DE2366048A1

DE2366048A1 - Aufgrund einer waermebehandlung einen festen schichtenverband bildender 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: DE2366048A1
Application number: DE19732366048
Authority: DE
Inventors: Clayton N Dr Whetstone
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1977-10-06
Also published as: CH607256A5; CA999404A; DE2366048C2; JPS502198A; JPS5951505A; JPS619722B2; JPS5946010A; DE2366049C2; DE2338042A1; ATA618173A; AR197914A1; CH607258A5; DE2338042C2; CH607257A5; AT342884B; BE802436A; JPS598050B2; DE2366049A1; JPS6048887B2; NL7310366A

Description

München, den 26. Januar 1977 /J Anwaltsaktenz.: 33 - Pat. 9 Al

Dr. Clayton ΪΪ. Whetstone, 1100 Penn Center Blvd. , Apt. 1117, Pittsburgh, Pennsylvania 15235» Vereinigte Staaten von Amerika

Aufgrund einer Wärmebehandlung einen festen Schichtenverband bildender 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 aufgrund einer Wärmebehandlung einen festen Schichtenverband bildenden Schichtwerkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, welche eine relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen

Materials isolierende Schicht aufweisen, sowie.auf ein Verfahren j zur Herstellung eines solchen Schichtwerkstoffes.

Allgemein bekannte Schichtwerkstoffe werden aus verhältnismäßig dünnen Lagen magnetisierbaren Werkstoffes unter Zwischenschaltung von Isolierschichten aus organischen Verbindungen aufgebaut, um Wirbelstromverluste zvl 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 beim Abziehen von einer Vorrats-

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rolle 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 wiederum kann zur Folge haben, daß aus dem betreffenden Schichtwerkstoff hergestellte Werkstücke sich nach einer Prüfung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften als Ausschuß erweisen. Diese Schwierigkeiten haben mitunten dazu geführt, daß man die einzelnen Schichten aus mägnetisierbarem Werkstoff nur begrenzt dünn ausführen konnte, so daß ■ die Qualität entsprechender Werkstücke bezüglich des Frequenzverhaltens ebenfalls begrenzt war.

Ein Schichtwerkstoff der eingangs kurz beschriebenen Art und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind der schweizerischen Patentschrift 503 359'zu entnehmen. Die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Schichtwerkstoffs aufgrund einer Verformung der zunächst magnetisch weichen Materialschichten während der Verarbeitungwird bei diesem bekannten Schichtwerkstoff bzw. gemäß dem bekannten Verfahren dadurch beseitigt, daß anorganische Zwischenlagen verwendet werden und der gesamte Schichten-Verband zum Zwecke des VfeLchglühens der magnetisch aktiven Schichten erhitzt wird. Durch den bzw. einen Wärmebehandlungsvorgang entstehen zwischen den Lagen aus magnetisch aktivem Werkstoff durch die anorganischen Zwischenlagen hindurchgewechsene, nadelartige Metallbrücken, welche die feste Verbindung des gesamten Schichtenverbandes bewirken.

Nachteilig ist jedoch, daß die die anorganischen Zwischenlagen durchdringenden Metallbrücken die Permeabilität des Schichtwerkstoffes insbesondere im Bereich hoher Frequenzen ganz wesentlich verschlechtern, daß ferner die Dickenbemessung der anorganischen Zwischenlagen bei der Herstellung genau gesteuert werden muß, da es anderenfalls nicht zu der Bildung der die Zwischenlagen durchdringenden Metallbrücken kommt und daß schließlich der bekannte Schichtwerkstoff eine ungenügende Verschleißfestigkeit und Abriebfestigkeit besitzt, was insbesondere bei Verwendung des

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Schichtwerkstoffes in magnetischen Aufzeichnungsköpfen oder dergleichen von Bedeutung ist.

Durch die Erfindung soll also die Aufgabe gelöst werden, einen Schichtwerkstoff der eingangs kurz beschriebenen Art so auszubilden, daß er eine optimale Permeabilität, insbesondere bei hohen Frequenzen, aufweist, wobei die Herstellung vereinfacht und reproduzierbare Eigenschaften des Schichtwerkstoffes erzielt werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die genannte, relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen Materials isolierende Schicht eine von einer isolierenden intermetallischen Verbindung gebildete Trennschicht ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schichtwerkstoffes sind Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.

Bedeutsam ist im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren, daß bei der Bildung der festen Verbindung zwischen den Lagen des Schichtwerkstoffes bzw. bei der Bildung der Diffusionsverbindung zwischen den einzelnen Lagen bzw. bei der Ausbildung der intermetallischen isolierenden Verbindungsschichten oder auch bei einem späteren Verfahrensabschnitt eine Wärmebehandlung in solcher Weise vorgesehen ist, daß die Wüchglühtemperatur für den magnetisch weichen ¥erkstoff erreicht wird.

Die Formgebung von Werkstücken, welche aus dem Schichtwerkstoff beispielsweise durch Ausstanzen hergestellt werden sollen, erfolgt vor der Wärmebehandlung. Auf diese Weise können bei der Wärmebehandlung auch diejenigen Spannungen beseitigt werden, die während der Formgebung des Schichtwerkstoffes zur Erzeugung der endgültigen Gestalt in den Schichtwerkstoff eingebracht worden sind.

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Dauer und Temperatur bei der Wärmebehandlung werden gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform so eingestellt, daß eine geringe Menge des zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff befindlichen Materials in den magnetisch weichen Werkstoff selbst hineindiffundieren kann. Hierdurch können die Eigenschaften des betreffenden Werkstückes bezüglich des Frequenzverhaltens noch j verbessert werden«

Sind gemäß einer Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Schichtwerkstoffes Schichten aus hochleitfähigem Abschirmwerkstoff, beispielsweise aus Kupfer, !zwischen benachbarte Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff eingeschaltet, so können aus dem Schichtwerkstoff Bauteile zur Abschirmung oder zur Konzentration elektrischer Felder hergestellt werden. Bei mehrspurigen Magnet-Aufzeichnungsköpfen kann diese Technik dazu verwendet werden, benachbarte Abschnitte des Aufzeichnungskopfes voneinander zu trennen. Die Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff schirmen dann die magnetischen Felder ab und die Lagen aus Leiterwerkstoff schirmen die elektrischen Felder ab. Auch können geschichtete Äbschirm-Bauteile gesondert hergestellt werden.

Im Falle der Anwendung des Schichtwerkstoffs für Transformatoren kann das Frequenzverhalten durch Verändern des Dickenverhältnisses zwischen magnetisch aktivem Werkstoff und isolierender Trennschicht sowie durch den Grad der Querschnittsverringerung variiert werden, falls bei der Herstellung des Schichtwerkstoffs ein Walzen oder Extrudieren vorgesehen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung durch tiie Beschreibung einiger Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 einen schematischen Querschnitt eines geschichteten Preßbarrens oder Strangpreßbarrens vor der Reduktion,

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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 Schichtwerkstoff s 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 ges.phichteten Abschirmwerkstoffs und

Figur 7 einen schematischen Querschnitt eines zusammengesetzten Bauteils mit Schichtwerkstoffen gemäß Figur 2 oder gemäß Figur 3 einerseits und Schichtwerkstoffen gemäß Figur 6 andererseits.

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 entsprechend ihren Valenzen im stöchiometrischen Verhältnis miteinander verbinden, so daß die hier mehrfach erwähnte, elektrisch isolierende, intermetallische Verbindung entsteht. Eine gewünschte Anzahl dieser verschiedenen Lagen 10 und 12 werden zu einem geschichteten Konstruktionsverband l4 zusammengetragen und in eine in Figur mit l6 bezeichnete, gegen Ätzmittel widerstandsfähige Ummantelung eingebracht.

Die Ummantelung l6 und der geschichtete Verband lh werden dann in einen Blockaufnehmer l8 gesetzt und ein Füllmaterial 20 mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften wie der Magnetwerkstoff

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wird zwischen die Seiten der Ummantelung· l6 und den Blockaufnehmer l8 eingefüllt. Hierauf werden nicht dargestellte Deckel auf die Enden des Blockaufnehmers 18 aufgeschweißt, und die gesamte Anordnung 22 wird dann erhitzt und durch eine einen laminaren Fluß erzeugende Matrize extrudiert, so daß die Lagen 10 und 12 gemeinsam reduziert werden und eine Diffusionsverbindung, eingehen.

Hierauf werden der Blockaufnehmer 1Ö und das Füllmaterial 20 von dem Strangpreßknüppel durch Abätzen entfernt.

Figur 4 zeigt in 1350-fächer Vergrößerung eine mikroskopische Aufnahme des geschichteten Teiles eines bereits extrudierten Knüppels. Die Lagen 24 aus magnetisch weichem Material sind zusammen mit den Lagen 26 eines Werkstoffs reduziert, welcher zusammen mit dem Werkstoff der Lagen 24 während eines Wärmebehandlungsschrittes eine intermetallische Verbindung eingeht. Die Lagen 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 überbrücken könnte.

Der geschichtete Konstruktionsverband wird dann einer Wärmebehandlung unterzogen, um das magnetische Material weiehzuglühen 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 be-

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zeichneten. Schichten JO nach Figur 5 ein, und die übrigen Schichten 36, 38 und kO 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 einer isolierenden, 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. Phasen— diagramm©, welche intermetallische Verbindungen bei Binärsystemen zeigen, lassen sich folgender Veröffentlichung entnehmen: "Constitution of Binary Alloys" von Max Hansen, 2. Ausgabe, McGraw-Hill Book Co., N. Y., 1958, und "Constitution of Binary Alloys", erste Ergänzung von Rodney P. Elliot, McGraw-Hill Book Co., N. Y., I965. Intermetallische Verbindungen bilden sich auch in Dreistofflegxerungen und Vierstofflegierungen, wie in der Veröffentlichung "Intermetallic Compounds", J. H. 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 intermetallische Verbindung zu dem Material der Lage 12 gebildet 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 HyMu 800 im Handel erhältlichen Legierung, welche 79 % Nickel,

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l6 % Bisen 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 nun und eine Länge von etwa 127 nun.

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 Verfugung stand, um eine gute elektrische Trennung im gewünschten Betriebs-Frequenzbereich zu erhalten. Diekenverhältnisse von 3 ϊ 1 bis 50 : 1 liefern gute Ergebnisse.

Der Schichtverband l4 aus der erwähnten Nickel-Eisen-Molybdänlegierung und den"Zirkonschichten wurde mit einer Titanummantelung versehen und in einen Blockaufnehmer l8 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 "Metals Handbook" Metals Handbook Committee of ASM, 1961, Seiten 785 bis 797, gefunden werden.

Nach Evakuieren der Anordnung 22 wurde diese auf 700 C erhitzt und durch eine einen laminaren Fluß ergebende Halbzollmatrize extrudiert, wobei die Schichten eine Querschnittsverringerung erfuhren und eine Diffusionsverbindung eingehen. Der extrudierte Strangpreßknüppel wurde dann mit einer Chlor-Eisen-Atzlösung abgespritzt, um den Stahl vom Blockaufnehmer und das Füllmaterial zu entfernen. Nach der Ätzung ergab sich eine rechteckige Anordnung mit einer Querschnittsgestalt, welche der Mikroaufnahme nach Figur 4 zu entnehmen ist. Der Schichtverband wurde dann

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in seinem Querschnitt durch Walzen weiter auf etwa0,5 nun 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 900 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-Phasendiagramm vorhersagen lassen.

Vermutlich ist aber die Schicht kO 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 Transformators zugeführt, und die Spanriungsausgänge 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 Transformators 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 Resonanzfrequenzkurven, die
auf der erhöhten kapazitiven Wirkung der intermetallischen Isolationslagen beruhten, welche sich während der Wärmebehandlung

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gebildet hatten. Insgesamt ergab sich, daß in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete Transformatoren mindestens eine Größenordnung günstigere Eigenschaften als herkömmlich aufgebaute 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 oben erwähnten 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 Schichten 44 von. sauerstoffreiem, hochleitfahigem Kupfer befand, das ungefähr dieselbe Dicke aufwies wie das Titan. Die Auswahl von Kupfer erfolgte, da dieses Material keine schädliche Wirkung auf die magnetischen Eigenschaften der Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung beim Hineindiffundieren in diese hat. Außerdem bildet das Kupfer eine intermetallische, isolierende Verbindung mit dem Titan. Im übrigen waren die Verfahrensschritte zur Herstellung des Schichtwerkstoffes dieselben, wie oben beschrieben wurde, und die Versuchsergebnisse waren in gleicher 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 kk einer intermetallischen Verbindung nicht sehr viel dicker als die Schicht des isolierenden, Verbindungen bildenden Materials sein. Tatsächlich ist es für Anwendungen in Transformatoren wünschenswert, daß die Zwischenlage aus hochleitfahigem Metall ausreichend dünn 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 Anwendungsfalle bei Transformatoren kann eine nicht zur Reaktion gebrachte Schicht

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der Zwischenlage aus Metall noch in dieser Zwischenlage verbleiben, doch nehmen die Wirbelstromverluste zu, wenn die Dicke einer solchen Zwischenlage zunimmt.

ßei der Ausführungsform nach Figur 6 besteht ein Abschirmungs-Schichtwerkstoff l4 S aus Kupferlagen 46, welche gegenüber den Zwischenlagen 44 nach Figur 3 verhältnismäßig dick ausgeführt sind. Diese Kupferlagen 46 sind zwischen benachbarten Lagen 48 aus Titan und Lagen 10 aus magnetisch weichem Werkstoff angeordnet. Sowohl die Kupferlagen als auch die Lagen aus magnetischem Werkstoff haben eine Dicke von etwa 0,178 mm, während die Titanschichten 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-Trennschichten sowohl mit den Lagen 10 aus magnetisch weichem Material als auch mit den dicken Kupferlagen 46. Diese intermetallischen Verbindungs-Trennschichten waren ähnlich ausgebildet wie die Schichten 36, 38 und 40 nach Figur 5> und die resultierenden Kupferlagen waren ausreichend dick, um als Abschirmungen für ein elektrisches Feld zu wirken. Nach einer Querschnittsreduzierung und einem Ausschneiden des Knüppels konnten die Kupferlagen 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 dienen.

Die hochleitfähige Lage 46 darf nicht so dünn sein, daß sie während des Weichglüh-Verfahrens vollständig reagiert. Die Schicht soll mindestens dreifach so dick wie die Schichten 48 sein und eine ausreichende Dicke haben, um nach der Reaktion zur Bildung der intermetallischen Verbindungen eine Schichtstärke übrigzulassen, welche ungefähr 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

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leitfähigen Lagen 46 von dem magnetisch weichen Werkstoff 10 zu isolieren. In diesen Fällen können die Trennschichten 48 auch weggelassen werden.

Bei der Ausfuhrungsform nach Figur 7 ist der Strangpreßknüppel aus einem ersten geschichteten Verband aus Lagen l4 entsprechend der Ausführungsform nach Figur 2 und aus einem zweiten geschichteten Verband 14 S von Abs chirms chi eilten entsprechend der Aus-' führungsform nach Figur 6 aufgebaut. Nach gemeinsamer Querschnittsreduktion und Formgebung werden die als Transformatorabschnitte verwendbaren Schichtverbände l4 in einen aktiven oder passiven magnetischen Kreis M gelegt, während dies bei den Abschirmabschnitten entsprechend den Schichtverbanden l4 S nicht der Fall ist. Die Abschirmabschnitte vermögen die Transformatorabschnitte voneinander abzuschirmen oder zu trennen, so daß eine Verwendung als Vielspur-Aufzeichnungsköpfe möglich ist, wobei jeder Transformatorabschnitt einer eigenen Spur zugeordnet ist und der benachbarte Abschirmabschnitt ein Nebensprechen von anderen Transformatorabschnitten her verhindert.

Zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff können außerdem zusätzliche Werkstoffschichten 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 Schichtwerkstoffes oder des betreffenden Werkstückes wesentlich. Die Schichtstärken können durch den Grad der gemeinsamen Querschnittsverminderung eingestellt werden, wobei Schichten aus magnetischem Werkstoff in einer Stärke bis hinunter zu 0,0025 mm erreicht werden können.

Die beschriebenen Isolationslagen sind außerordentlich hart, so daß der resultierende Schichtwerkstoff außerordentlich verschleiß-

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fest ist, was ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung in magnetischen AufZeichnungsköpfen ist. Die Härte der Isolatinnslagen 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.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des zuletzt angegebenen Gedankens wird der im übrigen bereits fertig bearbeitete und behandelte Schichtwerkstoff in einer mit Wasserstoff angereicherten Atmosphäre erhitzt, so daß der Wasserstoff in die Isolationslagen hineindiffundiert, um Metallhydride zu bilden, welche härter sind als die Isolationslagen vor der Wasserstoffdiffusion. Gleichzeitig bewirkt das Weichglühen die optimalen magnetischen Eigenschaften des magnetischen Werkstoffs. Viele Beispiele für geeignete Metallhydride finden sich in der Veröffentlichung "Metal Hydrides" von Muller, Blackledge und Libowitz, Academic Press, New York, I968.

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.

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Claims

Patentansprüche

ι 1.J Aufgrund einer Wärmebehandlung einen festen Schichtenverband Nadfldender Schichtwerkstoff mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die jeweils durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, welche eine relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen Materials isolierende Schicht aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht eine von einer isolierenden intermetallischen Verbindung gebildete Trennschicht (12 bzw. 48 bzw. 36, 38, 4θ) ist.
2. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschichten (12 bzw. 48 bzw. 36, 38, 4θ) jeweils an die Lagen (10 bzw. 32) aus magnetisch weichem Material angrenzen.
3. Schichtwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (10) aus magnetisch weichem Material jeweils allein durch eine Trennschicht (12) aus einer isolierenden intermetallischen Verbindung getrennt sind.
4. Schichtwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zwischenlage (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 intermetallischen Verbindung enthält.
5. Schichtwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (48) aus einer siolierenden intermetallischen Verbindung zwischen der jeweils angrenzenden Lage (10) aus

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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 <iie Zwischenlage die elektrischen Felder abzuschirmen vermag.
6. Schichtwerkstoff nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Schicht (46) aus Kupfer besteht.
7. Schichtwerkstoff nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitfähige Schicht (46) etwa so dick ist wie eine Lage (10) aus magnetisch weichem Material.
8. Schichtwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht . aus einer isolierenden intermetallischen 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.
9. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zwischenlage jeweils an die Lagen (10) aus magnetisch weichem Werkstoff angrenzende Metallzwischenschichten (44) und die an diese wiederum angrenzenden Trennschichten aus einer elektrisch isolierenden intermetallischen Verbindung enthält.
10* Schichtwerkstoff nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschichten (44) aus Kupfer bestehen.
11. Schichtwerkstoff nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschichten (44) aus Nickel bestehen.
12. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen ein hitzebeständiges Metall enthalten.

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13. Schichtwerkstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Metall Zirkon ist.
14. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff Nickel, Eisen und Molybdän enthalten.
15« Schichtwerkstoff nach Anspruch l4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff von einer 79 % Nickel, 16 % Eisen und 4 % Molybdän enthaltenden Legierung gebildet sind. ^:
16. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche l bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis 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.
17. Schichtwerkstoff nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Dickenverhältnis zwischen etwa 10 : 1 und etwa 20 : 1 liegt, ,
18. Schichtwerkstoff, gekennzeichnet durch mehrere Schichtabschnitte gemäß Anspruch 2, zwischen welchen sich Schichtabschnitte gemäß Anspruch 5» 6 oder 7 befinden.
19. Schichtwerkstoff nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Trennschichten zwischen den Lagen aus magnetisch i weichem Werkstoff enthaltenden Schichtwerkstoff abschnitte (l4) ■ in einem aktiven oder passiven magnetischen Kreis (M) angeordnet sind, während die die leitfähigen Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffabschnitte ( l4 S), welche zwischen den vorgenannten Abschnitten gelegen sind, von diesen isoliert sind, derart, daß die Lagen aus magnetisch weichem Material innerhalb des ■ die leitfähigen Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffab-

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schnittes eine Abschirmung der Magnetfelder zwischen den die isolierenden Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffabschnitten bewirken, während die leitfähigen Zwischenlagen eine Abschirmung der elektrischen Felder zwischen den die isolierenden Zwischenlagen enthaltenden Schichtwerkstoffabschnitten vornehmen (Figur 7)·
20. Strangpreßknüppel oder Ereßbarren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 19, welcher noch keiner Wärmebehandlung unterzogen worden ist.
21. Verfahren zur Herstellung von Schichtwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrlagiger Verband aus Lagen von magnetisch weichem Werkstoff und von eine isolierende intermetallische Verbindung bildenden Leiteroder Isplatorwerkstoff zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen den Lagen einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem mehrlagigen Verband sowohl erhöhter Druck als auch erhöhte Temperatur einwirken.
23· Verfahren nach Anspruch .21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtverband als Strangpreßknüppel oder Preßbarren vorbereitet und unter erhöhter Temperatur einer Koreduktion durch Strangpressen oder Pressen oder einem Walzvorgang unterzogen wird.
24:. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, 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.
25· Verfahren nach Anspruch 22 oder 23» dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenlage ein hochleitender Werkstoff verwendet wird,

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welcher unter der Druck- und Temperatureinwirkung eine Diffusionsverbindung mit den angrenzenden Lagen" aus magnetisch weichem Werkstoff ausbildet,
26. Verfahren nach Anspruch 2k oder 25» gekennzeichnet durch eine solche Wärmebehandlung des Schichtenverbandes, daß sich zwischen den isolierenden Werkstoffschichten bzw. den hochleitfähigen Werkstoffschichten und den angrenzenden Schichten aus magnetisch weichem Werkstoff die isolierenden intermetallischen Verbindungs-Trennschichten ausbilden.
27· Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß 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 und andererseits zu den Lagen aus isolierendem Werkstoff herstellen.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 2?, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wärmebehandlung Werkstücke in der gewünschten Gestalt aus dem Schichtenverband gebildet werden.
29· Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28 und/oder Anspruch 2k, dadurch gekennzeichnet, daß vor Herstellung der Diffusionsverbindung auf der von der Lage aus magnetisch weichem Metall abgewandten Seite der Zwischenlage aus isolierendem Werkstoff 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.
30 Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 291 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei der Bildung der intermetallischen Verbindung bzw. danach so ausgeführt wird, daß

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mindestens die VfeLchglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls erreicht wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen mindestens schichtweise einen spezifischen Widerstand über 10 JlJcm aufweisen.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31 und/oder Anspruch 24, 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.
33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß dem in der Zwischenlage enthaltenen anorganischen, isolierenden Werkstoff ein Gas beigefügt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß ein Hineindiffundieren des Gases in den anorganischen, isolierenden Werkstoff vorgesehen ist.
35· Verfahren nach Anspruch 33 oder 3^, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von Hydriden Wasserstoff als Gas verwendet wird.
36. Verfahren nach Anspruch 35» dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtverband erhitzt wird, um den Wasserstoff aus einer wasserstoffreichen Atmosphäre in die Zwischenlagen hineindiffundieren zu lassen. ■

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