DE2532655A1 - In der hochtemperaturphase stabilisierte stoffzusammensetzung aus mangan- wismuth - Google Patents
In der hochtemperaturphase stabilisierte stoffzusammensetzung aus mangan- wismuthInfo
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Description
Aktenzeichen der Anmelderin: SA 973 056
In der Hochtemperaturphase stabilisierte Stoffzusammensetzung aus Mangan-Wismuth
Die Erfindung betrifft eine in der Hochtemperatur (ß)-Phase stabilisierte Mangan-Wismuth-Legierung. Wenn diese Legierung
in dieser Hochtemperaturphase stabilisiert ist, dann läßt sich dieses Material für thermomagnetische Aufzeichnung verwenden.
Die Verwendung von Mangan-Wismuth-Legierungen bei thermomagnetischer
Aufzeichnung ist bekannt. Die binäre Stoffzusammensetzung
MnBi kommt in zwei kristallographischen Phasen vor. Die bei niedriger Temperatur auftretende α-Phase, die eine NiAs-Kristallstruktur
aufweist, ist unterhalb von 360 C stabil und die Hochtemperatur- oder ß-Phase, die eine verzerrte NiAs-Kristallstruktur
aufweist, ist stabil oberhalb von 360 0C. Das erste zur Demonstration thermomagnetischer Aufzeichnung verwendete
Material war die α-Phase und deren magnetooptische Eigenschaften sind ausgiebig untersucht worden. Für die meisten
thermomagnetisehen Anwendungen ist die ß-Phase allerdings
viel interessanter, da bei dieser Phase nur etwa 1/4 der für die α-Phase notwendigen Aufzeichnungsenergie benötigt wird.
Die eigentliche Schwierigkeit, die mit der ß-Phase auftritt,
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25326bb
besteht darin, daß sie bei mehrmaligem Durchlaufen eines Thermozyklus
dazu neigt, sich in die stabiliere α-Phase umzuwandeln. Die Stabilisierung der ß-Phase stellt daher ein wichtiges
Problem dar.
Durch die vorliegende Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß man dem MnBi Rh oder Ru beigibt.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung finden sich in den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird MnBi in der Hochtemperatur- oder 3-Phase dadurch stabilisiert, daß eine kleine
aber wirksame Menge von Rh oder Ru, vorzugsweise Rh, beigegeben wird.
Es wurde festgestellt, daß die Beigabe von 1 Atomprozent Rhodium oder 1 Atomprozent Ruthenium in der Masse von MnBi die minimale
Zeitkonstante von reinem MnBi um etwa fünf Größenordnungen erhöht. Arbeitet man mit dünnen Filmen, dann sollte man eine
höhere Dotierung benutzen (> 6 Atomprozent). Das hängt wahrscheinlich damit zusammen, daß der Dotierungsstoff dazu neigt,
sich in den Korngrenzen abzulagern und auf andere Störungen in dem Film, und nicht auf die Gitterstruktur selbst.
Der tatsächliche Ablauf, durch den Rhodium oder Ruthenium die 3-a-Transformation verhindert, ist noch nicht klar. Da aber
die Gleichgewichts-Transformationstemperatur für den ß-aübergang
durch die Beimischung von 1 Atomprozent Rhodium wesentlich herabgesetzt wird, ist zumindestens klar, daß der
Dotierungsstoff in das Gitter eindringt und nicht nur in die zweiten Phasen und an den Korngrenzen. Die Zusammensetzung RhBi
existiert nur über eine einen Zusammensetzungsbereich mit einem Fehlbetrag an Kationen, woraus man schließt, daß das dotierende
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2 b 3 2 B b b
Atom in MnBi die oktahedrale Stelle statt die bipyramidale Stelle im Zwischengitterbereich besetzt. Da die Gitterkonstanten
für RhBi kleiner sind als für MnBi, so ergeben sich große Verzerrungen, wenn Rh jede oktohydrale Stelle besetzt. Diese
Verzerrung kann aber beispielsweise die Bewegung von Mn zwischen den Zwischengitterplätzen und den oktahedralen Plätzen,
welche sich bei der ß-a-Transformation abspielt, verhindern.
Die folgenden Beispiele sollen nur der Erläuterung dienen und sollen nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung
aufgefaßt werden, da viele Abwandlungen möglich sind, ohne vom Wesen und vom Anwendungsbereich der Erfindung selbst abzuweichen
.
Die dünnen Filme werden dadurch hergestellt, daß man zunächst Wismuth auf Substrate aus geschmolzenem Quarz aufdampft, welche
bei 50 0C gehalten werden. Dann werden Mangan und Rhodium
gleichzeitig auf den Wismuthfilm aufgedampft. Die Filme werden anschließend mit einer 0,5 um dünnen Schicht SiO überzogen und
dann im Vakuum getempert. Es wurde festgestellt, daß durch Tempern für über 6 std in einem Temperaturbereich zwischen 300
und 325 0C nahezu phasenreine (durch Röntgenstrahlenanalyse bestimmt)
Filme in der ß-Phase hergestellt werden können, bei
enen die normale Zusammensetzung MnQ o2 Rno lgBi ist. Die spezifische
polare Faradaydrehung bei Zimmertemperatur und einer Wellenlänge von χ - 0,6328 um beträgt 2 χ 105 °/cm, das mit dem
Wert von 4 χ 10 °/cm für undotiertes β-MnBi verglichen werden
muß. Aus β-MnBi mit der oben angegebenen Zusammensetzung bestehende Filme wurde isothermisch bei 150 0C, 200 C und
250 0C getempert. Diese Temperaturen sind höher als sie für
das normale thermomagnetische Einschreiben auf ß-MnBi notwendig
sind. Temperzeiten im Bereich von 10 bis 10 see ergaben
keinerlei Hinweis darauf, daß irgendeine ß-a-Transformation
stattgefunden hat. Reine MnBi-Filme zeigen innerhalb
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von 3 bis 100 sec ungefähr 30 % Umwandlung, wenn sie im gleichen
Temperaturbereich getemptert werden. Das Verfahren kann
unter Verwendung von Ru an Stelle von Rh wiederholt werden, und man erhält gleichwertige Ergebnisse.
Proben aus den reinen Elementen werden dadurch hergestellt,
daß man sie in einem Induktionsofen bei 1000 0C in einem BN-Tiegel
unter einer Atmosphäre von Helium schmilzt. Die geschmolzene Mischung wird dadurch abgelöscht, daß man sie in
einen mit flüssigem Stickstoff gekühlten Kupferblock gießt. Die Probe wird dann pulverisiert und für mehrere Tage bei
300 0C umgesetzt« Mit diesem Verfahren konnte man phasenreine
Proben aus Mn- -Bi erzielen. Ferner war es ebenso möglichf
phasenreine Proben von Mn1 , Rh Bi für χ = 0,01 und 0,02
1 , I *""X X
zu erzielen. Höhere Werte von χ ergaben freies Bi, Die Proben
wurden zusätzlich auf 375 0C erhitzt und dann abgelöscht und
waren vorzugsweise ß-MnBi, doch war auch etwa ct-MnBi vorhanden.
Die Proben mit χ = 0f02 wurden dann bei verschiedenen Temperaturen
getempert und eine Untersuchung mit Röntgenstrahlen zeigte, daß oberhalb von 329 0C der Anteil an ß-MnBi auf
Kosten von a-MnBi zunimmt, während unterhalb von 324 0C
der umgekehrte Fall eintritt. Die Phasentransformationstemperatur
wird daher durch die Beimischung von Rh von 360 0C auf
324 bis 329 0C abgesenkt. Dies wurde auch durch DTA-Messungen
bestätigt.
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Claims (3)
1. Stoffzusammensetzung aus Mangan-Wismuth, dadurch gekennzeichnet,
daß es in der ß~Phase durch Beimischung einer kleinen, aber wirksamen Menge von Rhodium oder Ruthenium
stabilisiert ist,
2. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens 1 Atomprozent von entweder Rhodium oder Ruthenium vorhanden ist,
3. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1f dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens 6 Atomprozent von Rhodium oder Ruthenium vorhanden sind,
4« Anwendung einer in der (3-Phase stabilisierten Stoff zusammensetzung
aus Mangan-Wismuth gemäß Anspruch 1 bis
3 auf ein thermomagnetisches Aufzeichnungmedium,
SA 973 056
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