DE2659820C2

DE2659820C2 - Verfahren zur Herstellung der Laminatplättchen des Kerns eines Magnetkopfes

Info

Publication number: DE2659820C2
Application number: DE2659820A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Fujishima; Kazuo Tokio/Tokyo Ohya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1975-02-15
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE2605615A1; US4079430A; DE2605615C2; DE2659820A1; JPS5194211A

Description

hat, wobei M mindestens ein Metall der Gruppe Eisen, Nickel, Kobalt und mindestens ein Element der Gruppe Phosphor, Bor, Kohlenstoff, Silicium ist und α und b die atomaren Prozentanteile darstellen, wobei a zwischen 60 und 95 und b zwischen 5 und 40 liegt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Laminatplättchen des Kerns eines Magnetkopfes gem. dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2.

Aus der japanischen Veröffentlichung »Tape Recorder« Seite 74 bis 77 veröffentlicht am 20. März 1969 sind aus Laminatplättchen bestehende Magnetkopfkerne bekannt, bei denen die Laminatplättchen aus Permalloy oder Ferriteinkristallen hergestellt werden. Das Gefüge von Permalloy ist kristallin so daß die Verschleißeigenschaften nicht besonders gut sind. Bei der Herstellung derartiger Laminatplättchen werden diese aus Blech ausgestanzt. Hierbei treten mechanische Spannungen und Störungen der magnetischen Eigenschaften auf, so daß sich an das Ausstanzen ein Ausglühen anschließen muß. Aufgrund des kristallinen Gefüges ist es nicht möglich, die Kernhälften durch Schleifen zu bearbeiten, da hierbei Risse und die vorerwähnten Auslösungen aus dem kristallinen Gefüge auftreten würden. Bei ausgewählten Ferriteinkristallen sind zwar die Verschleißfestigkeiten günstiger, es ergeben sich jedoch wesentlich schlechtere magnetische Eigenschaften. Amorphe Legierungsgefüge sind aus der Veröffentlichung nicht zu entnehmen.

Die Zeitschrift »Applied Physics Letters« Band 26, Nummer 3 vom 1. Februar 1975, Seiten 128 bis 130 beschreibt zwar amorphe ferromagnetische Legierungen jedoch nur im Zusammenhang mit Transformatorkernen. Es werden Legierungen genannt, die aus Eisen, Nickel und Chrom einerseits sowie Phosphor, Bor und Kohlenstoff andererseits bestehen können. Die für Magnetkopfkerne zu fordernden Eigenschaften unterscheiden sich erheblich von denjenigen die bei Transformatorkernen erforderlich sind. So kommt es bei Transformatorkernen nicht auf Härte, Verschleißfestigkeit und hohe Anfangspermeabilität sondern auf eine möglichst hohe Maximalpermeabilität an. Bei Magnetkopfkernen ist die letztgenannte Eigenschaft unerheblich; es werden jedoch die zuerst genannten Eigenschaften benötigt. Über die Herstellung von Laminatplättchen ist in dieser Veröffentlichung nichts ausgesagt.

In dem Fachbuch »Grundlagen der magnetischen Signalspeicherung« Akademie-Verlag, Berlin 1968, Band I, Seiten 117 bis 120 werden Forderungen an das Kernmaterial von Magnetköpfen aufgestellt und Eigenschaften von Kernmaterialien angegeben. Bei letzteren handelt es sich durchgehend um weichmagnetische Legierungen mit kristallinem Charakter. Bezüglich der Herstellung von Lamellen aus Kernmaterial wird angeführt, daß die Lamellenform durch mechanische Bearbeitung und durch Glühung erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, gem. dem bei der Bildung der amorphen Phase der Legierung gleichzeitig das fertige Laminatplättchen hergestellt wird.

Diese Aufgabe wird gem. der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 1 bzw. 2.

Durch die ZusammeriTassung der erstrebten Phasenbildung mit der erstrebten Formbildung ergibt sich ein erheblicher verfahrenstechnischer Gewinn.

Zur Herstellung der Laminatplättchen werden bevorzugt Legierungen verwendet die in Patentanspruch 3 gekennzeichnet sind.

Eine amorphe Metall-Legierung weist magnetische und hochfrequente Eigenschaften auf, welche besser oder mindestens gleich demjenigen des konventionellen Permalloy sind; die Verschleißfestigkeit Ist gleich derjenigen von Ferrit.

Zur Unterscheidung einer amorphen Substanz und einer kristallinen Substanz wird üblicherweise eine Röntgenstrahlbeugungsmessung durchgeführt. Eine amorphe Metall-Legierung erzeugt ein Beugungsprofil, welches sich geringfügig mit dem Beugungswinkel verändert, weist jedoch keine scharfen Beugungsspitzen auf, wie sie

sonst von den Gitterebenen von Kristallen reflektiert werden. Es ist daher möglich, das Verhältnis der beobachteten Spilzenhöhen in bezug auf die theoretischen Höhen der bekannten Standardspitzen von Kiistailen zu errechnen, wobei der amorphe Anteil ausgedrückt wird in Größen dieses Verhältnisses.

Es wurde ermittelt, daß eine amorphe Metallegierung, weiche zu mindestens 50°/., vorzugsweise nicht weniger als 75"n amorph ist, folgende Eigenschaft ;n aufweist: *

IO³ Eine Koerzitivkraft (Hc) von mehr als 0,2 Oersted (I Oe = —— A/m),

4π

eine maximale Magnetflußdichte (Bin) von nicht weniger als 5500 Gauss (I G= 1(H Wb/ar), vorzugsweise nicht weniger als 8700 Gauss, einen spezifischen Widerstand (z) von nicht weniger als 150 χ 10 '" Π/cm, eine Anfangspermeabilität (μο) von nicht weniger als 2Ox 10' und eine Vickershärte (Hv) von nicht weniger als 600.

Im Vergleich hierzu sind die Eigenschaften von Permalloy wie folgt:

Hc = 0,006, ßw = 7,900, ct = 55x 10"⁶, /<₀ = 7x 10^! und Hv= 150. Die Eigenschaften von gesinterten Ferriten sind

Hc = 1,5, Bm = 2,500, se = 10⁷, μ₀ = 200 und Hv = 400.
Die Eigenschaften eines Ferriteinkristalls sind

Wr = OJ, Sm = 4,000, x> l,//o = 2xl0³ und//v = 400. 2>

Demgemäß ist eine amorphe Legierung für die Verwendung in Magnetköpfen sehr gut geeignet. Ein Wirbelstromverlust, welcher entgegengesetzt ist den hochfrequenten Eigenschaften, wird bestimmt durch folgende Gleichung:

J π ■ μο

Hierbei ist/die Frequenz des durch die Spule fließenden Stroms, welche um den Magnetkörper herum angeordnet ist, wobei der Magnetkörper die Form eines geschlossenen Magnelkreises bildet. Der Wirbelstromverlust „ ³ⁱ S ist proportional zu \tx. Der Wirbelstromverlust eines amorphen Metalls ist daher im Vergleich zu demjenigen j von Permalloy etwa 60% geringer mit dem Ergebnis, daß ein Magnetkopf unter Verwendung einer amorphen

* Metallegierung bessere Aufzeichnungs- und Wiedergabeempfindlichkeiten aufweist als ein Magnetkopf unter Verwendung von Permalloy.

Weiterhin isi die Magnetflußdichte Bm einer amorphen Legierung, wie sie bei dem erfindungsgemäßen ·"' Verfahren verwendet wird, beträchtlich höher als diejenige von Ferrit, wobei diese Magnetflußdichte etwa gleich derjenigen ist von Permalloy. Der Aufzeichnungsträger, welcher mit einem Magnetkopf aus einer amorphen Legierung verwendet wird, kann daher aus einem Material bestehen, dessen Koerzitivkraft höher als 1000 Oe ist.

Weiterhin ist die Härte der amorphen Legierung gleich derjenigen "von Ferrit. Infolge dieser Härte ist die Betriebsdauer eines Magnetkopfes mit einer amorphen Legierung gleich derjenigen eines Magnetkopfes mit -¹⁵ einem Kern aus Ferrit. Überraschenderweise wurde gefunden, daß In bezug auf die Lebensdauer ein Magnetkopf mit einem Kern aus einer amorphen Legierung sogar günstiger ist, da infolge der Viscoelastizität der amorphen • Metallegierungen sich keine Defekte, wie beispielsweise Löcher oder Risse bilden.

Diese zuvor beschriebenen Eigenschaften machen eine amorphe Metallegierung besonders geeignet zur Verwendung für Laminatplättchen eines Magnetkopfkerns. ^j0

Die im Rahmen der Erfindung verwendbaren Zusammensetzungen erfassen irgendwelche Metalle, welche in amorpher Form hergestellt werden können, insbesondere solche Zusammensetzungen, welche durch die Formel

M.Y»

dargestellt werden, wobei M mindestens ein Metall aus der Eisen, Nickel, Kobald aufweisenden Gruppe und Y mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Phosphor, Bor, Kohlenstoff, Silizium besteht, und wobei der Prozentanteil ausgedrückt wird in dem atomaren Prozentanteii von α und b, wobei a zwischen 60 und 95 und h zwischen 5 und 40 liegen soll, wobei α plus b gleich 100 ist. Y kann bevorzugt Phosphor und/oder Bor sein. Die obenerwähnten Komponenten M und Y sind vorzugsweise in einem Verhältnis, das der eutek<ischen Zusammensetzung dieser Komponenten entspricht. Amorphe Legierungen mit den gewünschten Eigenschaften umfssen beispielsweise folgende Leistungen

Fe₈₀Pi₃C,

Fe_4SNl₄₇P₈

Fc₀PuB₇
Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B,.

Die amorphe Metallegierung wird erzeugt, indem eine geschmolzene Metallegierung ausreichend ritsch abgekühlt wird, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 10*¹—1O¹*⁰ C/sck., wobei ein Erstarren ohne Kristallisation eintritt und eine glasige Substanz erhalten wird. Gemäß den Ausl'ührungsbeispielen wird ein Tropfen der flüssigen Legierung zwischen zwei gegenüberliegenden Kolbenfliichen zusammengedrückt, die mit hoher " Geschwindigkeit aufeinander bewegt werden; auch kann die flüssige Metallegierung zwischen zwei sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rollen zusammengepreßt werden. Letztlich kann der Legierungstropfen auf die innere Fläche eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Zylinders geblasen werden, der sich beispielsweise mit 5000 bis 10 000 Umdrehungen pro Minute dreht.

Es ist bekannt, daß eine amorphe Metallegierung sich beim Erhitzen auf hohe Temperatur in eine kristalline Metallegierung verändert. Bei den vorgeschlagenen Zusammensetzungen liegt diese Temperatur im Bereich zwischen 350 und 450° C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Bei den Beispielen werden die Ausgangsmaterialien zuerst gesintert. Da die Ausgangsmaterialien als Pulver mit hoher Reinheit vorliegen, wird dieser Sinterprozeß durchgeführt, um zu vermeiden, daß während des Herstellverfahrens irgendwelche Unrein-'* heilen zu den Materialien gelangen.

Beispiel 1

Eine amorphe Metallegierung von Fe₁₁₀P_nCi wurde durch folgendes Verfahren erzeugt: Elektrolytisch gewon-

²" nenes Eisenpulver, rotes Phosphorpulver und Kohlenstoffpulver wurden gemischt zu 90,3 bzw. 8,1 bzw. 1,6 Gewichtsteilen. Das Mischpulver wurde sodann gepreßt bei einem Druck von 35 kg/mm², wodurch ein Grünling erhalten wird. Dieser Grünling wurde mit einer Geschwindigkeit von 30°C/Stunde bis auf 500° C erhitzt und wurde auf diese Temperatur von 500° C über 24 Stunden lang gehalten. Hierdurch wird eine Sinterreaktion bewirkt. Der so behandelte Grünling wurde sodann erhitzt auf 800° C über eine Zeitdauer von 48 Stunden,

-* wodurch sich ein Sinterkörper ergab. Dieser Sinterkörper wurde sodann von Zimmertemperatur erhitzt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes. Die geschmolzene Legierung mit einer Temperatur von 1200⁰C wurde abgeschreckt mit einer Geschwindigkeit von 10^8oC/Sek. durch Versprühen auf die innere Oberfläche eines mit 5000 Umdrehungen/min, rotierenden Zylinders. Das erhaltene Laminatplättchen wies eine Dicke von ΙΟΟμίη auf. Bei der Röntgenstrahlbeugungsmessung zeigte sich, daß die Legierung zu 75%> amorph und zu 25%

■'" kristallin war.

Sechs Laminatplättchen wurden auf diese Weise erzeugt. Ein Film eines Epoxyharzes mit einer Dicke von 1 μητ wurde zwischen jeweils zwei Laminatplättchen aufgebracht. Der Laminatkörper 1 nach Fig. 1, bestehend aus sechs Laminatplättchen wurde sodann vier Stunden lang auf 140° C erhitzt, so daß die Laminatplättchen 2 fest miteinander verbunden waren. Die Dicke ι des Laminatkörpers 1 betrug 600 μητι. Der Laminatkörper 1 nach

•*^s Fig. 1 wurde durch Schleifen mit einer Ausnehmung 3 versehen. Hierdurch wird eine Hälfte eines ringförmigen Kernes erzeugt. Auf die gleiche Weise wurde eine zweite Hälfte hergestellt. Die so erzeugten Laminatkörper 1 wurden miteinander verbunden über Einsätze 5 aus Kupfer-Berilium-Legierung mit einer Dicke t von 2 μηι, wodurch sich ein Tonkopf 4 (Fig. 2) gab, der mit Wicklungen 6 versehen und in ein konventionelles Gehäuse eines Magnetkopfes eingesetzt wurde. Der so hergestellte Magnetkopf wurde einem Verschleißtest unterworfen.

^4Ü Bei dem Verschleißtest betrug der Kontaktdruck 3,4gr/mm\ die Umgebungstemperatur betrug 23 ± I⁰C und die Luftfeuchtigkeit lag bei 65 ± 5%. Die Laufgeschwindigkeit eines Magnetbandes betrug 19cm/Sek. und die Dauer des Versuchs betrug 2500 Stunden. Der bei diesem Test festgestellte Verschleiß am Kern betrug 7 μπι.

Zu Vergleichszwecken wurden Magnetköpfe getestet, deren Kern bestanden aus 80 Ni-20 Fe Permalloy, gesintertem Mn-Zn-Ferrit, wobei der Verschleiß 400 μπι bei Permalloy und 10 μπι bei den Ferritkernen betrug. Die Magnetköpfe mit Kernen aus gesintertem Ferrit und dem Ferriteinkristall verloren ihre ursprünglichen Laufeigenschaften nach 1500 Stunden infolge der sich bildenden Löcher und Risse an der Kontaktoberfläche der Kerne.

Der Laminatkörper aus Plättchen eines amorphen Legierungsmetalls wurde weiterhin bezüglich der magnetischen und elektrischen Eigenschaften getestet. Das Resultat ist in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Koerzitivkraft (Oe) 0,02

maximale magnetische Flußdichte (G) 8,700

" spezifischer Widerstand (μθ-cm) 160

Ursprungspermeabilität 24,500

Härte (Hv) 650

Der Curiepunkt der amorphen Legierung betrug 360° C.

Beispiel 2

Ein Magnetkopf, in welchem eine amorphe Metallegierung von Fe₄₅Ni₄₇Ps Verwendung fand, wurde erzeugt

nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Eisenpulver, Nickelpulver und rote Phosphorpulver verwendet wurden im Gewichtsverhältnis von 45 Teilen, 50 Teilen und 5 Teilen. Die Ergebnisse der Untersuchungen bezüglich der magnetischen, elektrischen, mechanischen und kristallinen Eigenschaften ist in Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Koerzitivkraft (Oe)	0,02
maximale magnetische Flußdlchie (G)	7,000
spezifischer Widerstand (μΩ-cm)	175
Ursprungspermeabi Ii tat	23,000
Härte (Hv)	720
Prüfbedingungen beim Verschleiß
Laufgeschwindigkeit des Bandes (cm/Sek.)	19
Dauer (Stunden)	25,000
Verschleiß in μηι	6
amorpher Anteil {%)	75

Koerzitivkraft COe;	0,06
maximale magnetische Flußdichte (G)	5,500
spezifischer Widerstand (μΩ-cm)	150
Härte (Hv)	700
Prüfbedingungen beim Verschleiß
Laufgeschwindigkeit des Bandes (cm/Sek.)	19
Dauer (Stunden)	2,500
Verschleiß in μίτι	8
amorpher Anteil (%)	65

Beispiel 3

Ein Magnetkopf mit einer amorphen Metallegierung aus COm₁Pi₂ wurde erzeugt nach dem Verfahren gemäß
Beispiel 1 mit Ausnahme, daß das Mischungsverhältnis von Kobaltpulver zu rotem Phosphorpulver in
Gewichtsanteilen 88 Teile und 12 Teile betrug. Dieser Magnetkopf wies folgende Eigenschaften auf:

Tabelle III ²⁽⁾

Beispiel 4

Ein Magnetkopf, bei welchem eine amorphe Metallegierung Fe₈₀PuB₇ verwendet wurde, wurde erzeugt nach
dem Verfahren gemäß Beispiel 1. Das Mischungsverhältnis von Fe-, B- und P-Pulver in Gewichtsprozenten ³⁵ betrug 90,3, 8,1 und 1,6. Die erhaltenen Ergebnisse der Tests wie in Beispiel 1 sind in Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV Beispiel 5

Ein Magnetkopf mit einer amorphen Metallegierung Fe₄oNi4oPi4B₆ wurde hergestellt gemäß dem Verfahren in
Beispiel 1. Die Mischungsverhältnisse in Gewichtsprozenten von Fe-, Ni-, P- und B-Pulver betrug 44, 46,4, 8,5
und 1,1. Die Versuchsergebnisse mit Versuchen gemäß Beispiel 1 sind in Tabelle V angegeben. ⁵⁵

Tabelle V

Koerzitivkraft COc?;	0,08
maximale magnetische Flußdichte (G)	9,000
spezifischer Widerstand (μΩ-cm)	160
Ursprungspermeabilität	25,000
Härte (Hv)	630
Prüfbedingungen beim Verschleiß
Laufgeschwindigkeit des Bandes (cm/Sek.)	19
Dauer (Stunden)	2,500
Verschleiß in μπι	8
amorpher Anteil (96)	85

Koerzitivkraft (Oe)	0,03
maximale magnetische Flußdichte (G)	8,000
spezifischer Widerstand (μΩ-cm)	175
Ursprungspermeabilität	50,000
Härte (Hv)	720
Prüfbedingungen beim Vsrschleiß
Laufgeschwindigkeit des Bandes (cm/Sek.)	19
Dauer (Stunden)	2,500
Verschleiß in μπι	6
amorpher Anteil (%)	75
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung der Laminatplättchen des Kerns eines Magnetkopfes, die aus einer weichmagnetischen Legierung bestehen, bei der mindestens ein Legierungsbestandteil aus Eisen, Nickel oder Kobalt

^f besteht und der Kern gebildet wird durch zwei Kernhälften, die jeweils aus aufeinander geschichteten und miteinander verklebten Laminatpläitchen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Legierung zumindest 50% amorph und im übrigen kristallin ist und zur Bildung jedes Laminatplättchens ein Tropfen der flüssigen Legierung zwischen zwei sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Flächen zusammengepreßt wird und hierbei die Temperatur der Legierung mit 10* bis 10'° C/sec. verringert wird.

l" 2. Verfahren zur Herstellung der Laminatplättchen des Kerns eines Magnetkopfes, die aus einer weichmagnetischen Legierung bestehen, bei der mindestens ein Legierungsbestandteil aus Eisen, Nickel oder Kobalt besteht und der Kern gebildet wird durch zwei Kernhälften, die jeweils aus aufeinander geschichteten und miteinander verklebten Laminatplättchen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Legierung zumindest 50°o amorph und im übrigen kristallin ist und zur Bildung jedes Laminatplättchens ein

I^ Tropfen der flüssigen Legierung auf die Innenfläche eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Zylinders geblasen wird und hierbei die Temperatur der Legierung mit 10' bis 10'° C/sec. verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ode^r 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Legierung die Formel