DE2506338A1

DE2506338A1 - Mangan-zink-ferrit

Info

Publication number: DE2506338A1
Application number: DE19752506338
Authority: DE
Inventors: Udo Dipl Phys Dr Rer Na Koenig
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1976-08-26

Description

Mangan-Zink-Ferrit Die Erfindung betrifft einen rianganZink-Ferrit, der aus 53 bis 60 mol-/o Fe2O3, 4 bis i8 mol-% ZnO und 22 bis 43 mol-% MnO besteht.
Derartige weichmagnetische Mangan-Zink-Ferrite werden durch Sintern einer Grundmischung aus Manganoxid, Zinkoxid und Eisen (III)oxid hergestellt0 Aus den bekannten Mangan-Zink-Ferritn werden sowohl Kerne für Bandfilterspulen und HF-Übertrager als auch Transformatorenkerne hergestellt0 Bei Ferriten, die in Bandfilterspulen und HF-Übertragern verwendet werden1 sind in erster Linie die Werkstoffeigenschaften von Bedeutung, die durch den Anfangsbereich der Hystereseschleife bestimmt werden, wie beispielsweise die Anfangspermeabilitätszahl µ@ und der Hysteresebeiwert #ß.
Dagegen müssen Ferrite, die beim Bau von Transformatoren verwendet werden, bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei 1000C, eine hohe Sättigungspolarisation I eine kleine Ummagnetisierungsverlustzahl p und einen hohen magnetischen Induktionswert Bmax aufweisen, wobei der nutzbare Induktionshub Bmax proportional der Stättigungspolarisation I ist0 5 Es ist ferner bekannt, daß sich durch Erhöhung des Mangangehaltes die Curietemperatur Tc und die Sättigungspolarisation 1 erhöhen lassen0 Auch durch die Steigerung 5 des Eisengehaltes kann die für Transformatorenkerne wichtige Sättigungspolarisation Is erhöht werden. Mit der Erhöhung des Eisengehaltes ist aber auch eine bei Transformatorenkernen unerwünschte Verschlechterung der Anfangspermeabilitätszahl #z und der Ummagnetisierungsverlustzahl pv verbunden, so daß dem Einsatz von Mangan Zink-Ferriten mit hohen Eisengehalten beim Bau von Transformatoren Grenzen gesetzt sind0 Überdies ist eine wesentliche Steigerung des Eisen (III)oxid-Anteils über 53 mol-% Fe2O3 hinaus mit zunehmenden Schwierigkeiten beim Sintern verbunden, da dann Ausscheidungen von Magnetit- und Hämatitphasen in den Ferriten auftreten, welche die magnetischen Eigenschaften der Ferrite nachteilig beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mangans Zink-Ferrit zu schaffen, der bei Temperaturen von 60 bis 120 C eine hohe magnetische Polarisation I , eine hohe Anfangspermeabilitätszahl µ@ und eine geringe Ummagnetisierungsverlustzahl p aufweist.
Diese Aufgabe wird überraschenderwoise dadurch gelöst, daß der Ferrit zusätzlich 0,2 bis 20 mol-% MgO, CaO, CrO, CoO, NiO, CuO und/oder RllO enthält. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der MgO-, CaO-, CrO-, CoO-, NiO-, CuO- und/oder RhO-Gehalt des Ferrites zwischen 3 und 10 mol-% liegt. Der entsprechend der Erfindung zusammengesetzte Mangan-Zink-Ferrit hat insbesondere dann vorteilhafte Eigenschaften, wenn er 56 bis 58 mol-% Fe203, 32 bis 36 mol-% MnO, 6 bis 12 mol-% ZnO und 4 bis 8 mol-% NiO enthält0 Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird aber auch dadurch gelöst, daß der Ferrit zusätzlich 0,05 bis 4,5 mol-% Li2O enthält. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Li2O Gehalt des Ferriten zwischen 0,05 und 3 mol-% liegt0 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Mangan-Zink-Ferrit als weichmagnetischer Werkstoff zur Herstellung von Transformatorenkernen und ähnlichen Gegenständen mit hoher magnetischer Fluß dichte Bmax, die bei Temperaturen von 60 bis 1200C betrieben werden sollen, verwendet wird0 Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesonder darin, daß ein Mangan-Zink-Ferritwerkstoff mit hoher Sättigungspolarisation 1 sowie guter Permeabilitäts-5 zahl µ@ und niedriger Ummagnetisierungsverlustzahl pv verfügbar ist, der insbesondere für den Transformatorenbau in vorteilhafter Weise verwendet werden kanne Bin weiterer Vorteil des entsprechend der Erfindung zusammengesetzten Ferriten bestellt darin, daß er ein sehr gutes Sinterverhalten zeigt, da sich wegen seines geringen Gehalts an zweiwertige Eisen fast keine nachteilig wirkenden Ausscheidungsphasen bilden.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Eine Basismischung aus 56 mol-% Fe2O3, 28 mol-% MnO und l6 mol-% ZnO wird in bekannter Weise durch 10- bis 20-stündiges Sintern bei maximalen Sintertemperaturen von 1300 bis 1450°C in einer Atmosphäre aus Luft und Stickstoff zu einem Ferrit I mit Spinellstruktur und der Zusammensetzung Zn0,31 Fe0,152+ Mn0,54 Fe23+O4 umgesetzt.
Werden der Basismischung 6 mol-% NiO zugegeben und erfolgt die Sinterung unter den gleichen Bedingungen, bildet sich der entsprechend der Erfindung zusammengesetzte Ferrit II mit der Formel Zn0,30 Fe0,072+ Mn0,52 Ni0,11 Fe23+O4. Wird die Basismischung nach Zusatz von 6 % MgO unter den obigen Bedingungen gesintert, bildet sich der erfindungsgemäße Ferrit III mit der Zusammensetzung Zn0,30 Fe0,072+ Mn0,52 Mg0,11 Fe23+O4.
Aus einer anderen Basismischung, die 58 mol-% Fe203, 28 mol MnO und 14 mol-% ZnO enthält, wird durch Sinterung unter den bereits genannten Bedingungen der Ferrit IV mit der Zusammensetzung Zn0,27 Fe0,202+ Mn0,53 Fe23+O4 hergestellt. Wird diese Basismischung zusätzlich mit 0,31 mol-% Li20 dotiert und danach gssintert, bildet sich der erfindungsgemäße Ferrit V mit der Formel Zn0,26 Fe0,082+ Mn0,52 Li0,07 Fe2,073+O4 Die Ferrite I bis V haben bei 100°C die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Eigenschaften Ferrit I@ [mT] µ@ Pv [mW° cm-3] Tc [°C] I 372 1200 145 245 II 370 2700 100 252 III 368 2800 120 242 IV 390 450 320 277 V 380 1700 140 285 Die mol-%-Zahlen beziehen sich auf 1 Mol des jeweiligen Metalloxids. Die Ummagnetisierungsverlustzahl pv wurde bei sinusförmiger Induktion mit der Amplitude B = 200 mT und einer Frequenz von 16 kHz bestimmt. Die magnetische Polarisation Is wurde bei einer magnetischen Feldstärke von 10 A.cm-3 gemessen.
Die durch den erfindungsgemäßen Ferriten erzielten Verbesserungen der Sättigungspolarisation I , der Anfangspermeabilitätszahl µ@ , der Ummagnetisierungsverlustzahl pv und der Curietemperaturen T ergeben sich aus der Tabelle und sind c für einen größeren Temperaturbereich am Beispiel der Ferrite II und III in Figur 1 und 2 dargestellt. Der Ferrit I hat im Temperaturbereich von 60 C bis 1200C Anfangspermeabilitätszahlen von etwa 1200 und Ummagnetisierungsverlustzahlen von etwa 150 bis 180 mW/cm30 Die erfindungsgemäßen Ferrite II und III weisen demgegenüber Anfangspermeabilitätszahlen von 2300 bis 2800 und Ummagnetisierungsverlustzahlen von 90 bis 130 mW/cm3 auf, Wie der Tabelle zu entnehmen ist, werden diese günstigen Anfangspermeabilitatszahlen und Ummagnetisierungsverlustzahlen der erfindungsgemäßen Ferrite bei hohen Curietemperaturen und großen Sättigungspolarisationen erreicht,

Claims

A n s p r ü c h e 1. Mangan-Zink-Ferrit, der aus 53 bis 60 mol-% Fe2O3, 4 bis 18 mol-% ZnO und 22 bis 43 mol-%o AInO besteht, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,2 bis 20 mol-% NgO, CaO, CrO, CoO, NiO, CuO und/oder RhO enthält.

2. Mangan-Zink-Ferrit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf sein MgO-, CaO-, CrO-, CoO-, NiO-, CuO und/oder RnO-Gehalt zwischen 3 und 10 mol-% liegt, 30 Mangan-Zink-Ferrit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 56 bis 58 mol-% Fe203, 32 bis 36 mol~% MnO, 6 bis 12 mol-% ZnO und 4 bis 8 mol-% NiO enthält0 4. Mangan-Zink-Ferrit, der aus 53 bis 60 mol-% Fe2O3, 4 bis 18 mol-% ZnO und 22 bis 43 mol-% MnO besteht, dadurch gekennzeichnet daß er zusätzlich 0,05 bis 4,5 mol-% Li2O enthält.

5. Mangan-Zink-Ferrit nach Anspruch 4, dadruch gekennzeichnet, daß sein Li2O-Gehalt zwischen 0,05 und 3 mol-% liegt.

6. Verwendung des Nangan-Zink-Ferrits nach den Ansprüchen 1 bis 5 als weichmagnetischer Werkstoff zur Herstellung von Transformatorenkernen und ähnlichen Gegenständen mit hoher magnetischer Flußdichte Bmax, die bei Temperaturen von 60 bis 120°C betrieben werden sollen, L e e r s e i t e