Verbindungen können sich zu beiden .SeeIt einer Isolatiensschicht oder einer hochleitfähigen Schicht befinden, die jeweils zwischen Lagen aus magnetisch weichem Material angeordnet ist, wobei gegebenenfalls noch Metallzwischenschichten vorgesehen sind, derart, daß eine Lage aus magnetisch weichem Material an eine Metallzwischenschicht angrenzt und diese über eine isolierende Schicht in Form einer intermetallischen Verbindung an eine mittlere Isolierwerkstoffschicht anschließt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes mit einer Anzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die durch mindestens eine Zwischenlage voneinander getrennt sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrlagiger Verband aus Lagen von magnetisch weichem Werkstoff und von einem isolierenden Werkstoff oder einem isolierende Verbindungen bildenden Leitwerkstoff zur herstellung einer festen Verbindung zwischen den Lagen einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
Gemäß einer besonderen Form dieses Verfahrens nach der Erfindung kommen bei der Herstellung der festen Verbindung zwischen den Lagen ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur zur Anwendung, und als Zwischenlage wird ein Werkstoff verwendet, welcher bei Einwirkung des Druckes und der Temperatur eine Iliffusionsverbindung mit den angrenzenden Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff bzw. aus dem verwendeten magnetischen Werkoff ausbildet.
Während der zur Herstellung der festen Verbindung zwischen den Lagen dienenden Wärmebehandlung oder während einer späteren Wärmebehandlung kann sich bei Verwendung eines Isolierwerkstoties oder eines hochleitfähigen Werkstoffes als Zwischenlage eine isolierende, intermetallische Verbindung an den Grenzflächen zu dem magnetisch weichen Werkstoff und gegebenenfalls zu einer noch eingelagerten Metallzwischenschicht ausbilden.
Bedeutsam ist, daß gemäß einer vorteilhaften Form des ertindungsgemäßen Verfahrens bei der Bildung der festen Verbindung zwischen den Lagen des Schichtmaterials bzw. bei der Bildung der Diffusions- Verbindung zwischen den einzelnen Lagen cder ei der Ausbildung der intermetallischen, isolierenden Verbindungsschichten oder aiicli einem späteren Verfahrensabschnitt eine Wärmebehandlung in solcher Weise vorgese!len sein kann, daß die Weichglühtemperatur fiir den magnetisch weichen Werkstoff errej ciit wird.
13ei einem Ausführungsbeispiel sind also Lagen magnetisch weichen xletalles durch Zwi sciienlagen eines Isolierwerkstoffes getrennt, Pressen elektrischer Widerstand wesentlich höher als derjenige des magnetisc11 weichen Metalles ist, wobei der Schichtwerkstoff nach Herstellung des geschichteten Konstruktionsverbandes auf die Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Werkstoffes ersitzt werden kann, wodurch in der gewünschten Weise dem magnetischen Werkstoff die optimale Permeabilität im fertigen h:rzeugnis verliehen wird.
1)ie Erfindung umfaßt auch die Herstellung eines Strangspressküppels aus Lagen magnetisch weichen Materials, welche jeweils durch eine oder mehrere Schichten eines isolierenden Werkstoffs voneinander getrennt sind. Unter dem zuletzt genannten Material ist wieder ein Werkstoff zu verstehen, der mit den benachbarten Lagen des geschichteten Verbandes zur Reaktion gebracht werden kann, so daß sich eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten einer intermetallischen Verbindung ausbilden. Diese Knüppel können dann auf eine gewünschte Stärke reduziert werden, was durch Strangpressen oder Walzen gesc!1e!len kann, und es wird gleichzeitig oder nachfolgend eine Wärmebeiiandlung vorgesehen, um die gewünschten Schichten einer intermetallischen, isolierenden Verbindung auszubilden und die gewünschten magnetischen Eigenschaften des magnetisch weichen Materials zu erzielen.
Die Formgebung der Werkstücke, welche aus dem Schichtwerkstoff beispielsweise durch Ausstanzen, hergestellt werden sollen, erfolgt vor der Wärmebehandlung. Auf diese Weise können bei der Wärmebehandlung diejenigen Spannungen beseitigt werden, die während der Formgebung des Schichtwerkstoffes in die Gestalt des endgültigen Werkstoffes in den Schichtwerkstoff eingebracht worden sind.
Dauer und Temperatur bei der Wärmebehandlung werden gemaß einer vorteilhaften Ausführungsforin so eingestellt, daß eine geringe Menge des zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff befindlichen Materials in den magnetisch weichen Werkstoff selbst iiineindiffundieren kann. Hierdurch können die Eigenschaften des betreffnen Werkstückes bezüglich des Frequenzverhaltens noch verbessert werden.
Wie vorstehend bereits angedeutet, kann eine oder können mehrere Schichten aus hochleitfähigem Abschirmwerkstoff, beispielsweise aus Kupfer zwischen benachbarte Lagen aus magnetischem Werkstoff eingesc!ialtet werden, etwa, um I3auteile zur Abschirmung oder zur 1(onzentration elektrisc!1er Felder herzustellen. Bei mehrspurigen Magnetband-Aufzeichnungsköpfen kann diese Technik dazu verwendet werden, benachbarte Abschnitte des Aufzeichnungskopfes voneinander zu trennen. Die Lagen aus magnetischem Werkstoff schirmen dann die niagnetischen Felder ab, und die Lagen aus Leiterwerkstoff schirmen die elektrischen Felder ab. Auch können geschichtete Abschirm-Bauteile gesondert hergestellt werden.
Im Falle der Anwendung des Schichtwerkstoffes für Transformatoren kann das Frequenzverhalten durch Verändern des Dicken terhtiltnasses zwischen magnetischem Werkstoff und isolierendem Werkstoff sowie durch den Grad der (Auerscl1nittsverringerung des vorbereiteten Knuppels variiert werden.
Soll bei einem Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes der hier betrachteten Art der Verfahrensschritt der Querschnittsverringerung vermieden werden, so trennt man die Lagen aus magnetisch weichem Metall zweckmäßig durch eine oder mehrere Schichten eines Materials oder Elementes, welches bei Erhitzung eine Schicht hohen Widerstandes ausbildet, deren spezifiscller Widerstand über etwa 10 452 cm liegt. hierzu wird beispielsweise ein Element der 5. Gruppe des periodischen Systems, etwa Arsen oder Antimon, auf eine Folie aus einem Metall der 3. Gruppe des periodischen Systems, etwa aus Aluminium, a ufplattiert und zwischen die Lagen aus magnetisch weichem Metall eingebracht. Der resultierende Schichtwerkstoff wird dann erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ausgesetzt, um die Werkstoffe miteinander reagieren zu lassen, so daß sich Trennschichten hohen Widerstandes ausbilden, beispielsweise harte Halbleiterschichten, die zwisciien den Lagen aus magnetisch weichem Metall entstanden sind. Der magnetische Werkstoff kann dann weichgeglüht werden, um die Eigenschaft hoher Permeabilität wieder herzustellen.
Gemäß wieder anderen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, einen flalbleiter, beispielsweise Selen oder einen einfachen Isolator, beispielsweise Siliziummonoxid, auf die Lagen aus magnetisch weichem Metall abzulagern, bevor diese Lagen zu dem geschichteten Konstruktionsverband zusammengetragen werden.
Dieser geschichtete Verband wird dann unter Anwendung von Druck erhitzt, um eine feste Verbindung zu erhalten und gute Abriebeigenschaften oder gute Verschleißfestigkeit zu erreichen.
Schließlich können die Lagen aus magnetisch weichem Metall anstelle durch die isolierenden, Verbindungen bildenden Werkstoff schichten auch durch Glasschichten voneinander getrennt sein.
Vorzugsweise ist dafür Sorge getragen, daß die Glasschichten einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der demjenigen des magnetisch weichem Materials im wesentlichen gleich ist, um beim Abkühlen des Glases von der Weicllglülltemperatur herab thermische Spannwigen zu vermeiden, welelle die Permeabilität verschlechtern könnten. Wird das Verfallren in dieser Weise ausgeführt, so sind weder Verfahrensschritte zur Cuerschnittsreduzierung, noch Verfahrensschritte zum Aufdampfen oder zur Elektroplatierung bestimmter Schichten notwendig. Kommt es nur darauf an, die Verschleißfestigkeit zu erhöhen, so kann es in bestimmten Fällen nicht einmal notwendig sein, den geschichteten Verband auf die Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Werkstoffes zu erhitzen. Eine ausreichend feste Verbindung kann bereits lediglich dadurch erzielt werden, daß der geschichtete Verband über den Erweichungspunkt des Glases erhitzt wird, Zur weiteren Erhöhung der Härte der isolierenden Zwischenlagen kann man Gas in die Schichten hohen Widerstandes eindiffundieren lassen, indem der Schichtwerkstoff in einer mit dem betreffenden Gas angereicherten Atmosphäre erhitzt wird.
Im übrigen sei zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung auf die anliegenden Patentansprüche ausdrücklich verwiesen, in denen eine Vielzahl vorteilhafter Ausgestaltunges des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes bzw. eines Verfaslrells zu seiner herstellung angegeben ist. Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung einiger Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Figur 1 einen schematischen Querschnitt eines geschichteten l'ressbarrens oder Strangpressbarrens vor der Reduktion, Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht aus Figur 1 entsprechend der in dieser Zeichnungsfigur angedeuteten Schnittebene 2 - 2, Figur 3 eine schematische Abbildung einer gegenüber Figur 2 abgewandelten Ausführungsform, Figur 4 ein mikroskopisches Bild eines Schichtwerksto£fs gemäß Figur 2 nach der Querschnittsreduktion, Figur 5 ein mikroskopisches Bild eines Schichtwerkstoffs gemäß Figur 4 nach einer Wärmebehandlung, Figur 6 einen schematischen Querschnitt eines geschichteten Abschirmwerkstoffs, Figur 7 einen schematischen Iduerschnitt eines zusammengesetzten Bauteils mit Schichtwerkstoffen gern. Figur 2 oder gem. Figur 3 einerseits und Schiohtwerkstoffen gem. Figur 6 andererseits, Figur 8 eine Explosionsdarstellung zur Erläuterung der lIerstellung von Ausführungsbeispielen und Figur 9 einen Teilschnitt längs der in Figur 8 angedeuteten Schnittebene 9 - 9.
In Figur 2 sind Lagen magnetisch weichen Werkstoffes 10 dargestellt, welche durch Zwischenlagen 12 einen geeigneten, isolierenden, Verbindungen bildenden Werkstoffs voneinander getrennt sind, welcher bei Erhitzung mit dem magnetisch weichen Werkstoff in solcher Weise reagiert, daß eine elektrisch isolierende Verbindung der Elemente entsteht, die sich entsprecnend ihren Valenzen im stöchiometrisc!ien Verhältnis miteinander verbinden, so da die hier mehrfach erwähnte, elektrisch isolierende, intennetallische Verbindung entsteht. Eine gewünschte Anzahl dieser verschiedenen Lagen 10 und 12 werden zu einem geschichteten Konstruktionsverband 14 zusammengetragen und in eine in Figur 1 mit 16 bezeichnete, gegen Atzmittel widerstandsfähige Ummantelung eigenbracht.
Die Ummantelung 16 und der geschichtete Verband 14 werden dann in einen Blockaufnehmer 18 gesetzt und ein Füllmaterial 20 mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften wie der Magnetwerkstoff wird zwischen die Seiten der Ummantelung 16 und den Blockaufnehmer 18 eingefüllt. lii erauf werden nicht dargestellte Deckel auf die den des Blockaufnehmers 18 aufgeschweißt, und die gesamte Anordnung 22 wird dann erhitzt und durch eine einen lamizieren Fluß erzeugende Matrize extrudiert, so daß die Lagen 10 und 12 gemeinsam reduziert wenden und eine Diffusionsverbindung eingehen Hierauf werden der Blockaufnehmer 18 und das Füllmaterial 20 von dem Strangpressknüppel durch Abätzen entfernt.
Figur 4 zeigt in 1350-facher Vergrößerung eine mikroskopische Aufnahme des geschichteten Teiles eines bereits extrudierten Knüppels. Die Lagen 24 aus magnetisch weichem Material sind zusammeln mit den Lagen 26 eines Werkstoffs reduziert, welcher zusammen mit dem Werkstoff der Lagen 24 während eines Wännebehandl1lllgsschrittes eine intermetallische Verbindung eingeht. Die langen 24 und 26 sind, wie aus den dunklen Linien 28 zu erkennen ist, durch eine Diffusionsverbindung zusammengefügt.
Der Schichtwerkstoff wird sodann in die endgültige Form gebracht, wonach die einzelnen Werkstücke entgratet und geätzt werden, um Metall zu entfernen, das die Ränder der einzelnen Schichten iiberbrjjcken könnte.
Der geschichtete KonstruktionsverbanJ wird dann einer Waimebehandlung unterzogen, um das magnetisch Material weih=uglühen und die Eigenschaften hoher Permeabilität und geringer Koerzitivkraft zu erzielen. Während der Wärmebehandlung bilden sich in den Bereichen, in welchen durch Diffusion Werkstoffpaare vorhanden sind, wie in Figur 4 durch die Linien 28 angedeutet ist, intermetallische Verbindungen, was wiederum in Figur 5 innerhalb der Klammer 30 gezeigt ist. Der magnetische Werkstoff in den Lagen 24 wird weichgeglüht und bildet, wie aus Figur 5 zu ersehen, großkörnige Bereiche 32. Die Zwischenlagen 26 gemäß Figur 4 nehmen den Mittelbereich 34 innerhalb der durch die Klammer bezeichneten Schichten 30 nach Figur 5 ein, und die übrigen Schichten 36, 38 und 40 gemäß Figur 5 bestehen aus ersten, zweiten und dritten intermetallischen Verbindungen zwischen dem magnetisch weichen Material und dem isolierenden Verbindungsmaterial.
Die Schichten zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Material bilden isolierende, intermetallische Verbindungen, in welchen sich die Elemente in bestimmten Atomverhältnissen ähnlich wie bei echten chemischen Verbindungen vereinigen, wobei sie jedoch nicht einfachen Valenzregeln folgen. Je nach dem Vorhandensein anderer Materialien in dem Schichtverband sind die Lagen 10 und 12 so gewählt, daß sich mindestens eine Trennschicht einerisolierenden, intermetallischen Verbindung während der Wärmebehandlung einstellt. Geeignete Metalle zur Bildung der Lagen 12 sind Niob, Tantal, Zirkon, Titan, Hafnium, Vanadin, Magnesium, Aluminium, Zink, Kadmium und bestimmte Seltenerdenelemente.
Phasendiagramme, welche intermetallische Verbindungen bei Binärsystemen zeigen, lassen sich folgender Veröffentlichung entnehmen: "Constitution of Binary Alloys" von Max Pansen, 2. Ausgabe, McGraw-Hill Book Co., N.Y., 1958, und Constitution ob Binary nlloys, erste Ergänzung von Rodney P. Elliot, McGrawill Book Co., N. Y., 1965. Intermetallische Verbindungen bilden sich auch in Dreistofflegierungen und M8rstofflegierungen, wie in der Veröffentlichung "Intermetallic Compounds", J. II. Westbrook, Wiley & Sons, N. Y., diskutiert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind zusätzliche Schichten 44 zwischen den Lagen 12 aus hitzebeständigem Metall und den Lagen aus magnetischem Werkstoff 10 angeordnet. Die Schichten 44 bestehen aus solchem Werkstoff, daß eine intermetallxselve Verbindung zu dem Material der Lage 12 geb41de-s wird, ohne daß die guten magnetischen Eigenschaften des Materials in der Lage 10 beeinflußt werden.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel bestanden die Lagen 10 aus magnetisch weichem Material in einer unter der Bezeichnung llyMu 800 im Handel erhältlichen Legierung, welche 79 % Nickel, 16 % Eisen und 4 % Molybdän enthielt. Diese Legierung ist eine einphasige Legierung oder Feststoff-Lösungslegierung mit der KristallStruktur des Nickels und besitzt bei richtiger Wärmebehandlung sehr hohe Permeabilität und niedrige Koerzitivkraft.
Jede Lage 10 besaß eine Dicke von 0,178 mm, eine Breite von etwa 50 mm und eine Länge von etwa 127 mm.
Die Lagen 12 bestanden aus Zirkon in einer Stärke von etwa 0,0178 mm. Das Dickenverhältnis der Lagen 10 und 12 war so gewählt, daß sich einerseits eine hohe Qualität des Magnetwerkstoffes ergab, während andererseits genügend Verbindungen bildendes Metall zur Verfügung stand, um eine gute elektrische Trennung im gewünschten Betriebs-Frequenzbereich zu erhalten. Dickenverhältnisse von 3 : 1 bis 50 : 1 liefern gute Ergebnisse.
Der Schichtverband 14 aus der erwähnten Nickel-Eisen-Molybdänlegierung und den Zirkonschichten wurde mit einer Titanummantelung versehen und in einen Blockaufnehmer 18 aus Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes gesetzt, wobei als Füllmaterial 20 ebenfalls Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes diente. Wird anderes magnetisches Metall verwendet, so ist auch entsprechend anderes Füllmetall vorzusehen. Weitere Beispiele geeigneter magnetisch weicher Materialien können in der Veröffentlichung Ferromagnetism" von Richard M. Bozorth, Van Nostrand, New York, 1951; und Metalls nandbookn Metals Handbook Committee of ASM, 1961, Seiten 785-797, gefunden werden.
Nach Evakuieren der Anordnung 22 wurde diese auf 7000 C. erhitzt und durch eine einen laminaren Fluß ergebende Haibzolimatrize extrudiert, wobei die Schichten eine Querschnittsverringerung erfuhren und eine Diffusionsverbindung eingehen. Der extrudierte Strangpressknüppel wurde dann mit einer Ohlor-Eisen-Ätzlösung abgespritzt, um den Stahl vom Blockaufnehmer und das Füllmaterial zu entfernen. Nach der Ätzung ergab sich eine re<"ite<'Ige Anordnung mit einerquerschnittsgestalt, wßl he del Mik-oauinahme nach Figur 4 zu entnehmen ist. Der Schichtverband wurde dann in seinem Querschnitt durch Walzen weiter auf etwa 0,5 mm Stärke reduziert. Aus dem flachen Material wurden sodann Ringe mit quadratischem Querschnitt ausgeschnitten, entgratet und in einer Flußsäure-Salpetersäure-Ätzlösung geätzt.
Hierauf wurden einige der Ringe während zwei Stunden bei 9000 C.
wärmebehandelt und dann abgekühlt, während sie im Ofen belassen wurden. Die magnetischen Lagen 32 waren hierauf vollständig weichgeglüht, wie sich durch die beträchtliche Korngröße und die breiten Bänder in den Körnern in der Aufnahme nach Figur 5 erkennen läßt. Das Ineinanderdiffundieren zwischen den Schichten aus Zirkon und der Magnetlegierung führte zur Bildung im wesentlichen sämtlicher möglicher intermetallischer Verbindungen, die sich aus dem Nickel-Zirkon-Faserndiagramm vorhersagen lassen.
Vermutlich ist aber die Schicht 40 nach Figur 5 die erste elektrisch isolierende intermetallische Verbindung von Zirkon und der Nickel-Eisen-Molybdänlegierung und besitzt daher gegenüber dieser Legierung hohen Widerstand.
Die weichgeglühten Ringe wurden dann als Transformatoren bewickelt und mit entsprechenden Konstruktionen verglichen, welche in üblicher Weise hergestellt worden waren. Ein Wechselstrom bekannter Größe wurde mit gegebener Frequenz den Primärwicklungen jedes Transiormators zugeführt, und die Spannungsausgänge der Sekundärwicklungen der Transformatoren wurden mit einem Voltmeter hoher Impedanz (10 Megohm) gemessen. Insbesondere bei hohen Frequenzen war die elektromotorische Kraft an der Sekundärwicklung des Transiormators mit dem weichgeglühten Ringkern bei gleichem Speisestrom bedeutend höher als die elektromotorische Kraft, die an den bekannten, nicht weichgeglühten Ringkernen zu beobachten war. Außerdem zeigten die Transformatoren mit den weichgeglühten Ringkernen scharfe Resonanzirequenzkurven, die auf der erhöhten kapazitiven Wirkung der intermetallischen Isolationslagen beruhten, welche sich während der Wärmebehandlung gebildet hatten. Insgesamt ergab sich, daß in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete Transformatoren mindestens eine Gröpenordnung günstigere Eigenschaften als herkömmlich autgebaute Transformatoren hatten, und daß eine bedeutend bessere Konstanz des Verhaltens bei hohen Frequenzen erzielt wurde.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 wären in einem praktischen Beispiel 0,178 mm starke Lagen 10 der obenerwähnten Nickel-Eisen-Molybdänlegierung durch eine zusammengesetzte Zwischenlage einer 0,078 mm starken Titan-Trennschicht (in Figur 3 mit 12 bezeichnet) voneinander getrennt, welche sich zwischen benachbarten Schiciiten 44 von sauerstoffreiem, hochleitfähigem Kupfer befand, das ungefähr dieselbe Dicke aufwies wie das Titan. Die Auswahl von Kupfer erfolgte, da dieses Material Sei wie schädliche Wirkung auf die magnetischen Eigenschaften der Nic kel-Eisen-Molybd än-Legierung beim Ilineindiffundieren in diese hat. Außerdem d bildet das Kupfer eine intermetallische, isolierende Verbindung mit dem Titan Im übrigen waren die Verfahrensschritte zur ilerstellung des Schichüqerkstoffes dieselben, wie oben beschrieben wurde, und die Versucllsergehnisse waren in gleiciier Weise zufriedenstellend. Man erkennt also, daß die intermetallische Verbindung, welche die isolierende Trennschicht bildet, nicht notwendigerweise zusammen mit dem magnetischen Werkstoff selbst gebildet werden muß.
Vorzugsweise soll die in Figur 3 dargestellte Schicht 44 einer intermetallischen Verbindung nicht sehr viel dicker als die Sciiicht des isolierenden, Verbindungen bildenden Materials sein, Tatsäciilich ist es für Anwendungen in Transformatoren wünschenswert, daß die Zwischenlage aus hochleitfähigem Metall ausreichend dtjnn ist, so daß während des Verfahrensschrittes des Weichglühens im wesentlichen eine vollständige Reaktion erfolgt, um isolierende, intermetallische Verbindungen anstelle der ursprünglichen, leitfähigen Zwischenlage zu erzeugen. Im Anwendungsfaile bei Transformatoren kann eine nicht zur ICeaktion gebrachte Schicht tler Zwisciienlage aus Metall noch in dieser Zwischenlage verbleihell, doch nehmen die Wirbelstromverluste zu, wenn die Dicke einer solctlen Zwischenlage zunimmt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 6 besteht ein Abschirmungs-Scljic1itwerkstoff 14 S aus Kupferlagen 46, welche gegenüber den Zwischenlagen 44 nacII Figur 5 verhältnismäßig dick ausgefiihrt siiid . Diese Kupferlagen 4G sind zwischen benachbarten Lagen 48 aus Titan und Lagen 10 aus magnetiscll weichem Werkstoff aiIgeordnet. Sowohl die Kupferlagen als auch die Lagen aus magnetischem Werkstoff !iaben eine Dicke von etwa 0,178 mm, während die Titansciiichten eine Stärke von 0,0178 mm besaßen. Im übrigen war das vorliegende Ausführungsbeispiel genau so hergestellt, wie oben beschrieben. In vorliegendem Falle bildeten jedoch die Titan-Schichten 48 isolierende, intermetallische Verbindungs-Trennschi.c!iten sowohl mit den Lagen 10 aus magnetisch weichem Naterial als auch mit den dicken kupferlagen 46. Diese intermetal ii schen Verbindungs-Trennschichten waren ähnlich ausgebildet wie die Schichten 36, 38 und 40 nach Figur 5, und die resultierenden Kupferiageii waren ausreichend dick, um als Abschirmungen für ein elektrisches Feld zu wirken. Nach einer Querschnittsreduzierung und einem Ausschneiden des Knüppels konnten die Kupterlagen 46 als Abschirmungen Für das elektrische Feld und die Lagen 10 aus magnetischem Werkstoff entsprechend den Lagen 32 nach Figur 5 als Abschirmungen für das magnetische Feld di eiieil.
Die hochleitfähige Lage 46 darf nicht so dünn sein, daß sie während des Weichglüh-Verfahrens vollständig reagiert. Die Schicht soll mindestens 3-fach so dick wie die Schichten 48 sein und eine ausreichende Dicke haben, um nach der Reaktion ziir Bildung der intermetallischen Verbindungen eine Schichtstärke übrigzulassen, welche ungefahr genau so groß ist wie die verbleibende Schichtstärke des magnetisch weichen Werkstoffes. Gegebenenfalls kann die hochleitfähige Lage bedeutend stärker ausgeführt werden. In bestimmten Fällen der Abschirmung ist es nicht notwendig, die leitfähigen Lagen 46 von dem magnetisch weichen Werkstoff 10 zu isolieren. In diesen Fällen können die Trennschichten 48 auch weggelassen werden.
Bei der Ausführungsform nach Figur 7 ist der Strangpressknüppel aus einem ersten geschichteten Verband aus Lagen 14 entsprechend der Ausführungsform nach Figur 2 und aus einem zweiten geschichteten Verband 14 S von Abschirinschichten entsprechend der Ausführungsform nach Figur 6 aufgebaut. Nach gemeinsamer Querschnittsreduktion und Formgebung werden die als Transformatorabschnitte verwendbaren Schichtverbände 14 in einen aktiven oder passiven magnetischen Kreis M gelegt, während dies bei den Abschirmabschnitten entsprechend den Schiehtverbanden 14 S nicht der Fall ist. Die Abschirmabschnitte vermögen die Transformatorabschnitte voneinander abzuscijirmen oder zu trennen, so daß eine Verwendung als Vielspur-Aufzeichnungsköpfe möglich ist, wobei jeder Transformatorabschnitt einer eigenen Spur zugeordnet ist und der benachbarte Abschirmabscnnitt ein Nebensprechen von anderen Transformatorabschnitten her verhindert.
Zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff können außerdem zusätzliche Werstoffschichten vorgesehen sein. Außerdem ist zwar vorstehend in Verbindung mit der Strangpressmatrize ein vorausgehender, anfänglicher Verfahrensschritt zur Diffusionsverbindung der einzelnen Lagen beschrieben worden, doch kann die Verbindung auch durch Walzen oder Pressen herbeigeführt werden.
Die endgültige Dicke der verschiedenen Lagen und Schichten ist für das Frequenzverhalten des Scllichtlferlçstotrces oder des betreffenden Werkstückes wesentlich. Die Schichtstärken können durch den Grad der gemeinsamen Querschnittsverminderung eingestellt werden, wobei Schichten aus magnetischem Werkstoff in eiiier Stärke bis hinunter zu 0,0025 mm erreicht werden können, doch kann man das uerscllittsreduzieren auch vermeiden, indem ein anderes Material ho!ien Widerstandes anstelle von Werkstoffen verwendet wird, welche zur Bildung intermetallischer Verbindungen reagieren. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde Arsen in einer Stärke von etwa 0,0127 mm auf einer Aluminiumfolie von 0,0178 mm stärke abgelagert. Hierauf wurde ein Schichtwerkstoff ähnlich dem Verband nach Figur 2 unter Verwendung eines magnetisch weichen Materials (die vorgenannte Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung) und der arsenbeschichteten Folie gebildet. Danach wurde der geschichtete Konstruktionsverband gepresst und einer Wärmebehandlung bis zur Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls unterzoge. Hierbei reagierten das Arsen und das Aluminium unter Bildung eines Halbleiters oder im wesentlichen einer elektrisch isolierenden Schicht, welche sich zwischen den Schichten aus magnetisch weichem Werkstoff befand.
Eine andere Ausführungsform wiederum sah vor, auf einer Aluminiumfolie von 0,0178 mm Stärke eine Antimonschicht von 0,0160 min Stärke abzulagern, welche dann mit den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff zu einem geschichteten Verband zusammengefügt wurde. Dieser Schichtwerkstoff wurde dann auf die Weichglülitemperatur des magnetisch weichen Materials erhitzt. Dabei ergab sich eine Diffusionsverbindung zwischen dem Antimon und dem magnetisch weichen Metall, und das Aluminium reagierte mit dem Antimon unter Bildung eines Halbleiters oder im wesentlichen einer elektrisch isolierenden Trennschicht. Die Lagen aus magnetisch weichem Material, welche eine Stärke von etwa 0,025 mm aufwiesen, wurden in der Dicke nicht weiter reduziert, so daß das Hochfrequenzverhalten des Werks toffes insgesamt nicht wesentlich verbessert wurde, doch ergab sich immerhin eine gewisse Erhöhung der Hochfrequenzqualitäten, da das magnetisch weiche Metall na cli Auf bau des Schichtwerkstoffes weichgeglüht werden konnte, um diewti'hrend der Fertigung eingebrachten Spannungen zu beseitigen.
Gem. anderen Ausführungsformen kann der Werkstoff hohen Widerstandes selbst unmittelbar auf die Lagen aus magnetisch weichem Metall aufgebracht werden, so daß keine Notwendigkeit besteht, die beiden Schichten miteinander reagieren zu lassen, um die Trennschicht hohen Widerstandes zu erzeugen. Beispielsweise kann Selen auf das magnetisch weiche Metall aufgedampft werden, wonach die Lagen zur Bildung eines Schichtwerkstoffes in der obenbeschriebenen Weise aufeinanderge legt werden und sich ähnhohe Eigenschaften ergeben, wie zuvor im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschrieben, bei welchem Arsen-Aluminiumschichten vorgesehen waren, Entsprechende Ergebnisse lassen sich auch mit Siliziumnionoxid erzielen. Kommt es auf die guten Eigenschaften bei hohen Frequenzen nicht so wesentlich an, so ist es nicht einmal notwendig, den geschichteten Konstruktionsverband auf die Weichgli;ihtemperatur des magnetisch weichen bletalls zu erhitzen. Es ist nur erforderlich, des Schichtwerkstoff so weit zu erhitzen, daß sich eine ausreichende Verbindung ergibt, und die gewünschte hohe Verschleißfestigkeit der Halbleiterschichten oder anderer Schichten hohen Widerstandes erzeugt wird.
I)ie Schicht zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Metall geul. Figur 2 kann durch auf Blei, Zinn oder Hafnium abgelagertes Selen gebildet sein. Andere Beispiele sind Kadmiumsulfid, Bleisulfid, Kadmiumoxid, Zinksulfid, Zinkoxid, Nickel oxid, Germaniumsulfid, Zinnsulfid und andere Verbindungen, welche ähnliche Sprünge in den Energieniveaus oder verbotene lI.inder besitzen, wobei etwa noch Beispiele der Veröffentlichung "Handbook of Chemistry and Physics" zu entnehmen sind, In der 53. Ausgabe von 1972 und 1973 sind entsprechende Halbleiterwerkstoffe auf den Seiten E 9 - E 92 angegeben.
Wieder andere Ausführungsformen der Erfindung sind so ausgebildet, daß Glas zusammen mit den Lagen aus magnetisch weichem Metall den Schichtwerkstoff bildet und erhitzt wird, um eine gute Verbindung zwischen den Lagen herzustellen. Es ist nur notwendig sicserzustellen, daß nach dem Weichglw'ien das magnetisch weiche Metall seine hohe Permeabilität behält und die Schichten ausreicheiid fest miteinander verbunden bleiben.
Fließendes Glas befindet sich im allgemeinen über seiner sogegenannten Bearbeitungstemperatur. Etwas unterhalb dieser Temperatur ist der Erweichungspunkt zu suchen, und unterilalb dieses Wertes befindet sich der Vergütungspunkt. Der Spannungsaufnahmepunkt oder Erstarrungspunkt von Glas liegt bei noch etwas niedrigeren Temperaturen. Unterhalb dem Spannungsaufnahmepunkt kann s i c Glas nicht mellr an Beanspruchungen anpassen, so daß Spannungen in das Glas eingeführt werden können. Diese Spannungen lassen sich durch Erlitzen des Glases auf die Vergütungs- oder Weichglühtemperatur beseitigen. Oberhalb des Erstarrungspunktes oder Spannungsaufnahmepunktes können keine Spannungen in das Glas eingeführt werden.
Aus diesem Grunde erstreckt sich der Temperaturbereich, in welchem die thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem magnetisch weichen Material und dem Glas aneinander angepaßt sein müssen, von dem Spannungsaufnahmepunkt für eine bestimmte Glassorte bis zur Raumtemperatur oder zu der Temperatur, bei welchem das betreffende Bauteil verwendet werden soll.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde als magnetisch weiches Metall die obenerwähnte Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung (Itymu 800) und eine Glassorte verwendet, welche in der Veröffentlichung "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology", 1. Ausgabe 1965s als "Corning 1990" bezeichnet ist. Diese besondere Glassorte hatte einen Erweicllungspunkt bei 5000 C, einen Vergütungspunkt bei 370 ° C, und einen Spannungsaufnahmepunkt bei 340 C. Die Glassorte bestand aus 41 0% Siliziumdioxid, 40 Bleioxid, 12 o% Kaliumoxid, 5 % Natriumoxid und 2 % Lithiumoxid.
Gem. Figur 8 wechseln sich Schichten aus Blättern 60 von magnetischem Material mit Glas schichten 62 ab. Die Schichten 60 bestehen aus üblichen Blättern aus magnetisch weichem Werkstoff, in welche Elemente 64 auf photographischem Wege eingeätzt sind, Die dargestellten Elemente 64 haben die Form von Tonband-AbtastkopfAbschnitten. Das Glas liegt in Schichten von Glas staub vor, das unter Verwendung eines flüchtigen organischen Bindemittels in eine bandartige oder folienartige Form gebracht ist, wie etwa in der US-Patentschrift 3 371 001 beschrieben.
Die aus magnetisch weichem Werkstoff bestehenden Blätter haben eine Dicke von etwa 0,025 mm und werden nach Reinigung durch Führungsöffnungen 66 über Führungsstifte 6H übereinander geschichtet, welche von einer Platte 70 aufragen. Die jeweils dazwiscllellliegend vorgesehenen Glasschichten haben eine Stärke von etwa 0,005 mm, so daß ein geschichteter Verband entsprechend Figur 9 entsteht, wobei die Schichten 60 den Lagen 10 nach Figur 2 und die Schichten 62 den Lagen 12 nach Figur 2 entsprechen.
Die gesamte Plattenanordnung wird dann in einer sauersbosfhaltigen Atmosphäre erhitzt. Das organische Bindemittel verfliichtigt sich, ohne daß ein unerwiinschter Rest zurückbleibt.
Das Glas wird dann ausreichend stark erhitzt, um eine Verbindung zu den Schichten aus magnetisch weichem Metall herzustellen. Das bedeutet, daß das Glas mindestens auf seinen Erweichungspunkt, im vorliegenden Falle auf 500 ° C, erhitzt wird.
Ein mit Führungsbohrungen 74 versehenes Gewicht 72 wird dann auf die Führungssti£te 68 aufgesteckt und liegt über dem zusammengefiigten Schiclltwerkstof 61 und zur Festlegung der Dicke dienenden Abstandsstücken 76. Die gesamte Anordnung wird dann in ein evakuBrbares Gefäß oder einen anderen sauerstoffreien llaum eingebracht, um eine Oxydation während eines nachfolgenden Wärmebehandlungsschrittes zu vermeiden, während welchem ein Weichglühen des magnetisch weichen Werkstoffes stattfindet, was im Falle der obenerwähnten Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung in einem Bereich von etwa 600 0 C bis 1200 0 C geschieht. Das Gewicht 72 drückt den Schichtwerkstoff auf eine gewünschte Dicke zusammen, die durch die Höhe der Abstandsstücke 76 festgelegt wird, und das magnetisch weiche Metall wird vollständig weichgeglüht oder spannungsfrei geglüht, so daß die bei der Herstellung eingebrachten Spannungen beseitigt werden.
Der weichgeglühte Scflichtwerkstoff wird anschließend einer Abkühlung unterzogen, welche auf den vefwendeten, magnetisch weiollen Werkstoff abgestimmt ist. Für die zuvor erwähnte Legierung beträgt die Abkühlgeschwindigkeit etwa 1950 C bis 2800 C je Stunde von der Weichglühtemperaturdes betreffenden Metalls hat. zum Durchfahren seiner Curietemperatur (im Falle der hier betracIiteten Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung etwa 460 O C), bis schließlich eine Temperatur etwas unterhalb der Curietemperatur erreicht wird (im vorliegenden Falle etwa 3700 C), Um den Aufbau von Spannungen zu verhindern, die durch Temperaturgradienten verursacht werden könnten, wurde der Schichtwerkstoff im Bereich von 370°C bis 400 C mit einer Geschwindigkeit von 1000 C je Stunde abgekühlt und dann aus dem Ofen herausgenommen.
Schließlich wird der vollständig weichgeglühte Schichtwerkstoff in die gewünschten Werkstücke zerschnitten, geschliffen und poliert.
Die Permeabilitäten der in der oben beschriebenen Weise aufgebauten, geschichteten werkstücke waren ausgezeichnet, und es ergab sich beim Vergleich mit geschichteten Werkstücken, welche organische Trennschichten und magnetisch weiche IJetallschichten gleicher Dicke ( 0,025 mm) besaßen, folgendes Ergebnis: Gauss Frequenz Permeabilität von Permeabilität von (Hertz) neuartigem Schicht- bekanntem Schichtwerkstoff werkstoff 40 1.000 13.000 11.000 40 50.000 8.000 7.200 2.000 1.000 35.000 35.000 2.000 50.000 10.000 9.400 Mit anderen magnetisch weichen Metallen können andere Glassorten kombiniert werden, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen, wie oben angegeben wurde, so lange das Metall und das Glas im wesentlichen gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowohl des Glases "Corning 1990" als auch der Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung Hyu 800 waren sowohl bei liaumtemperatur als auch am Spannungsaufnahmepunkt des Glases tatsächlich gleich. Gegenwärtig scheint es, daß zwar Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten über 0,5 yo in bestimmten Fällen zugelassen werden können, daß aber Unterschiede von 0,1 6>o verhältnismäßig wenig Schwierigkeiten bereiten. Es kann gesagt werden, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten als im wesentlichen gleich angesehen werden können, selbst wenn sie Unterschiede von etwas mehr als 0,5 Vo aufweisen.
(Vorstehende Unterschiedswerte verstehen sich bei Angabe der Ausdehnungskoeffizienten ebenfalls in v/o ).
Viele andere Rombinationen von magnetisch weichem Metall und Glas liefern auch zufriedenstellende Ergebnisse. Beispiele sind die erwähnte Nickel-Eisen-Molybdän-Legierting in Verbindung mit den Glassorten "Corning 0110" oder"Corning 9776".
Dabei ist die Zusammensetzung der zuerst genannten Glassorte 50 S. SiO2, 19,5 . K2O, 6 , Na20, 10 U baO, 5,5 Al2O3, 7,2 Ä CaO und 1,8 % iter Ste F. Die Zusammensetzung der an zweiter Stelle genannten Glassorte ist 88 9 bO und und 12 % B203, Werden bestimmte Glassorten mit sehr niedrig liegendem Erweichungspunkt verwendet, so kann es zweckmäßig sein, den Schichtwerkstoff nachträglich nicht mehr auf die Weichglühtemperatur der Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff zu erhitzen, um die Glasschichten zu schonen.
I)ie thermischen Ausdehjiungs!oeffizienten der hier verwendeten Werkstoffe sind aus der Literatur bekannt. Beispielsweise finden sich entsprechende Werte in folgenden Veröffentlichungen: "Cartecll Alles for Electronic, Magnetic, and Clectrical Applications, Carpenter Technology Corp. , 1965; "Allegheny Ludlum Blue Slieet Series", Allegheny Ludlum Steel Corporation, Pittsdurch; "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology", 2. Ausgabe, 1965, Seiten 533 und folgende insbesondere Seite 573; "IIandboolc of Glass Manufacture", 0(3gen Publishing Company, New York, 1961; oder Standardkataloge von Glasherstellern wie Coding Glass Works, Corning, New York; Owens-Illinois Glass, Toledo, oder Jener Glaswerke.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten für viele magnetische Legierungen liegen im Bereich von etwa 0,47 10-7 7 mm je Grad Celsius bis etwa 5,1 # 10-7 mm je Grad Celsius. Andererseits erstreckt sich der Bereich der thermischen Ausdehnungskoeffi Zienten von Glas von etwa 0,22 # 10-7 mm je Grad Celsius für reines Quarz (Siliziumdioxid) über 5,9 10-7 mm je Grad Celsius für Bortrioxid (B203) bis schließlich hinauf zu Gläsern auf Schwefelbasis mit thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 31 ' 10 7 mm je Grad Celsius. Man erkennt also, daß eine Vielzahl verschiedener Gläser mit den gebräuchlichen magnetischen Legierungen in der erfindungsgemäßen Weise kombiniert werden karni. Darüberhinaus können verschiedene Elemente den Legierungen beigegeben werden, um ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei den verschiedenen Temperaturen oder in den verschiedenen Temperaturbereichen nach oben oder nach unten zu korrigieren. Auch lassen sich vielerlei Beigaben den Glassorten hinzufügen, um ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang sei auf die obenerwähnte Literatur "Kirk-Othmer", Seiten 538 und 580 ff, verwiesen.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen mit halbleitersohichten oder anderen Schichten hohen Widerstandes kann ebenfalls die bandförmige oder plattförmige Ausbildung vorgesehen werden, wie sie zuvor im Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben worden ist. Die hohen Widerstand aufweisenden Lagen können gebildet werden, indem Ilafniumpulver oder Molybdänpulver mit Selenpulver und einem flüchtigen Bindemittel gemischt werdell, so daß ein Band oder eine Folie hergestellt werden kann, wie dies in US-I>atentsciirift 3 293 072 angegeben ist. Erfolgt die Erhitzung in der obenangegebenen Weise, so verflüchtigt sich das organische Bindemittel, und das Selen reagiert mit dem Metall, um die gewünschte Schicht hohen Widerstandes auszubilden, Eine allnliche bandartige Lage kann auch gebildet werden indem Aluminiumpulver mit Antimonpulver oder Arsenpulver gemischt wird, so daß die resultierende, hohen Widerstand aufweisende Schicht ein halbleiter ist.
In den soeben angeführten Beispielen ist der spezifische Widerstand der Nolybd an-Selen-verbindulIg etwa 4000 #cm und derjenige der liafnium-Selen-Verbindung ist etwa 40 000 SL cm.
Viele andere Elemente und Werkstoffe können auch in eine bandartige oder blattartige Form gebracht werden, um geschichtet und zur Reaktion gebracht werden zu können, so daß die hohen Widerstand aufweisende, anorganische Schickt entsteht, Zwei Metalle Irönnen zur Bildung einer intermetallischen Verbindung oder eines Halbleiters miteinander zur Reaktion gebracht werden Ein Metall, beispielsweise Molybdän oder Hafnium, kann mit einem Nichtmetall reagieren, beispielsweise mit schwefel, um auf diese Weise zu der anorganischen Schicht hohen Widerstandes zu gelangen. Schließlich kann die blattartige Lage auch einen pulverisierten Halbleiter, beispielsweise Selen, enthalten0 Die obenbeschriebenen Isolationslagen sind außerordentlich hart, so daß der resultierende Schichtwerkstoff außerordentlich versetlleißtest ist, was ein wesentlicher Vorteil, insbesondere im Folie der Verwendung in magnetischen Aufzeichnungsköpfen ist. Die Härte der isolationslagen kann weiter durch Erwärmen des Schichtstoffes in einer mit einem bestimmten Gas angereicherten Atmosphäre verbessert werden, wobei das Gas in die Isolationsschichten hineindiffundiert. Es ist aber auch möglich, das Gas in anderer Weise in die Isolationsschichten einzubringen.
Gern. einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des zuletzt angege-Ideen Gedankens wird der im übrigen bereits fertig bearbeitete und behandelte Schichtwerkstoff in einer mit Wasserstoff angereicherten Atmosphäre erhitzt, so das der Wasserstoff in die Isolationslagen hineindiffundiert, um Metallhydride zu bilden, welche härter sind als die Isolationslagen vor der Wasserstoffdiffusion.
Gleichzeitig bewirkt das Weichglhhen die optimalen magnetischen Eigeiischaften des magnetischen Werkstoffs. Viele Beispiele für geeignete Metallhydride finden sich in der Veröffentlichung "Metal Hydrides" von Muller, Blackledge und Libowitz, Academic Press, New York, 1968.
Auch können andere Gase in die Metallagen hineindiffundieren oder in anderer Weise in diese Schichten eingebracht werden, wobei sich vorteilhafte Ergebnisse einstellen. Sauerstoff und Stickstoff können beispielsweise mit den Isolationslagen durch Diffusion oder in anderer Weise vereinigt werden, doch ist die Handhabung etwas schwieriger als bei Wasserstoff.

Claims

Patentansprüciie

1. Schichtwerkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Zwischenlagen (12 bzw. 12,44 bzw. 46,48 bzw. 3f, 38, 40, 34) mindestens eine relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen Materials (10) isolierende Trennschicht mindestens enthalten, welche mit der benachbarten Lage (10) aus magnetisch weichem Material über eine durch Wärmeeinwirkung hergestellte, feste Verbindung zusammengefügt ist.

2. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichilet, daß die Zwischenlagen (12 hzw. 12,44 bzw. 46,48 bzw. 26 bzw.

36, 38, 40, 34) jeweils eine zwischen den Lagen (10) aus magnetisch weichem Material gelegene Schicht eines isoiiereiiden, Verbindungen bildenden Werkstoffes und/oder eines Metallwerkstoffs enthalten.

3. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekernizeichnet, daß die Zwischenlagen (12 bzw. 12,44 bzw. 46,48 bzw.

36, 38, 40, 34) jeweils an die Lagen (10 bzw. 32) aus magnetisch weichem Material angrenzende Schichten (36, 38, 40) einer isolierenden, intermetallischen Verbindung als Trennschichten mindestens enthalten.

4. Schichtwerkstoff nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (10) aus magnetisch weichem Material jeweils allein durch eine Trennschicht (12) aus einer isolierenden, intermetallischen Verbindung getrennt sind.

5. Schichtwerkstoff nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zwisctielage (36, 38, 40, 34) mindestens eine an die jeweils eine Lage (32) aus magnetisch weichem Material angrenzende und mindestens eine an die jeweils andere Lage aus magnetisch weichem Material angrenzende Trennschicht (36, 38, 40) einer isolierenden, intermetalliscllen Verbindung enthält.

6. Schichtwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch crekenüzeic!uIct, daß die Trennschicht (4.) aus einer isolierenden, intermetallischen Verbindung zwischen der jeweils anrenzenden Lage (io) aus magnetisch weichem Material und einer hochleitfähigen Schicht (46) der betreffenden Zwischenlage gebildet ist, derart, daß die Lage aus magnetisch weichem Werkstoff die magnetischen Felder und die Zwischenlage die elektrischen Felder abzuschirmen verillag.

7, Schichtwerkstoff nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Schicht (46) aus Kupfer besteht.

8. Schichtwerkstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Schicht (46) etwa so dick ist wie eine Lage (10) aus magnetisch weichem Material.

9. Schichtwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht aus einer isolierenden, intermetalliscllen Verbindung zwischen der jeweils angrenzenden Lage aus magnetisch weichem Material und einer Schicht aus mindestens relativ zu den Leiteigenschaften der Lage aus magnetisch weichem Werkstoff isolierendem Material gebildet ist.

10. Schich twerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiciine t, daß jede Zwischenlage jeweils an die Lagen (10) aus magnetisch weichem Werkstoff angrenzende Metallzwischenschichten (44) sowie diese jeweils vor der Schicht (12) aus einer isolierenden Verbindung oder einet Metallwerkstoff trennende, elektrisch isolierende Schichten einer intermetallischen Verbindung eii thält.

11. Schichtwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschichten (44) aus Kupfer bestehen.

12. Schichtwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschichten (44) aus Nickel bestehen.

13. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen aen Lagen (10) aus magnetisch weichem werkstoff befindliche Schicht eines isolierenden, Verbindungen bildenden Werkstoff oder eines etaïlwerkstoffs ein hitzbeständiges Metall enthält oder hierin besteht.

14. Schichtwerkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzeceständige metall Zirkon ist.

15. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus magnetisch weichem ;erkstoff Nickel, isen und iolybdan enthalten.

16. Schichtwerkstoff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die lagen aus magnetisch weichem Werkstoff von einer 79 i Nickel, 16 , eisen und a ; Molybdän enthaltenden Legierung geoildet sind.

17. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 ois 16, dadurch gekennzeichnet, daß das bickenverhältnis zwischen den Lagen (10) aus magnetisch weichem werkstoff und den isolierenden Trennschichten (12) bzw. den Schichten aus isolierendem Werkstoff zwischen etwa 3:1 und 50:1 liegt.

18. Schichtwerkstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Dickenverhältnis zwischen etwa 10:1 und etwa 29:1 liegt.

19. Schichtwerkstoff, gexennzeichnet durch mehrere Schichtabschnitte gemäß Anspruch 3, zwischen welchen sich Sihichtabschn tte gemäß Anspruch 6, 7 oder 8 befinden.

20. Schichtwerkstoff nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die die isolierenden irennschicnten zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff enthaltenden Schichtwerkstoffabschnitte (14) in einem aktiven oder passiven magnetischen kreis (IvI) angeordnet sind, während die die leitfähigen Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffabschnitte (14 S), welche zwischen den vorgenannten Abschnitten gelegen sind, von diesen iso liert sind, derart, daß die Lagen aus magnetisch weichem Material innerhalb des die leitfähigen Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffabschnittes eine Abschirmung der Magnetfelder zwischen den die isolierenden Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffabschnitten bewirken, während die leitfähigen Zwischenlagen eine Abschirmung der elektrischen elder zwischen den die isolierenden Zwischenlagen enthaltenden Schich twerkstoffabschnitten vornehmen figur 7).

2J . Strangpressknüppel oder Pressbarren zur Herstellung eines Schiclltwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 - 20, welcher noch keiner Wärmebehandlung unterzogen worden ist.

22. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (12) jeweils von einem anorganischen lsolator gebildet sind.

23. Schiciitwerkstoff nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (12) eine Halbleiterschicht enthalten oder Hieraus bestehen.

24, Schichtwerkstoff nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial auf einer der Zwischenlage angehörenden Metallschicht abgelagert ist.

25. Schichtwerkstoff nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage aus einer Halbleiterpulver-Metallpulver-Mischung gebildet ist.

26. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 23 - 25, dadurch gekennzeichnet, daß als IIalbleitermaterial Selen verwendet ist

27. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 23 - 25, dadurch gekennzeicllnet, daß dasHalbleitermaterial durch Reaktion eines Elementes der 3. Gruppe mit einem-Element der 5. Gruppe des periodischen Systems gebildet ist.

28. , Schichtwerkstoff nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter durch Reaktion von Aluminium und Arsen gebildet ist und in Aluminiumarsenid besteht.

29. Schichtwerkstoff nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der halbleiter durch Reaktion von Aluminium und Antimon gebildet istund in Aluminiumantimonid besteht.

30. Schichtwerkstoff nach Anspruch 28 oder 29; dadurch gekennzeichnet, daß das Arsen bzw. das Antimon auf einer der Zwischen lage angehörenden Aluminiumfolie abgelagert ist.

31. Schichtwerkstoff nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen Siliziummonoxid enthalten oder hieraus bestehen.

32. Schichtwerkstoff nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (12) Glas enthalten oder hieraus bestehen.

33. Schichtwerkstoff nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas der Zwischenlagen und das magnetisch weiche Material im wesentlichen gleiche thermische Ausdehnungskoeffidienten besitzen.

34. Schichtwerkstoti nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glasschichten und der Schichten aus magnetisch weichem Material um nicht mehr als 0,5 foo unterscheiden.

35. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 22 - 34, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der anorganischen, isolierenden Zwischenlage über 10 4;52 cm beträgt

36. Schichtwerkstt>ff nach einem der Ansprüche 22 - 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus magnetisch weichem Material vollständig weichgeglüht sind.

37. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 23 - 31, dadurch gekennzeichnet, daß das IIalbleitermaterial mindestens ein Gas enthält.

38. Scfiichtwerkstoff nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Wasserstoff zur Bildung von Hydriden ist.

39. Verfahren zur Ilerstellung von Sciiichtwerkstoffen mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, insbesondere zur Herstellung voll Schichtwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 - 38, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrlagiger Verband aus Lagen von magnetisch weichem Werkstoff und von isolierendem Werkstoff oder eine isolierende Verbindung bildenken Leiterwerkstoff zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen den Lagen einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mehrlagigen Verband sowohl erhöhter Druck als auch erhöhte Temperatur einwirken

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurc!1 gekennzeicl1net, daß ein Schichtverband aus Lagen magnetisch weichen Werkstoffes und Zwischenlagen aus isolierendem Werkstoff oder isolierende Verbindungen bildenden Leitwerkstoff als strangpressüpel oder Pressbarren vorbereitet und unter erhöhter Temperatur einer Koreduktion durch Strangpressen oder Pressen oder einem Walzvorgang unterzogen wird.

42. Verfaiiren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenlage ein isolierender Werkstoff verwendet wird, welcher unter der Druck und Temperatureinwirkung eine Diffusionsverbindung mit den angrenzenden Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff ausbildet.

43. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenlage ein hochleitender Werkstoff verwendet wird, welcher unter der Druck- und Temperatureinwirkung eine I)iffusionsverbindung mit den angrenzenden Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff ausbildet.

44. Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, gekennzeichnet durch eine solche Wärmebehandlung des me4irlagigen, durchDiffusionsverbindung zusammengefügten Verbandes, daß sich zwischen den isolierenden Werkstoffschichten bzw. den hochleitfähigen Werkstoffschichten und den angrenzenden Schichten aus magnetisch weichem Werkstoff intermetallische, isolierende Verbindungs-Trennschichten ausbilden.

45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, a zwischen die Lagen aus magnetisch weichem Material und die Zwischenlagen aus isolierendem Werkstoff vor der Herstellung der Diffusionsverbindung Metallzwischenschichten eingefügt werden, welche bei der Einwirkung erhöhten Druckes und erhöhter Temperatur Diffusionsverbindungen einerseits zu den Lagen aus magnetisch weichem Material, andererseits zu den Lagen aus isolierendem Werkstoff herstellen.

46. Verfahren nach Allsspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeicllnet, an vor der Wännebehandlung Werkstücke in der gewünschten Gestalt aus dem durch Diffusionsverbindung zusammengehaltenen Schichtverband gebildet werden.

47. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 - 46 und/oder Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß vor herstellung der Diffusionsverbindung auf der von der Lage aus magnetisch weichem Metall abgewandten Seite der Zwischenlage aus isolierendem Werkstof eine hochleitfähige Metallschicht aufgelegt wird, derart, daß die Zwischenlage aus isolierendem Werkstoff zwischen die Lage aus magnetisch weichem Metall und die hochleitfähige Metallschicht zu liegen kommt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 39 - 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei der Bildung der festeii Verbindung des Schichtverbandes bzw. bo; der Bildung der Diffusionsverbindung bzw. bei der Ausbildung der intermetallischen Verbindung bzw. danach so ausgeführt wird, daß mindestens die Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls erreicht wird.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 - 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen mindestens schichtweise einen spezifischen Widerstand über 10 429 cm aufweisen.

50. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 - 42 oder 44 - 48, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammensetzen des Schichtverbandes der isolierende Werkstoff als Schicht höheren spezifischen Widerstandes auf je einer Lage des magnetisch weichen Metalls abgelagert wird.

51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Werkstoff ein Halbleitermaterial, insbesondere Seien, ist.

52. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierender Werkstoff Siliziummonoxyd verwendet wird.

53. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen mindestens schichtweise aus einem Metall der 3. Gruppe und einem Element der 5. Gruppe des periodischen Systems gebildet werden und daß die Temperatur während der Wärmebehandlung so gewählt wird, daß das Metall der 3. Gruppe mit dem Element der 5. Gruppe zur Bildung einer anorganischen Halbleiterschicht hohen Widerstandes reagiert.

54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der 3. Gruppe des periodischen Systems in Form einer Folie und das Element der 5. Gruppe des periodischen Systems in Form einer darauf abgelagerten Schicht vorgesehen wird.

55. Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der 3. Gruppe Aluminium und das Element der 5. Gruppe des periodischen Systems Arsen ist, derart, daß sich bei der Wärmebehandlung Aluminiumarsenid bildet.

56. Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der 3. Gruppe des periodischen Systems Aluminium und das Element der 5. Gruppe des periodischen Systems Antimon ist, derart, daß sich bei der Wärmebehandlung Aluminiumantimonid bildet.

57. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen mindestens schichtweise aus Glas gebildet sind.

58. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des magnetisch weichen Metalls einerseits und des Glases andererseits im Bereich von Raumtemperatur bis zum Spannungsaufnahmepunkt des betreffenden Glases im wesentlichen gleich, mindestens aber mit einem Unterschied von nicht mehr als 0,5 %o gewählt sind.

59. Verfahren nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas in Form von Partikelchen als Zwischenlage eingebracht wird und in einem flüchtigen Bindemittel gebunden ist und daß bei der Wärmebehandlung eine Temperatur oberhalb der Verflüchtigungstemperatur des Bindemittels zur Wirkung gebracht wird.

60. Verfahren nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zur Verflüchtigung des Bindemittels in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird.

61. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 - 60, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. ein Wärmebehandlungsschritt zum Erreichen der Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls in einer sauerstoffreien Atmosphäre durchgeführt wird.

62. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 - 61, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem bzw. einem Wärmebehandlungsschritt zum Erreichen der Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls der gesamte Schichtverband mit gesteuerter Abkühlungsgeschwindigkeit unter Durchlaufen des Curie-Temperaturpunktes für das magnetisch weiche Metall abgekühlt wird,

63. Verfahren nach einem der Ansprüche 57 - 62, dadurch gekennzeichnet, daß dem zur Bildung der Zwischenlagen verwendeten Glas vor dem Herstellen des Schichtverbandes Zusätze zur Angleichung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases an denjenigen des magnetisch weichen Metalles beigegeben werden.

64. Verfahren nach einem der Ansprüche 50 - 63, dadurch gekennzeichnet, daß dem in der Zwischenlage enthaltenen bzw.

die Zwischenlage bildenden anorganischen, isolierenden Werkstoff ein Gas beigefügt wird.

65. Verfahren nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hineindiffundieren des Gases in den anorganischen, isolierenden Werkstoff vorgesehen ist.

66, Verfahren nach Anspruch 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von Hydriden Wasserstoff als Gas verwendet wird.

67. Verfahren nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtverband erhitzt wird, um den Wasserstoff aus einer wasserstoffreichen Atmosphäre in die Zwischenlagen hineindiffundieren zu lassen.