DE3344344A1 - Magnetkopf mit einem kern aus mn-zn-co-ferroferrit - Google Patents
Magnetkopf mit einem kern aus mn-zn-co-ferroferritInfo
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Description
PHN IO.529 * λ 22-8-1983
"Magnetkopf mit einem Kern aus Mn-Zn-Co-Ferroferrit",
Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf für eine magnetische Aufnahme- und Wiedergabevorrichtung, der
einen Kern aus Mn-Zn-Ferrit mit zwei Kernteilen enthält, zwischen denen ein Übertragungsspalt gebildet ist.
Bekanntlich ist die Verwendung von Ferriten, insbesondere von monokristallinen Mn-Zn-Ferriten als
magnetischem Kernwerkstoff von Magnetköpfen für die Verwendung in Vorrichtungen für magnetische Bandaufzeichnung
und Bandwiedergabe wie für Tonband- und Videobandrecorder erwünscht, da Ferrite die Vorteile hoher Verschleissfestigkeit
und sehr guter magnetischer Eigenschaften was die magnetische Sättigung, der Koerzitivkraft, die Permeabilität
und gute Frequenzeigenschaften betrifft, bieten.
Magnetfelder, die an der Stelle des Übertragungsspalts von einem Magnetkopf zum Schreiben von Information
auf ein magnetisches Medium erzeugt werden, sind direkt abhängig von der Sättigungsmagnetisierung des Kernwerkstoffs
des Magnetkopfes. Magnetköpfe für die heutigen Videorecorder haben meist einen Kern aus Mn-Zn-Ferrit.
Diese Werkstoffart hat eine Sättigungsmagnetisierung von etwa 5OO foT bei Raumtemperatur. Ihre Magnetisierung erfüllt
auch bei Temperaturen etwas über Raumtemperatur die Bedingungen, die das Aufzeichen von Information auf
herkömmlichen Bändern wie CrOp-Band mit einer Koerzitivkraft
von etwa 50 kA/m (63O Oe) stellt.
Jedoch zur Erhöhung der Güte des Videoaufzeichnungsverfahrens besteht die Neigung dazu, die herkömmlichen
Magnetbänder durch Magnetbänder mit einer hohen Koerzitivkraft zu ersetzen, wie Bänder auf Basis von
reinem Fe, die eine Koerzitivkraft von etwa 90 h±s 14O kA/m
haben können. Die Verwendung derartiger Magnetbänder bedeutet, dass die Werkstoffe-des Magnetkerns einen höheren
PHN 10.529 $r _ 22-8-19d3
•J
Wert der Sättigungsmagnetisierung als die heutigen Ferritwerkstoffe
haben müssen. Zum Verwenden des Kernwerks-cuffs
auch für Leseoperationen muss er ausserdem eine ausreichend hohe magnetische Permeabilität bei der Betriebstemperatur
des Magnetkopfs aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kern für einen Magnetkopf zu schaffen, der aus einem
Ferrit besteht, der unter Beibehaltung einer ausreichend hohen magnetischen Permeabilität bei der Betriebstemperatür
des Magnetkopfs eine möglichst höhere Sättigungsmagnetisierung als 500 mT hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass der ,Magnetkopf einen Kern aus Mangan-Zink-Ferroferrit
besitzt mit der Zusammensetzung (abgesehen von Substitutionen) Mn ZnnFe Fe 0.. mit 0<
a έ 0,55; 0,06 ·_: b ·-0,4 und 0,34'» c'i 0,9 und mit einem Co -Gehalt
der dafür sorgt, dass der Maximalwert der magnetischen Permeabilität möglichst im Bereich der Betriebstemperatur
des Magnetkopfs liegt. Es stellt sich heraus, dass ein nicht mit Co substituierter Mn-Zn-Ferrorferrit, der
sonst jedoch der obigen Zusammensetzung genügt, und dadurch einen wesentlich höheren Ferrorgehalt als die bisher
für Videoköpfe üblichen Mn-Zn-Ferrite besitzt (in denen c zwischen Ο,θ4 und 0,08 liegt), einen (mit dem Ferrogehalt
ansteigenden) hphen Wert der Sättigungsmagnetisierung hat. Der höchste Wert, der in diesem Zusaramensetzungsbereich
gefunden wurde, beträgt bei Raumtemperatur (20 C) etwa 69Ο mT, wodurch der Wert von 500 mT für den zur Zeit
benutzten Mn-Zn-Ferrit also um 38% verbessert wird. Das
Beschreiben von Magnetbändern mit einer Koerzitivkraft
bis zu 120 oder 130 kA/m scheint mit Magnetköpfen mit
Kernen aus diesem Werkstoff erreichbar. Der höchste Wert der magnetischen Permeabilität im Temperaturbereich von
2O-4o C (die Arbeitstemperatur eines Videomagnetkopfes)
wird in diesem Zusammensetzungsbereich jedoch bei einem Ferrogehalt von etwa 11 At.°/o gefunden. Bei diesem Fe
Gehalt wird ein (nicht maximaler) Sätfcigungsmagnetisierungswert
von 64o mT gefunden. Die Erfindung ermöglicht
BAD ORIGiNAL
PHN IO.529 S U 2:2-8-1983
es nunmelir, bei jedem Fe -Gehalt zur Verwirklichung
eines gewünschten hohen M^-Werts das Maximum 'der Permea-
bilität in den Bereich der Betriebstemperatur durch Einfügung einer (für jeden Fall verschiedenen) geringen
Menge Co zu bringen. Der erforderliche Gehalt an Co
schwankt von 0,02 bis 0,2 At.fo, wenn in bezug auf die
Gesamtzahl der Metallionen gerechnet wird. Der ¥iderstand des (monokristallinen) Werkstoffs mit obiger Zusammen-
—2 '
setzung ist 4x10*" vl cm. Es wäre also zu befürchten,
dass die elektrische Leitfähigkeit so gross ijst, dass
sie durch das Auftreten des Skin-Effekts die .Yerwendbarkeit
des vorliegenden Mn-Zn-Ferroferrits mit erhöhtem
Ferrogehalt für Magnetköpfe, die Signale mit '.höheren Frequenzen
aufzeichnen sollen, einschränken könnte. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei den heutigen Abmessungen
von Videoköpfen diese relativ hohe -Leitfähigkeit keine Probleme für die Verarbeitung von 'Signalen mit
einer Frequenz sogar bis zu 4,5 MHz (Videofrequenz) gibt, wenn die Kopf kerne nicht dicker als 200/um si;nd.
' Vorzugsweise wird für den Kopflcern des Magnetkopfs
nach der Erfindung ein Ferriteinkristall benutzt. Einkristalle dieses Werkstoffs lassen sich ziemlich leicht
mit Hilfe der sog. "seeded" Bridgeman-Technik' züchten. Sie ist eine modifizierte Bridgeman-Technik, bei der ein
Einkristall verwendet wird. ;
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein
Zusammensetzungsdiagramm werden an Hand der Zeichnung nachstehend näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Magnetkopfs in der Perspektive, ]
Fig. 2 das Zusammensetzungsdiagramm·von Mn-Zn-Ferroferrit
mit einem darin angegebenen Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, und;die gemessenen
M -Werte bei 200C. '.
Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen, die die
(reelle Komponente der) magnetischen Permeabilität /u' von
TT Τ—ΓΤ TT
Ringkernen aus Me1 Co Fe9 0. (worin Me = (Mn Zn Fe ))
I -χ χ j.^ f
mit verschiedenen Mengen Co als Funktion der Temperatur
PHN 10..529 "Μ t- 22-8-1083
T in C darstellen,
Fig, 5 eine graphische Darstellung, die die Komponenten
der magnetischen Permeabilität /u' und /u" eines
Ringkerns aus Mnn o1Znn 00Con ,,,,,Fe0 i.sO,, als Funkfcion
O, Jl ü , <£<
O , 004 X , HO H-
der Frequenz bei 4o°C darstellt.
In Fig. 1 ist ein Magnetkopf 1 mit einem Magnetkern 2 dargestellt. Der Magnetkern 2 ist mit einer
Wickelöffnung 3 versehen, durch die eine Wicklung 4 aufgewickelt ist. Der Magnetkern 2 besteht aus zwei Einkristallseheiben
5 und 6 aus einem Mn-Zn-Ferroferrit,
der mit Hilfe von Glas an den Stellen 7 und 8 aneinander
geheftet sind.
Bei Mn Zn, Fe Fe„ O^-Magnetkernen, worin
3, D C *-* 4"
O---aiO,55; 0,06<-bii 0,4 und O , 3k <
c -C O , 9 steigt die Sättigungsmagnerisierung
M mit dem Ferrogehalt von etwa 600 mTesla auf etwa 690 mTesla an. Dies ist in Fig. 2
veranschaulicht. Alle M -Werte wurden mit Hilfe eines Schwingmustermagnetometers ermittelt. Der höchste Permeabilitätswert
im Temperaturbereich von 20 bis ko C, die vorgefunden wurde, entspricht einem (nicht maximalen)
Sättigungsmagnetisierungswert von 64o mT. Ein Magnetkopf mit einem Kern aus einem Werkstoff mit einer Sättigungsmagnetisierung von 64o mT liegt jedoch gerade auf der
Grenze des möglichen oder nicht möglichen Schreibvorgangs auf einem Reineisenband, es ist daher wünschenswert, die
Sättigungsmagnetisierung unter Beibehaltung des Maximalwerts der magnetischen Permeabilität im Temperaturbereich
von 20 bis 40°C zu erhöhen (der Arbeitstemperaturbereich eines Videokopfs), Wird der Ferrogehalt jedoch zum Erhöhen
der Sättigungsmagnetisierung erhöht (siehe Fig. 2), verschiebt sich das Maximum der Permeabilität nach Temperaturen
ausserhalb des genannten Arbeitstemperaturbereichs.
Es zeigt sich also, dass das Maximum der magnetischen Permeabilität im Arbeitstemperaturbereich gehalten werden
kann, auch wenn der Ferrogehalt, um die Sättigungsmagnetisierung zu erhöhen, erhöht wird, dadurch, dass eine
geringe Co -Menge im Ferrit substituiert wird. Dies. ;
an Hand der Fig. 3 und h näher erläutert. Sie stellen
BAD ORIGIMAL
PHN IO.529 '^C 22-8-1983
(den reellen Teil der) magnetischen Permeabilität /u1
von Einkristallringkernen aus Mn-Zn-Ferro-rf errit mit
verschiedenen Co-Gehalten dar, die bei 0,5 MHz bzw. 4,5 MHz
ermittelt wurden. Der Co -Gehalt ist mit dem Index χ angegeben, wobei der Ringkernwerkstoff durch die Zusammensetzungsformel
Me1 Co Fe„ Ol gekennzeichnet wird,
worin Me = (Mn, Zn, Fe11) sind.
Bei den in den Beispielen nach Fig. 3 und 4 gewählten
Zusammensetzungsiliegt in dem Fall, in dem kein
Co substituiert ist (χ=θ), das Maximum der Permeabilität
unzweideutig neben dem für Videokopfanwendungen wichtigen
Temperaturbereich von etwa 20 bis etwa 40°C.
Der Zusatz einer geringen Co -Menge (x=0,002 bzw» x=0,004) steht das Maximum nahezu im Temperaturbereich
von "20 bis 4o°C, wenn der Fe -Gehalt erhöht wird, sowohl bei 0,5 MHz (Fig. 3) als auch bei 4,5 MHz (Fig. 4). Der
Wert von /u' bleibt also hoch genug für Videoanwendungen,
' II
während der Fe -Gehalt und dadurch M erhöht werden
während der Fe -Gehalt und dadurch M erhöht werden
können.
Aus Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, dass die zugesetzte Co-Menge begrenzt sein muss. Im Fall χ = 0,008 z.B.
ist der Wert der Permeabilität im Temperaturbereich von 20 bis 4o C uninteressant dadurch, dass das Maximum durch
Überausgleich der magnetischen Anisotropie und durch Stabilisation von Domänenwänden verschwunden ist.
Ein Beispiel eines geeigneten Me. Co Fe 0^-
Werkstoffs ist.
Mno,36ZnO,25CoO,oo2Fe2,39°4
Dieser Werkstoff enthält 0,07 At.# Co11 und 13 At. # Fe11
und weist bei 40°C ein /U· (T) Maximum von 700 bei 4,5 MHz
auf. Die Sättigungsmagnetisierung beträgt 654 mT.
Ein weiteres Beispiel eines Me1 Co Fe2 ^L~
Werkstoffs ist
MnO,3iZnO,22Coo,oo4Fe2,46°4
TT , TT
Dieser Werkstoff enthält 0,13 At.96 Co und 15,3 At.% Fe
und weist bei 40°C ein /u' (τ) Maximum von 6OO bei 4,5 MHz
auf. Die Sättigungsmagnetisierung beträgt 66Ο mT.
PHN ΙΟ.529 & Λ. 23-H-19«3
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Zusatz einer geringen Co -Menge zum Mn-Zn-Ferrο-ferrit
eine höhere Fe -Konzentration brauchbar macht, insbesondere eine höhere Fe -Konzentration als 11 At.$. Das
bedeutet, dass dieser Zusatz bei einer höheren Fe -Konzentration das /U1 (τ) Maximum also doch in oder nahezu in
den Temperaturbereich von 20 bis ko C bringt. Die höhere
Fe -Konzentration bedeutet einen höheren M -Wert. Für die
Höhe des /u ' (τ) Maximums gilt nur, dass es nicht zu klein
sein darf. Ein Untergrenze ist beispielsweise 400 bis 5OO
bei h,5 MHz,
Aus der obigen Darstellung geht hervor, dass (einkristalliner) Co-substituierter Mn-Zn-Ferroferrit mit einem
erhöhten Ferrogehalt ein sehr geeigneter Werkstoff für magnetische Schreib Lese-Köpfe darstellt, die in der Kombination
mit hochkoerzitiven Magnetbändern, wie Metallpulverband oder aufgedampftem Metallband, benutzt werden. Bei
der Verwendung in der Verbindung mit Magnetbändern auf Eisenoxidbasis mit einer bis heute üblichen Koerzitivkraft
besteht der Vorteil darin, dass die Zwischenmodulationsverzerrung und die Signalstärke verbessert sind.
Charakteristische Abmessungen für den Magnetkopf 1 nach Fig. 1 sind eine Länge L = 3 mm un(i eine Höhe
h = 3 mm· Bei einer Dickenabmessung t von 200 /urn oder darunter
zeigte es sich, dass ein Magnetkopf aus monokristallinem,
Co-substituierten Mn-Zn-Ferroferrit mit erhöhtem Ferrogehalt
trotz eines verhältnismässig niedrigen spezifischen Widerstands bei Frequenzen von wenigen MPIz ohne Beeinträchtigung
durch den Skin-Effekt betrieben werden kann. Zu bemerken ist, dass z.B. der nach dem Vierpunktverfahren gemessene
spezifische Widerstand eines einkristallinen Mnn „„
2 ο * '
Zn 27Fe? 36°4~Ferrits ^ x 10". lern bei 20 C betrug.
Einkristalline aus Co-substituiertem Mn-Zn-Ferrit mit einem erhöhten Ferrogehalt konnten bei einer Temperatur
von 16250C mit Hilfe der "seeded" Bridgman-Technik
in einem Platintiegel in einer Sauerstoffatmosphäre gezüchtet werden. Die Wachstumsrichtung was |1Oo/ , die
BAD ORIGINAL
: :*':. ': 33U3U
Wacn« Liiiiis.'vescliwiiidi^kei ι etwa k rniri/h. Beim Abkühlen wurde
.■? ι i. c Iv s r ο .ε* Γ -iijjj'e setzt, wobei bei absinkender Temperatur
mehr Stieles to IT zubegeben wurde.
Es wurde Einkristalle mit einer Länge von 5 cm
und eines Durchmessers von 2 cm gezüchtet.
In I''i,";. 5 ist an Hand von Messungen an einem
eLiikristnlliiien Mn() 3-,2^0 ->?Coq 00kFe° 46°4~Rins'kerrL
(Dicke 1^0/um) die Frequenzabhängigkeit der reellen und
der cedacliteii Komponente (/u' bzw. /u") der magnetischen
Permeabilität bei 40 C dargestellt, wobei 40 C die Temperaturist, bei der die magnetische Permeabilität /u' (τ)
eines Ferrits mit dieser Zusammensetzung etwa ihr Maximum erreicht.
BAD
- Leerseite -
Claims (5)
- #► * · ■ t Ψ4PHN 10.529 Jg 22-3-1983PATENTANSPRÜCHEjMagnetkopf für eine magnetische Aufnahme- und Wiedergabevorrichtung, der einen Kern aus Mn-Zn-Ferrit mit zwei Kernteilen enthält, zwischen denen ein Ubertragungsspalt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ferrit folgende ZusammensetzungMn Zn1Fe 11Fe2 111O^ mit 0 < X-i 0,5,50,06 4b -^0,4 0,34 < C-^O, 9 (a + b + c = 1 )IQ und einen Co -Gehalt hat, der dafür sorgt, dass der maximale Wert der magnetischen Permeabilität möglichst im Bereich der Arbeitstemperatur des Magnetkopfes liegt.
- 2, Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Co 0,02 bis 0,2 At.% beträgt, wenn in bezug auf die Gesamtanzahl von Metallionen gerechnet wird,
- 3· Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet, dass 0)^5.·* c-i 0,9 ist.
- 4. Magnetkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Ferrit eine Dicke von höchstens 200 /um hat,
- 5. Magnetkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ferrit ein einkristalliner Ferrit ist.
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