DE3820395A1 - Verlustarmes, magnetisches oxidmaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Ma­ terial, und zwar insbesondere ein verlustarmes, magneti­ sches Oxidmaterial, welches brauchbar ist als Ablenk­ jochkern für eine Kathodenstrahlröhre mit Hochgeschwin­ digkeitsabtastung (im folgenden als "CRT" abgekürzt).

Als Ablenkjochkern für CRT hat man seit langer Zeit Ferrite der Mg-Mn-Zn-Reihe verwendet. Dieses Material wird sowohl im Inland als auch im Ausland als Standard­ ferritmaterial für den Ablenkjochkern verwendet, da es einen hohen spezifischen Widerstand aufweist und daher die vertikalen Wicklungen vorteilhafterweise direkt auf den Kern aus einem derartigen Ferritmaterial aufgebracht werden können.

Andererseits hat in jüngster Zeit eine rasche Verbrei­ tung der Büroautomation (OA), des computergestützten Designs (CAD), der computergestützten Herstellung (CAM) und ähnlicher Entwicklungen stattgefunden. Infolge die­ ser Entwicklung besteht ein gestiegener Bedarf an CRT für Graphikdisplay, Monitordisplay und dergl., d. h. An­ wendungen, bei denen eine hohe Auflösung erforderlich ist. Diese CRT's müssen eine derart hohe Leistungsfähig­ keit aufweisen, wie sie bei den herkömmlichen CRT's für Haushaltsfernsehgeräte nicht erforderlich ist. Bei der­ artigen CRT's erfolgt nämlich die Abtastung mit hoher Ge­ schwindigkeit und sie weisen daher sehr hohe horizontale Ablenkfrequenz auf. Mit der Steigerung der horizontalen Ablenkfrequenz, die als Folge dieser Anforderungen durch Maßnahmen bei dem auf den Kern für das Ablenkjoch aufge­ brachten Wicklungssystem für die horizontalen und verti­ kalen Wicklungen, Verbesserungen bei den Konvergenzeigen­ schaften usw. durchgeführt wurde, sind jedoch die Probleme, die aus der Selbsterhitzung des Kerns herrüh­ ren, nicht mehr vernachlässigbar. Eine Verringerung beim Verlustfaktor des Kerns ist daher eine drigende Auf­ gabe.

Die Ferrite der Mg-Mn-Zn-Reihe, welche derzeit als Standardmaterial eingesetzt werden, wurden im Hinblick darauf entwickelt, daß die vertikalen Wicklungen direkt auf und um den Kern gewickelt werden können. Dieses Ferritmaterial hat zwar aufgrund seines hohen Widerstan­ des einen geringen Wirbelverlust als Teil des Gesamt­ verlustes, der Ummagnetisierungsverlust des Materials aufgrund verschiedener Einflüsse, wie Zusammensetzung des Materials, Kristallstruktur desselben und verschie­ dener anderer Faktoren ist jedoch relativ groß. Eine Verbesserung bei dieser Eigenschaft ist daher dringend erforderlich.

Wenn man daher den Kern für das Ablenkjoch aus einem verlustarmen Ferrit der Mn-Zn-Reihe herstellt, das als Netztransformatormaterial für das Schalten der Strom­ quelle usw. verwendet wird, dann beobachtet man, daß hinsichtlich des Temperaturanstiegs im Ablenkjochkern eine mäßige Verbesserung auftritt aufgrund der Verrin­ gerung der Kernverluste. Man stellt jedoch auf dem Bild­ schirm der CRT ein Bildverdoppelungs(ringing-)Phänomen fest. Es zeigt sich somit, daß im Hinblick auf die Bild­ qualität eine derart ausgebildete CRT nicht annehmbar ist.

Dieses Bildverdoppelungsphänomen kommt beispielsweise folgendermaßen zustande. Wenn man die horizontale Wick­ lung als Beispiel nimmt, so wird eine Potentialvertei­ lung zwischen benachbarten Schichten der Wicklung er­ zeugt. Falls eine Spannungsbeaufschlagung in Form eines Eingangsimpulses erfolgt, wird zwischen den benachbar­ ten Abtastzeilen eine Kapazität erzeugt. Ferner gilt all­ gemein, daß dann, wenn die Frequenz höher wird, die un­ geerdete Kapazität zur Zunahme neigt. Darauf folgt, daß Resonanz auftritt zwischen der Komponente C der Kapazi­ tät und der Komponente L der Wicklung und der Ablenk­ strom einer Geschwindigkeitsmodulierung unterworfen wird. Das hat zur Folge, daß auf dem Bildschirm hellig­ keitsmodulierte, vertikale Streifen auftreten.

Andererseits kommt es in der vertikalen Wicklung zu ei­ ner Kapazitätsverteilung zwischen der Wicklung und dem Kern, und zwar deshalb, weil die Wicklung ringförmig di­ rekt auf den Kern aufgebracht ist. Das führt wiederum zur Ausbildung eines Verteilungsstromkreises, bestehend aus einer Verteilung der elektrostatischen Kapazität zwischen der Wicklung und dem Kern, Induktivität der Wicklung und Widerstand des Kerns. Dieser Stromkreis ist bezüglich der linken und rechten Seite symmetrisch. Falls die horizontale Wicklung ebenfalls bezüglich der linken und rechten Seite symmetrisch ist, sollte keine Kopplung der horizontalen Wicklung hinsichtlich der Induktanz dieses Stromkreises auftreten. Falls jedoch eine gewisse Asymmetrie besteht, tritt eine Kopplung des Stroms, der durch die horizontale Wicklung fließt, auf, mit der Fol­ ge, daß in und durch die vertikale Wicklung stellenweise ein vibrierender Strom fließt.

Bei Analysen, welche von den Erfindern durchgeführt wur­ den, hat man festgestellt, daß dieser vibrierende Strom mit kleiner werdendem spezifischen Widerstand zunimmt und daß der kritische Widerstandswert 10⁴ Ohm-m beträgt. Selbstverständlich ist das gewünschte Ergebnis umso besser, je größer dieser Wert ist.

Unter diesen Gesichtspunkten wurde ein verlustarmes, ma­ gnetisches Oxidmaterial vorgeschlagen, das seinen hohen Widerstandswert bewahrt hat. Ein derartiges Material ist ein Ferrit der Ni-Cu-Mn-Zn-Reihe, der im Vergleich zu dem herkömmlichen Ferrit der Mg-Mn-Zg-Reihe um etwa die Häfte verlustärmer ist und als Ferrit für das Hochge­ schwindigkeitsabtast-Ablenkjoch in einem Frequenzbe­ reich von 64 KHz bis 90 KHz verwendet wird.

Das herkömmliche, verlustarme, magnetische Oxidmaterial der oben erwähnten Zusammensetzung enthält jedoch Nickel, wobei es sich um ein teures, seltenes Element handelt. Das bekannte Material ist daher mit dem Nachteil behaf­ tet, daß die Herstellungskosten unvermeidbar hoch sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu­ grunde, die vorstehend erwähnten Probleme durch Schaf­ fung eines verlustarmen, magnetischen Oxidmaterials zu lösen, das in der Lage ist, die Selbsterhitzung des Kerns zu reduzieren, die aufgrund der Steigerung der Ab­ lenkfrequenz eintritt, das ferner in der Lage ist, das Bildverdoppelungsphänomen, welches für die Beeinträchti­ gung der Bildqualität verantwortlich ist, zu unter­ drücken, und sich daher als Ablenkjochkern für hoch auf­ lösende CRT und dergl. eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Schaf­ fung eines verlustarmen, magnetischen Oxidmaterials, das im wesentlichen aus 43 bis 47 Mol-% Fe₂O₃, 27 bis 35 Mol-% MgO, 13 bis 20 Mol-% ZnO und 3 bis 10 Mol-% MnO als Hauptkomponenten sowie aus 0 bis 1,5 Gew.-% Bi₂O₃ und 0 bis 1,5 Gew.-% CuO als Hilfskomponenten be­ steht.

Die vorstehend erwähnte Aufgabe der Erfindung sowie der spezielle Aufbau und die Eigenschaften des erfindungsge­ mäßen magnetischen Materials werden durch die folgende, detaillierte Beschreibung deutlich, insbesondere in Ver­ bindung mit den Zeichnungen, in denen bevorzugte Bei­ spiele der vorliegenden Erfindung erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der zugesetzten Menge Bi₂O₃ und dem elektri­ schen Leistungsverlust;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Änderungen bei dem Leistungsverlust, wenn Bi₂O₃ und CuO in Kombi­ nation zugesetzt sind;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Leistungs­ verlust- versus Temperaturcharakteristika, wenn 0,5 Gew.-% Bi₂O₃ und 1,0 Gew.-% CuO in Kombination zugesetzt sind;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Leistungs­ verlust- versus Frequenzbeziehung der gleichen Probe­ körper wie in Fig. 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Aus­ führungsformen erläutert.

Das erfindungsgemäße, verlustarme, magnetische Oxidma­ terial kann erhalten werden, indem man einem Ferrit der Mg-Mn-Zn-Reihe mindestens ein Element zusetzt, das in der Lage ist, den Leistungsverlust zu verringern, ohne zu einer Abnahme des spezifischen Widerstandes zu führen.

Ein derartiges magnetisches Material hat einen niedrigen Leistungsverlust, während gleichzeitig ein hoher spezi­ fischer Widerstand aufrechterhalten bleibt. Es ist da­ her in der Lage, die Selbsterhitzung des Ablenkjoch­ kerns zu unterdrücken, die Betriebszuverlässigkeit des Ablenkjochs zu steigern, und ist gleichzeitig dazu in der Lage, das Bildverdoppelungsphänomen zu reduzieren, welches den Hauptfaktor der Beeinträchtigung der Bild­ qualität der CRT darstellt.

Um die Fachleute in die Lage zu versetzen, die vorlie­ gende Erfindung in die Praxis umzusetzen, werden die folgenden Beispiele angegeben.

Beispiel 1

Die Ausgangsmaterialien werden in der Weise eingewogen, daß eine Zusammensetzung erhalten wird, bestehend aus 45,0 Mol-% F₂O₃, 31,0 Mol-% MgO, 7,0 Mol-% MnO und 17,0 Mol-% ZnO.

Das pulverförmige Gemisch dieser Ausgangsmaterialien wird 1 h bei einer Temperatur von 850°C calciniert. An­ schließend erfolgt eine Pulverisierung des calcinierten Materials in einer Kugelmühle während 4 h. Auf diese Weise wird ein Testmaterial erhalten. Dann wird Bi₂O₃ zu diesem Testmaterial gegeben, und zwar in einer Menge im Bereich von 0 bis 1,5 Gew.-% gemäß der folgenden Tabelle 1. Das Material, dem verschiedene Mengen an Bi₂O₃ zuge­ setzt wurden, wird einförmig mittels eines Brechmischers vermischt. Anschließend wird eine Polyvinylalkohol- Lösung in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf das Ferritpulver, zugesetzt, um das Material zu granulieren. Das granulierte Material wird anschließend unter einem Druck von 1 t/cm² zu ringförmigen Probekörpern geformt.

Diese Probekörper werden in der Atmosphäre 2 h bei einer Temperatur von 1250°C gesintert, und die dabei erhalte­ nen, ringförmigen Probekörper werden hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 sowie in Fig. 1 dargestellt.

Tabelle 1

Aus den Testergebnissen der obigen Tabelle wird deut­ lich, daß die Addition von Bi₂O₃ zu einer bemerkenswer­ ten Verbesserung beim Leistungsverlust führt, während der spezifische Widerstand ohne wesentliche Änderung aufrechterhalten wird.

Beispiel 2

Die Ausgangsmaterialien werden in der Weise eingewogen, daß eine Zusammensetzung erhalten wird, bestehend aus 45,0 Mol-% Fe₂O₃, 31,0 Mol-% MgO, 7,0 Mol-% MnO und 17,0 Mol-% ZnO. Das pulverförmige Gemisch wieder Aus­ gangsmaterialen wird 1 h bei 850°C calciniert; dann er­ folgt eine Pulverisierung des calcinierten Materials in einer Kugelmühle während 4 h, wobei man ein Testmaterial erhält.

Dann gibt man Bi₂O₃ und CuO in den in der folgenden Ta­ belle 2 angegebenen Mengen zu diesem Testmaterial. Das mit unterschiedlichen Mengen an Bi₂O₃ und CuO versetzte Material wird mittels eines Brechmischers einförmig ver­ mischt. Dann gibt man Polyvinylalkohol-Lösung in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf das Ferritpulver, zu, um das Material zu granulieren. Das granulierte Material wird dann unter einem Druck von 1 t/cm² zu ringförmigen Probekörpern geformt.

Diese Probekörper werden 2 h in der Atmosphäre bei einer Temperatur von 1250°C gesintert. Die dabei erhaltenen, ringförmigen Probekörper werden auf ihre elektromagneti­ schen Eigenschaften untersucht. Die dabei erhaltenen Er­ gebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 sowie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.

Tabelle 2

Die Testergebnisse in der vorstehenden Tabelle zeigen, daß die Addition von Bi₂O₃ und CuO in Kombination zu einer weiteren Verbesserung beim Leistungsverlust des Materials führt.

Wie bereits erwähnt, stellt Fig. 1 eine graphische Dar­ stellung der Beziehung zwischen der zugesetzten Menge an Bi₂O₃ und dem elektrischen Leistungsverlust dar, wäh­ rend Fig. 2 in graphischer Darstellung die Änderungen zeigt, die beim Leistungsverlust eintreten, wenn Bi₂O₃ und CuO in Kombination zugesetzt sind. Die Meßbedingun­ gen sind sowohl bei Fig. 1 als auch bei Fig. 2 16 KHz, 1000 G und 100°C.

Fig. 3 zeigt als graphische Darstellung die Leistungs­ verlust- versus Temperaturcharakteristika, wenn 0,5 Gew.-% Bi₂O₃ und 1,0 Gew.-% CuO in Kombination zugesetzt sind. Die Meßbedingungen sind 16 KHz und 1000 G. Fig. 4 zeigt als graphische Darstellung die Leistungsverlust- versus Frequenzbeziehung der gleichen Probekörper wie in Fig. 3, die Meßbedingungen sind 1000 G und 100°C.

Aus den obigen Ergebnissen wird deutlich, daß die zuge­ setzte Menge an Bi₂O₃ bis einschließlich 1,5 Gew.-% be­ tragen kann. Bei einer größeren Menge kommt es zu einer starken Zunahme des Leistungsverlustes, und es treten innerhalb des gesinterten Erzeugnisses Risse und andere Defekte auf. Unter den gleichen Gesichtspunkten beträgt die zugesetzte Menge an CuO ebenfalls bis zu einschließ­ lich 1,5 Gew.-%.

In den vorstehend beschriebenen Beispielen der vorlie­ genden Erfindung wurden Oxide als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Ferrits und der Additive verwendet.

Selbstverständlich kann man ähnliche Effekte auch er­ zielen unter Verwendung von solchen Verbindungen, wie Carbonaten, usw., welche beim Erhitzen zu Oxiden zer­ setzt werden.

Das magnetische Material der vorliegenden Erfindung kann nicht nur als Ablenkjoch verwendet werden, sondern ist auch bei anderen Verwendungen brauchbar, bei denen es ei­ nem hohen magnetischen Fluß in Verbindung mit einer hohen Hitzeerzeugung ausgesetzt ist.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ermöglicht die vor­ liegende Erfindung eine bemerkenswerte Verbesserung beim Leistungsverlust von Ferriten der Mg-Mn-Zn-Reihe durch Zusatz von Additiven, wie Bi₂O₃, CuO und anderen, ohne daß der spezifische Widerstand des Materials beeinflußt wird. Das ist im Hinblick auf die charakteristischen Ei­ genschaften des Ablenkjochkerns von Bedeutung. Als Fol­ ge dieses Effekts ist es möglich geworden, die Hitze­ entwicklung des Ablenkjochs zu unterdrücken und auf die­ se Weise eine Verbesserung bei der Betriebszuverlässigkeit, eine stärkere Miniaturisierung und ein verringer­ tes Gewicht des Bauteils zu realisieren.

Claims (2)

1. Verlustarmes, magnetisches Oxidmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Fe₂O₃, MgO, ZnO und MnO als Hauptbestandteile sowie aus Bi₂O₃ und CuO als Hilfsbestandteile besteht.

2. Verlustarmes, magnetisches Oxidmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Fe₂O₃ in einem Bereich von 43 bis 47 Mol-% ausgewählt ist, der Gehalt an MgO in einem Bereich von 27 bis 35 Mol-% ausgewählt ist, der Gehalt an ZnO in einem Bereich von 13 bis 27 Mol-% ausgewählt ist; und der Ge­ halt an Bi₂O₃ in einem Bereich bis zu einschließlich 1,5 Gew.-% ausgewählt ist und der Gehalt an CuO in einem Bereich von bis zu einschließlich 1,5 Gew.-% ausgewählt ist.