DE2909280C2

DE2909280C2 - Magnetkopf mit Einkristall-Ferriten und ein Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2909280C2
Application number: DE2909280A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Urawa Saitama Aotsu; Yoshiteru Tokyo Urino; Hisashi Yokohama Kanagawa Watanabe
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Akai Electric Co Ltd
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE2909280A1; NL7901988A; NL182255B; GB2022306A; GB2022306B; US4285894A; JPS54121108A; US4409633A; NL182255C

Description

eines mit Sn substituierten Mn-Zn-Einkristall-Ferrit- 25 aufgeworfen, welches darin besteht, daß das Ausgangskopfkernblocks (22) aufgetragen, mit Ausnahme des- signal des Kopfes vermindert wird, und zwar auf Grund jenigen Teils, wo der Arbeitsspalt (16) entstehen der Erniedrigung der effektiven Permeabilität im Ma^so"; gnetpfad des Koptkerns, die durch die verschiedenen

b) der Ferritkopfkernblock (22) nach a) wird bei Phasen, die homogen im ganzen Magnetpfad des Kopfca. 1100°C bis 1200°C und bei einer Atmosphäre mit 30 kerns ausgefällt werden, hervorgerufen wird. Die einem Sauerstoffgehalt von weniger als 3% behan- Mn-Zn-Einkristaf! Ferrite, in denen die verschiedenen

Phasen gleichmäßig ausgefällt werden, wurden bis jetzt vielfach als Material für den magnetischen Kopfkern verwendet, weil solche Mn-Zn-Einkristall-Ferritköpfe mit geringem Rauschen im Bereich der magnetischen Tonaufzeichnung und -Wiedergabe sehr gefragt sind, obgleich die Permeabilität des Kopfkerns etwas beeinträchtigt wird. Das heißt, daß ein implizites Problem der Permeabilität in den verbesserten rauscharmen

Mn-Zn-Einkristall-Ferritköpien noch eingelöst ist

Schließlich sind auch noch hochdichte Mangan-Zink-Ferrite für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe bekannt, bei denen durch Zusatz verschiedener Phasen, etwa einer SnOz-Phase, das Ferrit- Rauschen reduziert wird (DE-OS 2 164 465). Diese bekannten Magnetköpfe weisen einen Kopfkern mit einem Luftspalt auf. Die Nachteile dieser Magnetköpfe sind dieselben wie die bereits oben beschriebenen. Der Erfindung ltegt die Aufgabe zugrunde, einen ver-

delt

5. Verfaren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Metallen wie Chrom oder Platin besteht

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Oxydmaterialien wie z. B. SiO₂ besteht

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf nach de."n Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist hinreichend bekannt, daß Einkristallferrite, und zwar insbesondere Mn-Zn-Einkristallferrite, gern als Magnetkernmaterialien für die Magnetköpfe von Videorekordern, verwendet werden, weil die Einkristall-

Ferrite den Vorteil eines außerordentlich hohen Abreib- so besserten Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopf zu schaffen, der Widerstandes sowie außerordentlicher magnetischer geringes Rauschen und eine große Permeabilität in dem Eigenschaften, wie z. B. Sättigungsmagnetisierung, magnetischen Pfad des Ferritkopfkerns aufweist Außer- Koerzitivkraft und Permeabilität, besitzen. Außerdem d^m liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver-

haben sie im Vergleich zu bekannten Legierungen wie fahren zur Herstellung dieses Mn-Zn-Einkristall-Ferrit-

Permalloy oder Sendust sehr gute Hochfrequenz-Eigen- 55 kopfes vorzuschlagen.

schäften. Derartige Einkristall-Ferrite haben jedoch Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

von Natur aus den Nachteil, daß sie ein charakteristi- daß die verschiedenen Phasen nur in dem den Arbeits-

sches Rauschen erzeugen, das beim Reiben gegen ein spalt enthaltenden Bereich des Kopfkerns niederge-

Magnetband entsteht, das sogenannte »Ferrit-Rau- schlagen sind. Um einen solchen Magnetkopf herzustel-

schen«. Dieses »Ferrit-Rauschen« entsteht, wenn die 60 len, wird ein Überzug auf die gesamte Oberfläche eines

Einkristall-Ferritköpfe mit einem laufenden Magnet- mit Sn substituierten Mn^Zn-EinkristalUFerritkopfkern=

band in Berührung kommen. Hierdurch entsteht insbe- blocks aufgetragen, mit Ausnahme desjenigen Teils, wo

sondere bei der Wiedergabe eines Signals eine Ver- der Arbeitsspalt entstehen soll. Außerdem wird der Fer-

schlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses. ritkopfkernblock bei ca. HOO⁰C bis 120O⁰C und bei

Um diesen Nachteil des »Ferrit-Rauschens«, das den 65 einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von weni- Einkristall-Ferritköpfen innewohnt, auszuschalten, ist es ger als 3% behandelt

bereits bekannt, Mn-Zn-Einkristall-Ferritköpfe mit ge- Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbe-

ringem Rauschen vorzusehen (vergl. Kanadisches Pa- sondere darin, bei einem Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopf

mit geringem Rauschen die effektive Permeabilität des Ferritkopfkerns zu vergrößern.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der experimentell erhärteten Erkenntnis, daß die verschiedenen Phasen nicht homogen in dem ganzen Ferritkopfkern ausgefällt werden müssen, um das »Ferrit-Rauschen« zu reduzieren, sondern daß die verschiedenen Phasen, die nur in dem Mittelbereich des Kopfs, wo sich der Arbeitsspalt befindet, vorgesehen sind, für den Zweck der Rauschminderung ausreichen und daß der magnetische Widerstand in dem Magnetpfad des Ferritkopfkerns sehr viel stärker reduziert wird, wenn die verschiedenen Phasen lokal nur in dem genannten Bereich ausgefällt werden als wenn sie homogen in den gesamten Ferritkern ausgefällt würden. Es liegt auf der Hand, daß eine solche Abnahme des magnetischen Widerstands eine Zunahme der effektiven Permeabilität des Ferritkopfkerns und des Signalausgangspegels des Kopfs bedeutet.

Im Hinblick auf den beschriebenen Sachverhalt umfaßt der erfindungsgemäße Mn-Zn-Einkristaii-Ferritkopfkern einen Kopfkern, von dem wenigstens ein Vorderteil oder Kernoberteil an der Stelle, wo jich der Arbeitsspalt befindet, aus Mn-Zn-Einkristall-Ferriten hergestellt ist, in welche verschiedene Phasen nur in diesem Bereich lokal ausgefällt werden. Der erfindungsgemäße Ferritkopf wird dabei nach einem Verfahren hergestellt, bei dem ein Maskierungsfilm aus Metall oder Oxydmaterialien über der gesamten Oberfläche des Ferritkopfkerns, mit Ausnahme des oben angegebenen Bereichs, ausgebreitet wird und der Kopfkern bei einer Temperatur von ca. 1100⁰C bis 1200⁰C bei einer sauerstoffangereicherten Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil von weniger als 3% behandelt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kopfkerns des erfindungsgemäßen Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfs, wobei die Darstellung schematisch und nicht ganz maßstabsgetreu ist;

F i g. 2A eine Darstellung zur Erläuterung d« Verfahrens für das örtliche Ausfällen der verschiedenen Phasen in dem Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopf, nämlich eine Vorderansicht des Mn-Zn-Einkristall-Ferritblocks, der im Schnitt eine Ε-Form hat und der so ausgebildet ist, daß zwei dieser Blöcke durch Verbinden, Schneiden und Teilen die Kernspitze des Kopfs bilden;

Fig.2B eine Schnitt-Darstellung des in der Fig.2A gezeigten Ferritblocks nach der Beendigung der Maskierung;

F i g. 2C die gleiche Ansicht wie in F i g. 2B, wobei das Abscheiden der verschiedenen Phasen im Ferritblock dargestellt ist

Die Fig. 1 zeigt einen Kopfkern 10 eines erfindungsgemäßen Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfs, der einen vorderen oder oberen Kern 12 aus Mn-Zn-Einkristall-Ferriten und einen hinteren oder Haupt-Kern 14 aus geeigneten und bekannten Materialien mit hoher Permeabilität, wie z, B. polykristallinen Ferriten, Nigkel-Eisen-Legierungen oder Eisen-Silizium-Aluminium-Legierungen aufweist. Der vordere Kern 12 und der hintere Kern 14 sind mit Hilfe an sich bekannter Mittel fest miteinander verbunden. Im vorderen Teil des Kerns 12 ist ein Arbeitsspalt 16 vorgesehen, wo ein laufendes Magnetband 18 beim Aufnahme- und Wiedergabe-Vorgang eines nicht dargestellten Bandgeräts aufliegt. Bei der vorliegenden Erfindung werden verschiedene Phasen, wie beispielsweise die SnO2-Phase 20, die schematisch mittels kleiner Punkte dargestellt sind, nur lokal in einem Bereich niedergeschlagen, der in seiner Mitte den Arbeitsspalt 16 enthält

Der Kopfkern 10 in F i g. 1 wird auf folgende Weise hergestellt:

Wie die F i g. 2A zeigt, wird ein Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblock 22 in Form eines E aus einem Rohblock des Mn-Zn-Einkristall-Ferrits, der Sn enthält, herausgeschnitten, nämlich das Sn-substiturerte Mn-Zn-Einkristall-Ferrit Der Ferritkopfkernblock 22 wird dann mit einem Schutz- oder Maskierungsfilm 24 überzogen, so wie es in der F i g. 2B gezeigt ist Dieser Film besteht aus Metallen oder Oxydmaterialien und maskiert die ganze Oberfläche des Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblocks 22, mit Ausnahme des Bereichs 22a, wo der Arbeitsspalt 16 entsteht, wenn der vordere Kern 12, wie in der F i g. 1 gezeigt, endgültig hergestellt ist Der Mn Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblock 22, der mit dem Maskierungsfilm 24 überzo;.i;n ist, wird dann einer Hitzebehandiung bei einer Temperatur von HOO⁰C bis 1200⁰C in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ausgesetzt, wobei die Sauerstoffdichte weniger als 3% beträgt Durch diese Hitzebehandlung werden verschiedene Phasen 26 von SnO2, welche in der F i g. 2C gepunktet dargestellt sind, nur im Bereich 22a, wo kein Maskierungsfilm 24 vorhanden ist, ausgefällt Danach werden zwei Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblöcke 22 miteinander verbunden, indem beispielsweise eine bekannte Methode zum Verschmelzen von Glas, wie es in der Fig.2A gezeigt ist, zur Anwendung kommt Einer der beiden Blöcke ist in der F i g. 2A als Scheinbild 22' dargestellt Der zusammengesetzte Kernblock, der aus den beiden Blöcken 22 und 22' besteht, wird entlang einer gestrichelten Linie χ aufgeschnitten und in zwei Einheiten unterteilt Jede Einheit der zusammengesetzten Kernblöcke wird geschliffen und poliert, so daß sie eine konvexe Vorderseite erhält, was mittels ά;τ gestrichelten Linie ^angedeutet ist

Die Ferritkern-Einheit wird dann in der gewünschten Stärk-· in Scheiben geschnitten, und zwar entsprechend der Spurbreite des Magnetbandes. Schließlich erhält man den vorderen Kern 12 der Fig. 1, indem, man den mittleren hinteren Bereich zwischen den Linien ζ und z' eines in Scheiben geschnittenen Kerns herausschneidet. Die Verfahren zur Herstellung des Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfs sollen im folgenden noch näher beschrieben werden.

In einem Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wurden alle Oberflächen des E-förmigen Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkerns, welche Zinn enthalten, mit einem Maskierungsfilm 24 aus S1O2 mit einer Stärke -,on 1— 6μπι überzogen. Der Maskierungsfilm 24 aus SiO₂ wurde mit Hilfe des bekannten Zerstäubungsverfahrens he; gestellt. Sodann wurde der mit dem Maskierungsfilm 24 aus S1O2 bedeckte E-förmige Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblock 22 bei einer Temperatur von HOO⁰C-1200⁰C einer stickstoffhaltigen Atmosphäre mit einer Sauerstoffdichte von 3% ausgesetzt. Das Ergebnis dieser Behandlung bestand darin, daß die verschiedenen Phasen des SnOj 26 nur ir. dem Bereich ausgefällt wurden, wo der Maskierungsfilm 24 aus S1O2 nicht vorhanden war.

Die Versuche zeigten, daß die Eindringtiefe der

es SnO2-Phasen, gemessen von der Oberfläche des nicht überzogenen Bereichs 22a des Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblocks 22, in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm steuerbar ist, und zwar in Abhängigkeit von den

Temperaturänderungen bei der Hitzebehandlung und dem Sauerstoffanteil in der Atmosphäre, in der die Hitzebehandlung stattfindet.

Die effektiven Permeabilitäten und Koerzitivkräfte Hc in dem Bereich, in dem die verschiedenen SnOj-Phasen ausgefällt werden sowie in den anderen Bereichen, in denen die verschiedenen Phasen nicht vorkommen, waren die folgenden:

(1) Die effektive Permeabilität und die effektive Koerzitivkraft in dem Bereich, wo die verschiedenen SnOi-Phasen ausgefällt werden: μ* - 930 (bei einer Frequenz von 10 kHz; H_c = 0,37 Oersted.
Die effektive Permeabilität und die effektive Koerzitivkraft in dem anderen Bereich, in dem keine verschiedenen Phasen auftreten: μ, - 2 390 (bei einer Frequenz von 10 kHz); H_c - 0,10 Oersted.

n„ c_rsu;_s ._V2r, daß der Mn-Zn-Einkritaü-Ferri¹.-kopf, der die nach dem oben beschriebenen Verfahren vorderen Kerne verwendet, eine Vergrößerung seines Ausgangssignals von 2 dB erreichte, weil das Ferrit-Rauschen auf einem niedrigen Wert gehalen wurde, und zwar im Vergleich zu dem herkömmlichen Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopf. der die vorderen Kerne verwendet, in denen die verschiedenen Phasen auf dem ganzen magnetischen Pfad homogen ausgefällt werden.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wurde Chrom als Überzugs· oder Maskierungsfilm anstelle des SiOj verwendet. Die Oberfläche des E-förmigen und in der Fig.2A dargestellten Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkerns 22 wurde mit Hilfe der Zerstäubungsmethode mit Chrom überzogen, so daß ein Maskierungsfilm 24 entstand (Fig.2B), dessen Stärke auf der ganzen Oberfläche des Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkernblocks 22, mit Ausnahme des Bereichs 22a, 1,5 μσι betrug. Der mit dem Chromfilm überzogene Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkern 22 wurde dann der gleichen Wärmebehandlung ausgesetzt, wie sie bei dem ersten Beispiel durchgeführt und oben beschrieben wurde. Das Ergebnis war, daß die SnO₂-Phasen etwa 1,2 mm tief, gemessen von der oberen Fläche des Be reichs 22a, ausgefällt wurden. In diesem Beispiel wurden die SnOj-Phasen auch außerhalb des Bereichs 22a des Mn-Zn-Einkristall-Fcrritkopfkems 22 ausgefällt, doch betrug die Tiefe der Ausfällung, gemessen von der äußeren Fläche des Kopfkerns, nur ca. 0,2 mm. Somit hat sich gezeigt, daß auf Grund der Tatsache, daß es einen beträchtlichen Unterschied zwischen der Tiefe der SnOj-Phasen-Ausfällung in dem Bereich 22a des Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkerns 22 und der Ausfällung in den übrigen Bereichen gibt, auch Chrom als Maskierungsfilm 24 brauchbar ist. Tatsächlich betrug die effektive Permeabilität bei einer Frequenz von 1OkHz außerhalb des Bereichs 22a 1190, was ein wesentlich günstigerer Wert zur Steigerung der magnetischen Eigenschaften ist als der Wert von 930 in dem Fall, wo die verschiedenen Phasen in dem Ferritkopfkern homogen ausgefällt werden.

Die Bedindungen für die Temperaturen von 1100⁰C bis 1200⁰C und für den Sauerstoffanteil von weniger als 3% in der sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Atmosphäre bei der Wärmebehandlung der oben beschriebenen Verfahren wurden durch Versuche so ausgewählt, daß die Verschlechterung sowie die Veränderungen der Eigenschaften des SnO₂ oder des Chrom-Überzugs möglichst gering gehalten und ein Oxydierung in dem Ferritkern unterdrückt wurde, um die effektive Permeabilität zu erhöhen.

Es ist festzuhalten, daß der Überzug für die Maskierung des Ferritkopfkerns zur lokalisierten Ausfällung der verschiedenen Phasen nie!« aus SiO₂ oder Cr, die mit Hilfe des Zerstäubungsverfahrens aufgetragen werden, beschränkt ist. Verschiedene andere Metalle, wie z. B. Platin, können ebenfalls als Überzugsmaterialien verwendet werden. Außerdem kann mit Hilfe eines Verdampfungsverfahrens anstelle des Zerstäubungsverfahrens ein Überzug auf dem Ferritkopfkern aufgetragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetkopf für die Aufnahme und Wiedergabe von Signalen, mit einem einen Arbeitsspalt aufweisenden Kopfkern, der wenigstens teilweise aus Mn-Zn-Einkristall-Ferriten besteht und bei dem durch Zusatz verschiedener Phasen das Ferrit-Rauschen reduziert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Phasen nur in dem den Arbeitsspalt (16) enthaltenden Bereich (22a) des Kopfkerns niedergeschlagen sind.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch ge-

tent No. 949 777 sowie den Aufsatz von Hisashi Watanabe et al »Low Noise Magnese-Zinc Single Crystal Ferrite Heads« in IEEE Transaction on Magnetics, Bd. 8, Nr. 3, Sept 1972, S. 497-500). In den genannten Veröf fentlichungen ist dargelegt, daß das in den Mn-Zn-Ein- kristall-Ferritköpfen erzeugte Ferritrauschen merklich reduziert wird, wenn verschiedene Phasen, wie z. B. die SnOrPhase, in einem Mn-Zn-Einkristall-Ferriten gleichmäßig verteilt ausgefällt werden, so dp B in dem

ίο Kristall Pseudo-Körner entstehen, deren Durchmesser weniger als 30 μπι beträgt In diesem Zusammenhang sei auf einen technischen Bericht mit dem Titel »Growth and Properties of Manganese Zinc Tin Ferrite Single Crystals« von Hisashi Watanabe in Journal de Physique,

kennzeichnet, daß die Mn-Zn-Einkristall-Ferrite in is. Bd. 38, April 1977, Seiten Cl-51 bis Cl-55 sowie auf die

japanischen Patente Nr. 894 305 und 894 306 hingewiesen, wo ausführlich ein Verfahren zur Ausfällung von gewünschten Mengen der verschiedenen Phasen von SnO₂ in den Mn-Zn-Einkristall-Ferriten beschrieben ist Obgleich der Nachteil des »Ferrit-Rauschens«, das dem Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopf von Natur aus innewohnt, durch die Ausfällung der verschiedenen Phasen, ζ. B. der SnOrPhasen, in dem Ferritkristall ausgeglichen wird, hat eine solche Ausfällung ein anderes Problem

bekannter Weise mit Sn substituierte Mn-Zn-Einkristall-Ferrite sind.

3. Magnetkopf nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Phasen in bekannter Weise SnOrPhasen sind.

4. Veifaaren zur Herstellung eines Magnetkopfs nach den Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) es wird ein Oberzug auf die gesamte Oberfläche