DE3300338A1

DE3300338A1 - Magnetkopf aus zink-ferro-ferrit

Info

Publication number: DE3300338A1
Application number: DE3300338A
Authority: DE
Inventors: Peter Gerardus Theodorus Boonen; Ulrich Ernst Enz; Leonardus Augustinus Hubertus van 5621 Eindhoven Hoof; Doeko Stoppels
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-01-19
Filing date: 1983-01-07
Publication date: 1983-07-28
Also published as: GB8301026D0; JPH024049B2; HK3186A; US4594628A; KR880001197B1; GB2115209B; KR840003508A; GB2115209A; JPS58125218A; NL8200174A; FR2520143A1

Description

PHN H) -J-iö ,n 25. Λλ. 1982

Magnetkopf aus Ziiik-Ferro-Ferrit

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf für eine magnetische Aufnahme- und Wiedergabeanordnung, der einen Kern au.s Spinell— Ferr i t mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Kernteilen enthält, zwischen denen ein !Iberia tragungsspalt gebildet ist.

Bekanntlich ist die Verwendung von Spinell-Ferriten, insbesondere der Mn-Zn-Ferriten, als magnetischer Kernwerkstoff in Magnetkopfen für die Verwendung in Anordnungen für magnetische Bandaufzeichnung und Bandwiedergabe, wie jQ Tonband- und Videorecorder gewünscht, da Ferrite die Vorteile hoher Versclileissf es tigkeit, sehr guter magnetischer Eigenschaften, wie hinsichtlich der magnetischen Sättigung, der Koerzitivkraft und Permeabilität, und sehr guter Frequenzgänge besitzen.

Magnetfelder die an der Stelle des Ubertragungsspalts von einem Magnetkopf zum Einschreiben von Daten in ein magnetisches Medium erzeugt werden, stehen in direkter Abhängigkeit von der Sättigungsmagnetisierung des Kernwerkstoffs des Magnetkopfs. Magnetköpfe für die heutigen Videorecorder besitzen meist einen Kern aus Mn-Zn-Ferrit mit einer kennzeichnenden Sättigungsmagnetisierung 4 JT M von etwa 50OO Gauss bei Raumtemperatur. Zlire Magnetisierung entspricht, auch bei Temperaturen etwas höher als Raumtemperatur, den Bedingungen, die das Einschreiben von Daten auf herkömmlichen Bändern, wie CrO^-Band mit einer Koerzitivkraft H von etwa 700 Oersted, stellt.

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Zum Erhöhen der Qualität des Videoaufzeichnungsvorfahrens jedoch wird angestrebt, die herkömmlichen Magnetbänder durch Mägue Lbändur mit einer hohen Koerzitivkraft, wie Bänder auf Basis von reinem Fe, die eine Koerzitivkraft H^ von etwa 1100-170O Oersted aufweisen, zu ersetzen. Die Verwendung derartiger Magnetbänder bedeutet, dass die Werkstoffe des Magnetkerns einen höheren kTM -Wert

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haben müssen als die heutigen Ferritwerkstoffe. Einen derartiger Werkstoff gibt es schon, aber er hat andere Eigenschaften, wodurch er für die hier gerneinten Anweridungen weniger geeignet ist. Dieser Werkstoff, Sendust, eine Legierung von etwa 85 Gew.# Fe, 10 Gew.^ Si und 5 Gew.$ Al, besitzt eine Sättigungsmagnetisierung h TfM von mindestens 7OOO Gauss. Er hat jedoch den Nachteil, dass er im Kontakt mit einem laufenden Magnetband viel grös.^eren Verschleiss als Ferrit aufweist. Ausserdem hat er einen spezifischen Widerstand von 10 -/Lern, der um drei Grössenordnungen kleiner als der beispielsweise eines einkristallinen Mn—Zn— Ferrits ist. DurcJi diesen niedrigen spezifischen Widerstand ist der Kern eines Video-Sendustkopfes aus einer Anzahl dünner, voneinander isolierter Lamellen aufzubauen, wodurch die Herstellungstechniken komplizierter werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kern für einen Magnetkopf zu schaffen, der aus einem Werkstoff besteht, der eine ausreichend höhere Sättigungsmagnetisierung als 5OOO Gauss und eine Verschleissfestigkeit höher als die Verschleißsfestigkeit von Sendust hat.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der erfindungsgemässe Magm· tkopf einen Kern aus Zink-Ferro-Ferri t besitzt.

Von Zink-Kerro-Ferrit (chemische Zusammensetzung Zn Fe Fe 0,), das für diese Anwendung neu ist, war noch

3. I "■■ Si *£ Μ·

nicht bekannt, da.ss es insbesondere im Zusammensetzungsgebiet mit 0,1 ^. a ^ 0,4 einen hohen Sättigungsmagnetisierungswert hat. Der höchste Wert in diesem Zusammenstellungsbereich zeigt sich bei Raumtemperatur (20°C) etwa 7OOO Gauss, womit also der Wert von 5OOO Gauss für das zur Zeit benutzte Mn-Zn-Ferrit um 40$ verbessert wird, Die Beschreibung von Magnetbändex*n mit einer Koerzitivkraft von 14OO Oe erscheint mit Magnetköpfen mit Kernen aus diesem Werkstoff gut möglich. Das für den Kern benutzte Zink-Ferro-

" Ferrit besitzt die gleichen guten Verschlöisseigenschäfteii wie das bisher benutzte MN-Zn-Ferrit und ist in diesem Punkt also wesentlich besser als Sendust.

Der spezifische Widerstand des Werkstoffs beträgt

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etwa 10 -Γ- cm, welcher Wert um etwa zwei Grössenordnungen höher als der spezifische Widerstand von Sendust ist. Dies ermöglicht es, Kopfkerne aus Zink-Ferro-Ferrit zu verwenden, die nicht lamelliert sind. Obgleich.die elektrische Leitfähigkeit also wesentlich niedriger als die von Sendust ist, ist sie zwar so gross, dass sie durch das Auftreten des Skin-Effekts die Benutzbarkeit von Zink-Ferro-Ferrit für Magnetköpfe beschränken könnte, die Signale mit höheren Frequenzen sollreiben sollen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei den heutigen .iUmco^....,:.: ' η Vi is--ok" .·. -iie-ee verhältnismäßig hohe Leitfähigkeit keine Probleme gibt. Mit Kopfkernen mit einer Dicke unter 2OO /um zeigt es sich, dass die Verarbeitung von Signalen mit einer Frequenz sogar bis zu 4,5 MHz (Videofrequenz) keine Probleme gibt.

Vorzugsweise wird für den Kopfkern des erfindungsgemüssen Magnetkopfs ein Zink-Ferro-Ferrit-Einkristall be-DUtZ C.

Einkristalle aus diesem Werkstoff lassen sich auf gleiche Weise mit der sog. "seeded" Bridgman-Technik züchten wie Einkristalle aus Mn-Zn-Ferrit.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Magnetkopfs in der Perspektive,

Fig. 2 eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Sättigungsmagnetisierung k '■> M (in Gauss) eines Magnetkopfs aus Zn Fe₁ Fe₀ Ok und dem Parameter

a ι — a *~ τ·

zeigt,

Fig. '3 eine grafische Darstellung, die die Sättigungsmagnetisierung k^ M-- (in Gauss) zweier Zn-Ferro-Ferrit-Werkstoffe mit verschiedener Zusammensetzung als Funktion der Temperatur T (in ⁰K) zeigt.

In Fig. 1 ist ein Magnetkopf 1 mit einem Magnetkern dargestellt. Der Magnetkern 2 ist mit einer Wickelöffnung 3

"^ ausgerüstet, dui-ch die eine Wicklung k gewickelt ist. Der Magnetkern 2 ist aus zwei Einkristallscheiben 5|6 aus Zink-Ferro-Ferrit (Zn. FeP", Fe₀ ¹¹¹Oj gebildet, die mit Hilfe von Glas an den S (.eilen 7,& aneinander befestigt sind. —■ /

PHN Io 2ΊΗ !/L^- 2 3 . 1 1 . I <.)82

Von tier Zusammensetzung abhängig Liegt die Sättigungsmagnetisiürung k'ii M von Zn Fe_{1 r} Fe„ 0. bei 20° zwischen

S et ι ™" ei *£ *4

öOOO und 7000 Gauss (Fig. .2). Die ^TTM -Werte sind mit

1 S

Hilfe eines Schwingprobenmagnetometers gemessen. Der grösste gemessene Wert betrug 6930 Gauss, was für Ferrite ein neuer Record ist. Dieser Wert liegt um 40$ über der Sättigungsmagnetisierung des üblichen MN-Zn-Ferrits.

In Fig. 3 sind für zwei verschiedene Zn-Ferro-Ferri t-Zusammense tzungen (wobei a = 0,2 bzw. a = Ο,-'+) die Sättigungsmagnetisierung 4"(TM, (in Gauss) als Funktion der Temperatur (in ^JKj dargestellt. Auch sind die Curie-Temperaturen Tc angegeben (778°K bzw. 721°Κ). Diese sind wesentlich höher als die des herkömmlichen Mn-Zn-Curie-Ferrits (—50O⁰K). Es stellt sich damit ein weiterer Vorteil von Zn-Ferro-Ferrit heraus. Durch magnetische Verluste und Reibung mit dem Magnetband zeigt es sich, dass die Temperatur eines Magnetkopfs im Betrieb über der Raumtemperatur liegt. Beispielsweise bei Temperaturen von etwa 300 bis 310 ³K. (Xn Fig. 3 mit T bezeichnet). Bei diesen Temperatüren ist die Sättigungsmagnetisierung des Zink-Ferro-Ferrits durch seine hohe Curie-Temperatur viel weniger als die des Mn-Zn-Ferrits abgefallen.

Obiger Beschreibung ist zu entnehmen, dass (einkristallines )Zink-Ferro-Ferrit ein sehr geeigneter Werkstoff für Magnetköpfe ist-, die zum Schreiben auf hochkoerzitiven Magnetbändern benutzt werden. Ein Schreibkopf aus Zink-Ferro-Ferrit kann mit einem Lesekopf in Form eines Magnetowiderstandselements kombiniert werden.Für eine optimale Verwendung eines Magnetkopfs aus Zink-Ferro-Ferrit für Schreiboperationen ist es wichtig, dass das Zink-Ferro-Ferrit eine ausreichend niedrige Koerzitivkraft besitzt. Diese Kraft kann durch die Substation einer geringen Kobaltmenge (in der Grössenordnung von 0,1$ gegenüber der Anzahl von Metallionen) im Zink-Ferro-Ferrit gefördert werden.

" Kennzeichnende Abmessungen L'üv den Magnetkopf 1 nach

Fig. 1 sind L = 3 '"πι und h = 3 nim, dh. die Grosse von h und L werden in mm ausgedrückt. Bei einer Dickenabmessung t von 200 /um oder darunter zeigte es sich, dass i;in Magnetkopf

PIiX U) 23« /~ ζ. 23.11.1982

aus monokristallinem Zink-Ferro-Ferrit trotz eines verhältnismässig niedrigen spezifischen Widerstands, auch bei Frequenzen von wenigen MHz ohne Beeinflussung durch den Skin-EiTekt betrieben werden kann. Der mit dem Vierpunktveri'ahren gemessene spezifische Widerstand eines einkristal-

-2 λ

Linen Zn ^Fe₀ υ. betrug bei 20⁰C 2 χ 10 JL cm, welcher

(J , _} f ~(U j r

Wert immer iiooli um zwei Grössenordnungen höher, als der spezifische Widerstand von Sendust ist.

Einkristalle aus Zink—Ferro—Ferrit wurden bei einer Temperatur von 1t>50°C mittels der "seeded" Bridgman-Technik in einem Pl atin tiegel in einem Sauer.·* tof f/Stickstof f-Gemisch (Verhältnis 1 : 17) gezüchtet. Die Wachs tumsrictitung war Γ 100 j , die Wachstumsgeschwindigkei t 2 bis k mm/Stunde. Es wurden Einkristalle mit einer Länge von 5 cm und mit einem Durchmesser von 2 cm erhalten.

Für weitere Einzelheiten über die benutzte Technik sei auf die deutsche Patentanmeldung P 31 37 7^1.6 der Anmelder in verwiesen.

Claims

PHN 10 238 J/ 25.11.1082

P ATENTAN S P RUC HE

Μ·/ Magnetkopf für eine magnetische Aufnahme- und Wiedergabeanordnung, der einen Kern aus Spinell-Ferrit mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Kernteilen enthält, zwischen denen ein Übertragungsspalt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit ein Zink-Ferro-Ferrit ist.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zink-Ferro-Ferrit eine Zusammensetzung besitzt, die mit nachstehender Formel definiert ist Zn. Fei¹, Fe^¹¹O, mit 0, 1 <· a £ 0,4

3· Magnotkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zink-Ferro-Ferrit ein kobalthaltiges Zink-Ferrit mit einem Co -Gehalt in der Grössenordnung ivon etwa 0,1% der Metalliorieri ist.

'(·. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass das Zink-Ferro-Ferrit ein einkristallines Zink-Fc-rro-Kerri t ist.

5· Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern eine Dicke besitzt, die 200 /um nicht überschreitet.