DE69031250T2

DE69031250T2 - Magnetisches Material

Info

Publication number: DE69031250T2
Application number: DE69031250T
Authority: DE
Inventors: Ken Hirota; Osamu Inoue; Koichi Kugimiya; Mitsuo Satomi; Yasuhiro Sugaya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2010-06-08
Also published as: DE69031250D1; EP0401835A1; US5238507A; US5350628A; EP0401835B1; KR910001820A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Material, das sich zur Verwendung in Magnetkernen für elektronische Vorrichtungen wie Transformatorkerne oder Magnetköpfe sowie Permanentmagnete eignet.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In Eällen, wo eine hohe magnetische Flußdichte erforderlich ist, verwendet man Magnetköpfe als Magnetmatenahen für elektronische Bauteile, elektronische Ausrüstungsgegenstände und andere Produkte. Jedoch können wegen hoher Wirbelstromverluste magnetische Materialien nicht im Hdchfrequenzbereich eingesetzt werden. Deshalb verwendet man anstelle der magnetischen Metalle, bei denen es sich um Substanzen mit niedrigem elektrischen Widerstand handelt, Ferrite mit hohem elektrischem Widerstand.
Die vorstehenden Ferrite sind Metalloxide mit magnetischen Eigenschaften wie einem Widerstand, der um mehr als das Zehntausendfache größer ist als der magnetischer Metalle. Deshalb sind sie magnetischen Metallen insofern weit überlegen, als ihre Wirbelstromverluste wesentlich geringer sind. Jedoch besteht ein Nachteil der Ferrite darin, daß ihre Sättigungsmagnetisierungsflußdichte nur etwa die Hälfte oder weniger der magnetischer Metalle beträgt. Dies macht Ferrite ungeeignet für die Verwendung in elektronischen Bauteilen oder Ausrüstungen, bei denen eine besonders hohe Sättigungsmagnetisierungsflußdichte erforderlich ist.
Bestimmte Verbundwerkstoffe aus magnetischen Metallen und elektrischen Isolatoren sind als magnetische Materialien mit hohem elektrischem Widerstand und selbst in hohen Frequenzbereichen geringen Wirbelstromverlusten entwickelt worden. Solche Verbundwerkstoffe werden beispielsweise durch Mischen, Formen und Sintern aus einem magnetischen Metallpulver und einem Keramikpulver hergestellt. Wie jedoch Fig. 9 zeigt, enthalten die auf diese Weise erhaltenen Verbundwerkstoffe magnetische Metallkörnchen 101, die in einer Isolierphase 102 dispergiert sind. Diese Körnchen sind durch Abstände voneinander getrennt, die von mehreren µm bis zu mehreren zehn um schwanken. Deshalb wird der in das Innere dieses Verbundwerkstoffes vordringende magnetische Fluß durch die Isoliersubstanz blockiert und die magnetische Permeabilität folglich erheblich verringert. Somit können herkömmliche Verbundwerkstoffe aus magnetischen Materialien und Isolatoren keine anderen Eigenschaften als die besitzen, die den Durchschnitt der entsprechenden Eigenschaften der Bestandteile darstellen. Folglich wird die magnetische Flußdichte verringert, wenn der Anteil der Isoliersubstanz erhöht wird, um einen hohen elektrischen Widerstand zu erhalten. Das macht es unmöglich, die hohe magnetische Flußdichte zu erreichen, die man erreichen kann, wenn man nur magnetische Metalle verwendet.
Neben dem erwähnten dispergierten Typ magnetischen Materials sind beispielsweise laminierte Materialien bekannt, die aus miteinander abwechselnden dünnen Schichten aus Metall und einer dielektrischen Substanz bestehen. Jedoch sind Verfahren für die Herstellung dieses Typs von magnetischem Material komplex und deshalb teuer. Darüber hinaus verursacht der Druck, der im Laminierungsverfahren angewendet wird, eine plastische Verformung, wodurch die dünne Laminatstruktur zerstört wird. Dies kann die erwünschten magnetischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen. Diese Mängel zeigen, daß magnetische Materialien gebraucht werden, die als Massengut über Leistungseigenschaften verfügen, die denen von laminierten Materialien gleichwertig sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Das erfindungsgemäße magnetische Material, das die vorstehend erwähnten und zahlreiche andere Mängel und Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, ist in den Ansprüchen beschrieben. Es enthält eine diskrete Phase mit Körnchen aus einer ersten Substanz, welche ein magnetisches Metall aufweist, und eine kontinuierliche Phase, die eine dielektrische oder isolierende Substanz aufweist, wobei der dünne Beschichtungsfilm auf der Oberfläche der Körnchen ausgebildet ist und eine mittlere Dicke hat, die geringer ist als die mittlere Teilchengröße der Körnchen, wobei die Körnchen durch den dünnen Beschichtungsfilm im wesentlichen voneinander getrennt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat das vorstehend erwähnte magnetische Material eine Porosität von 5 % oder weniger und vorzugsweise 0,5 % oder weniger.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die aus der ersten Substanz hergestellten Körnchen plättchenförmig.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die aus der ersten Substanz hergestellten Körnchen nadelförmig.
In einer bevorzugteren Ausführungsform hat das magnetische Material eine Porosität von 0,1 % oder weniger.
In einer bevorzugteren Ausführungsform hat das magnetische Material eine Mikrostruktur, in der die aus der ersten Substanz hergestellten Körnchen orientiert sind.
In einer bevorzugteren Ausführungsform weisen die plättchenförmigen Körnchen eine Achse der leichten Magnetisierung entlang ihrer Hauptachsen auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erste Substanz mindestens eine der Substanzen Eisen oder Cobalt, die Körnchen aus der ersten Substanz haben eine mittlere Teilchengröße, die die Ausbildung einer einzigen magnetischen Domänenstruktur sicherstellt, und die Achsen der leichten Magnetisierung der Körnchen decken einander.
Der erfindungsgemäße Magnetkopf, der die vorstehend aufgeführten und zahlreiche andere Nachteile und Mängel des Standes der Technik überwindet, enthält einen Magnetkern aus dem vorstehend beschriebenen magnetischen Material, wobei die flache Oberfläche der im Magnetkern orientierten Körnchen senkrecht zur Laufrichtung der magnetischen Medien steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die plättchenförmigen Körnchen entlang ihrer Hauptachsen eine Achse der leichten Magnetisierung auf.
Somit löst die hier beschriebene Erfindung folgende Aufgaben:
(1) Sie stellt ein magnetisches Material mit hoher Sättigungsmagnetisierungsflußdichte und hoher magnetischer Permeabilität selbst in Hochfrequenzbereichen zur Verfügung, das auch über elektrisch isolierende Eigenschaften verfügt.
(2) Sie stellt ein magnetisches Material zur Verfügung, das neben den beschriebenen Eigenschaften über ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und mechanische Festigkeit verfügt.
(3) Sie stellt ein magnetisches Material zur Verfügung, das sich für die verschiedensten Anwendungen eignet, z.B. als Material für Magnetköpfe, Magnetkerne für Transformatoren und Permanentmagnete.
(4) Sie stellt ein Magnetmaterial zur Verfügung, das als Hauptmasse vorliegt, keine übermäßig komplexen Matenaistrukturen aufweist und deshalb auf einfache Weise hergestellt werden kann.
(5) Sie stellt einen Magnetkopf zur Verfügung, in dem die beschriebenen magnetischen Materialien verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird für Fachleute anhand der Begleitzeichnungen leichter verständlich und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile offenkundig.
Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 sind vergrößerte Teilschnittsansichten der erfindungsgemäßen magnetischen Materialien.
Fig. 6a ist eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Magnetkopfes.
Fig. 6b ist eine Darstellung des Verhältnisses zwischen den im Magnetkopf enthaltenen plättchenförmigen Körnchen und der Laufrichtung magnetischer Medien.
Fig. 7 ist eine Darstellung eines feuchten magnetischen Preßapparates im Magnetfeld, der für die Herstellung des magnetischen Materials in Fig. 3 verwendet wird.
Die Kurve in Fig. 8 zeigt die Eigenschaften des erfindungsgemäßen magnetischen Materials.
Fig. 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht herkömmlicher magnetischer Materialien.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie Fig. 1 zeigt, enthält ein erfindungsgemäßes magnetisches Material eine diskrete Phase mit Körnchen 1, die aus einer ein magnetisches Metall enthaltenden ersten Substanz hergestellt sind, und eine kontinuierliche Phase 2 mit einem dünnen Beschichtungsfilm, der aus einer zweiten, ein dielektrisches oder isolierendes Material enthaltenden Substanz hergestellt ist, wobei der dünne Beschichtungsfilm auf der Oberfläche der Körnchen ausgebildet ist und eine mittlere Dicke aufweist, die geringer ist als die mittlere Dicke der Körnchen. Die erwähnten Körnchen sind durch den dünnen Beschichtungsfilm im wesentlichen voneinander getrennt.
Magnetische Metalle, die sich zur Verwendung als erste Substanz eignen, sind unter anderem Eisen, Nickel, Cobalt und Legierungen, die mindestens eines dieser Elemente enthalten. Zu den geeigneten Legierungen, die verwendet werden können, gehören Fe-Al, Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Al-Si, Mo-Ni-Fe, Fe-Si-Al-Ni und Si-Al-Fe-Co. Dielektrische oder isolierende Substanzen, die sich zur Verwendung als zweite Substanz eignen, sind unter anderem Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumdioxid, Magnesiumdioxid, Manganzinkferrite und Nickelzinkferrite.
Bei der Herstellung der magnetischen Materialien stellt man zuerst beschichtete Körnchen her, indem man einen dünnen Beschichtungsfilm aus der zweiten Substanz auf der Oberfläche der Körnchen aus der ersten Substanz ausbildet, diese beschichteten Körnchen zu einem Grünling preßt und den Grünling dann verdichtet. Um den dünnen Beschichtungsfilm aus der zweiten Substanz herzustellen, kann man sich jedes bekannten Verfahrens bedienen. Beispielsweise kann man ein Verfahren verwenden, bei dem man Körnchen aus der ersten Substanz in Kontakt mit einem aktiven Gas kommen läßt. Dadurch reagiert das aktive Gas mit der ersten Substanz auf der Oberfläche der Körnchen und bildet eine Schicht aus einer anderen als der ursprünglichen ersten Substanz auf der Oberfläche der Körnchen. Möglich ist auch ein Verfahren, bei dem man durch Sputtern eine Schicht aus der zweiten Substanz auf die Oberfläche der Körnchen aus der ersten Substanz aufbringt, oder ein Verfahren, bei dem man ein mechanisches Legierungsverfahren einsetzt, um eine Schicht aus der zweiten Substanz auf der Oberfläche der Körnchen abzuscheiden. Die Schicht aus der zweiten Substanz sollte eine kleinere mittlere Dicke als die mittlere Teilchengröße der Körnchen aus der ersten Substanz aufweisen. Die richtigen Größen der Körnchen und des dünnen Beschichtungsfilms schwanken je nach dem jeweiligen Zweck und Typ des Verbundmaterials. Üblicherweise liegt der Bereich der mittleren Teilchengrößen jedoch zwischen 0,1 und 100 µm, während die mittlere Dicke des dünnen Beschichtungsfilms 5 bis 50 nm beträgt.
Spezifische Beispiele für die Ausbildung des dünnen Beschichtungsfilms umfassen die Bildung von Metalloxidfilmen auf der Oberfläche von Metallkörnchen durch eine Oxidationsbehandlung sowie die Abscheidung eines anderen Metalls auf die Oberfläche der Metallkörnchen, z.B. durch Sputtern usw.
Als nächstes werden die auf diese Weise hergestellten beschichteten Körnchen zu einem Grünling gepreßt, der dann einem Verdichtungsverfahren unterzogen wird. Dadurch erhält man das erfindungsgemäße magnetische Material. Im allgemeinen erreicht man die Verdichtung durch eine Behandlung bei hoher Temperatur und/oder hohem Druck. Üblicherweise erfolgt die Verdichtung durch die Behandlung bei einer Temperatur von 300ºC oder höher unter einem Druck von 100 kg/cm² oder höher.
Beim Verdichtungsschritt kann ein Teil der dünnen Beschichtungsfilme auf den Körnchen in einigen Fällen durch den Preßvorgang usw. reißen. Dadurch liegen die Oberflächen der Körnchen aus der ersten Substanz frei. Deshalb erfolgt die Verdichtung üblicherweise so, daß erneut ein dünner Beschichtungsfilm durch die zweite oder eine dritte Substanz gebildet wird. Wenn die Verdichtung beispielsweise in einer aktiven Gasatmosphäre erfolgt, reagiert die erste Substanz auf der freihegenden Oberfläche mit dem aktiven Gas und bildet dadurch einen weiteren dünnen Beschichtungsfilm. Als aktives Gas kann beispielsweise Sauerstoffgas, Stickstoffgas oder eine Mischung aus beiden verwendet werden.
Die auf diese Weise hergestellten magnetischen Materialien sind beispielsweise in Fig. 1 gezeigt. Dort werden die aus der ersten Substanz bestehenden Körnchen 1 in einer aus dünnen Filmen aus der zweiten Substanz bestehenden kontinuierlichen Phase 2 dispergiert. Dieser Typ von magnetischem Material verfügt über eine synergistische Kombination der Eigenschaften des die erste Substanz bildenden Metalls und des die zweite Substanz bildenden dielektrischen oder isolierenden Materials. Der Anteil des magnetischen Metalls (d.h. der ersten Substanz) im erfindungsgemäßen magnetischen Materialtyp ist hoch; deshalb kann man eine hohe magnetische Flußdichte erreichen. Weil darüber hinaus auch der elektrische Widerstand hoch ist, sind die Wirbelstromverluste gering und die magnetische Permeabilität selbst in Hochfrequenzbereichen (z.B. 2 MHz oder höher) hoch. Da die erwähnten magnetischen Metallkörnchen darüber hinaus durch eine dielektrische oder isolierende Phase getrennt sind, verfügt die Oberfläche des magnetischen Materials über elektrisch isolierende Eigenschaften. Außerdem ist in einem Querschnitt dieses Typs von magnetischem Material die von dreieckigen Bereichen 3 (d.h. Bereichen, an die drei oder mehr Körnchen grenzen) belegte Fläche im Vergleich mit herkömmlichen Arten von magnetischem Material sehr klein. Daher ist die Verschleißfestigkeit des erfindungsgemäßen magnetischen Materialtyps hoch. Die Porosität der erfindungsgemäßen magnetischen Materialien sollte üblicherweise 5 % oder weniger betragen (d.h., ihre Dichte ist 95 % oder mehr). Bevorzugt beträgt sie nur 3 % oder weniger. Wenn man diese Materialien für Vorrichtungen wie Magnetköpfe verwendet, sollte die Porosität vorzugsweise etwa 0,5 % und noch bevorzugter etwa 0,1 % betragen. Da die Porosität 5 % oder weniger beträgt, sind die existierenden Poren geschlossen, und das Innere der magnetischen Materialstruktur steht nicht in Verbindung mit dem Äußeren. Darüber hinaus stehen die Poren im magnetischen Material auch nicht in Kommunikation miteinander. Deshalb weist das magnetische Material eine hohe mechanische Festigkeit und Verschleißfestigkeit sowie überlegende Beständigkeit gegen die Einflüsse des Wetters und chemischer Substanzen auf.
Durch Aufbringen von Druck in eine odere mehrere Richtungen mit verschiedenen Kräften entlang verschiedener Richtungen im bei der Herstellung des magnetischen Materials verwendeten Verdichtungsverfahren erhält man magnetische Materialien mit der in Fig. 2 gezeigten Morphologie. Im magnetischen Material werden plättchenförmige Körnchen 11 in der Form von Scheiben, länglichen Scheiben, drehenden Ellipsoiden oder Nadeln durch eine kontinuierliche Phase 12 aus der zweiten Substanz getrennt. Solche magnetischen Materialien können auch dadurch hergestellt werden, daß man von Anfang an plättchen- oder nadelförmige Körnchen verwendet. Dieser Typ von magnetischem Material ist durch eine große Härte in der Längsrichtung der Körner und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit gekennzeichnet.
Dieser Typ von magnetischem Material kann in der in Fig. 3 gezeigten Form hergestellt werden. Dabei werden plättchenförmige Körnchen 21 mit einer Achse der leichten Magnetisierung 4 so angeordnet, daß ihre flachen Oberflächen und die Längsachsen entlang einer spezifischen Richtung orientiert sind. Solche magnetischen Materialien sind magnetisch anisotrop. Die magnetische Permeabilität solcher magnetischer Materialien in der senkrechteh Richtung zu den flachen Oberflächen (d.h. der schweren Magnetisierungsrichtung) der Körnchen 21 erreicht einen hohen Wert, der die Snoek'sche Grenze übersteigt. Das Längenverhältnis der kurzen Achse (Dicke) zur langen Achse (Hauptachse) dieser plättchenförmigen Körnchen sollte etwa 1 : 3 bis 1 : 10 betragen; die erwünschte Länge der kurzen Achse (Dicke) ist 3 bis 5 µm. Wenn das erwähnte Längenverhältnis 1 : 3 übersteigt, läßt sich die magnetische Anisotropie nur schwer erreichen, und deshalb können hohe magnetische Permeabilitäten nicht ohne weiteres realisiert werden. Wenn dieses Verhältnis umgekehrt weniger als 1 : 10 beträgt, muß man sehr aufpassen, weil die plättchenförmigen Körnchen während des Verdichtungsverfahrens leicht brechen. Wenn plättchenförmige Körnchen in Form länglicher Scheiben vorliegen, sollte die lange Achse vorzugsweise 5 bis 10 mal so groß wie die Dicke und die kurze Achse 3 bis 5 mal so groß wie die Dicke sein.
Andere Verfahren, mit denen magnetischen Metallen magnetische Anisotropie verliehen werden kann, beinhalten die Zugabe von Elementen wie Cobalt zu Fe-Si-Al oder anderen geeigneten Legierungen, die Ausbildung von Cobaltferriten auf der Körnchenoberfläche eines magnetischen Metallpulvers, die Abwandlung der Anteile eines magnetischen Metallpulvers, um einen Zusammensetzungsgradienten in Längsrichtung der Körnchen einzubringen, usw. Als magnetische Metalle sind Fe-Si-Al-Ni-Legierungen besonders für die Bildung der plättchenförmigen Körnchen geeignet. Wenn beispielsweise ein magnetisches Material mit plättchenförmigen Körnchen unter Verwendung kugelförmiger Körnchen hergestellt werden soll, lassen sich letztere ohne weiteres durch plastische Verformung verflachen.
Andere Formen erfindungsgemäßer magnetischer Materialien sind in Fig. 4 und 5 gezeigt. Das magnetische Material in Fig. 4 oder 5 umfaßt mehrere Schichten 301 oder 401 aus den Körnchen 31 oder 41 aus der ersten Substanz, die durch dünne Filmschichten 32 oder 42 aus der zweiten Substanz getrennt sind. Die innerhalb der gleichen Schicht befindlichen Körnchen 31 oder 41 stehen miteinander in Kontakt. Bei diesem Strukturtyp ist der elektrische Widerstand in eine vorgeschriebene Richtung (d.h. in senkrechter Richtung zu den Ebenen der dünnen Filme) hoch, während der elektrische Widerstand in Richtung des Kontakts zwischen aneinandergrenzenden Körnchen sehr niedrig ist. Wenn folglich die Richtung des Kontakts zwischen den Körnchen parallel zu einer Flußrichtung in einem Magnetschaltkreis angeordnet wird, wird der Fluß in diese Richtung nicht durch die dünnen Filme (Isolierschichten) behindert und die Permeabilität ist hoch. Bei magnetischen Materialien mit den in Fig. 5 gezeigten plättchenförmigen Körnchen erreicht man eine noch höhere magnetische Permeabilität, wenn der Fluß entlang der Längsrichtung der Körnchen gelenkt wird.
Erfindungsgemäße magnetische Materialien können als harte oder weiche Materialien für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise können magnetische Materialien aus magnetischen Körnchen, die mindestens eines der Elemente Eisen oder Cobalt enthalten und eine einzige magnetische Domänenstruktur aufweisen, in der die Achsen der leichten Magnetisierung in eine einzige Richtung angeordnet sind, als Permanentmagnete verwendet werden. Solche Magnete weisen hohe Werte für das maximale Energieprodukt (BH)max und gute elektrische Isoliereigenschaften auf. Deshalb sind sie zur Verwendung als Magnete für Motoren oder Lautsprecher oder zur Erzeugung von Magnetfeldern bei der NMR-Bildgebung, einer wichtigen Analysetechnik in der Medizin, geeignet. Darüber hinaus eignen sich erfindungsgemäße magnetische Materialien besonders gut zur Verwendung als Magnetkernmaterialien für Transformatoren oder Magnetköpfe. In allen diesen Anwendungen sind diese magnetischen Materialien aufgrund der bereits erwähnten geringen Wirbelstromverluste in Hochfrequenzbereichen geeignet. Für Anwendungen als Kerne für Magnetköpfe sollte die Porosität des magnetischen Materialien 0,5 % oder weniger, bevorzugt 0,1 % oder weniger betragen. Magnetköpfe, in denen magnetische Materialien mit plättchenförmigen Körnchen als Magnetkerne verwendet werden, so daß die flache Oberfläche der Körnchen senkrecht zur Laufrichtung des magnetischen Mediums angeordnet sind, sind besonders gut geeignet. Beispielsweise ist das in Fig. 6b gezeigte plättchenförmige Körnchen 11 in dem magnetischen Material vorhanden, das den in Fig. 6a gezeigten Magnetkopf 6 bildet. Das Verhältnis zwischen der Laufrichtung 7 des magnetischen Mediums und des plättchenförmigen Körnchens ist in Fig. 6b gezeigt. Wenn dieser Typ Magnetkopf verwendet wird, dann erhält man einen hohen Ausstoß im Hochfrequenzbereich, vor allem im Bereich von 40 bis 100 MHz. Darüber hinaus verfügen die erfindungsgemäßen Magnetköpfe über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit.
Die Erfindung soll nun anhand folgender Beispiele näher erlautert werden.

Beispiel 1

Ein Pulver, das aus Körnchen aus Fe-2 % Si magnetischer Legierung mit einer mittleren Teilchengröße von 25 µm bestand (erste Substanz) wurde durch drei Stunden Erhitzen bei 850ºC oxidiert. Dadurch entstand auf der Oberfläche der Legierungskörnchen ein isolierender dünner Beschichtungsfilm, der hauptsächlich aus Siliciumoxid bestand (zweite Substanz)
Dann wurden 0,05 Gew.-% eines bei niedriger Temperatur flüchtigen Wachses als Bindemittel mit diesen beschichteten Körnchen vermischt und die Mischung zu rechteckigigen parallelepipeden Proben geformt. Nach Entfernung des Bindemittels wurden diese Formen in hitzebeständige Gefäße eingebracht und bei einer Temperatur von 750 ºC und einem Druck von 25,3 MPa (250 atm) eine Stunde heiß gepreßt. Dadurch erhielt man einen erfindungsgemäßen gesinterten Verbundkörper (magnetisches Material)
Der auf diese Weise erhaltene gesinterte Körper verfügte über die in Fig. 1 gezeigte Querschnittsmikrostruktur, wobei die erste Substanz 1 nahezu einheitlich von der zweiten Substanz 2 bedeckt war. Dieser gesinterte Körper war von hoher Dichte und hatte eine Porosität von 5 % oder weniger. Darüber hinaus zeigte die detaillierte Prüfung dieses gesinterten Körpers, daß der Anteil der von dreieckigen Bereichen (d.h. Körnchen, an die drei oder mehr andere Körnchen grenzen) belegten Fläche 2,5 % oder weniger betrug.
Der elektrische Widerstand des so erhaltenen Verbundmaterials betrug 20 M-Ohm oder mehr, und die Härte dieses Materials war um 25 % höher als die eines gesinterten Körpers, den man durch Sintern der gleichen Fe-2 % Si-Legierung ohne Oxidation erhalten hatte. Darüber hinaus war beim maschinellen Schneiden mit einer Diamantklinge beim erfindungsgemäßen gesinterten Körper im Vergleich mit herkömmlichen magnetischen Materialen, die häufig nachbearbeitet werden müssen, nur halb so oft eine Nachbearbeitung erforderlich. Somit ist die mechanische Bearbeitbarkeit dieses Typs von magnetischem Material im Vergleich mit herkömmlichen Typen erheblich verbessert.

Beispiel 2

Ein gesinterter Verbundkörper wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt mit dem Unterschied, daß der Druck beim Heißpreßverfahren nur in eine einzige Richtung aufgebracht wurde.
Der auf diese Weise erhaltene gesinterte Körper verfügte über die in Fig. 2 gezeigte Querschnittsmikrostruktur. Dabei waren die Körnchen 11 der ersten Substanz, die ursprünglich nahezu kugelförmig gewesen waren, zu flachen Formen verformt und die Oberflächen dieser verflachten Körner von der zweiten Substanz 12 bedeckt. Das Längenverhältnis m (m = L/T, wobei L die Länge und T die Dicke des Körnchen bedeutet) dieser plättchenförmigen Körnchen betrug etwa 2. Dieses Längenverhältnis kann dadurch verändert werden, daß man den Druck und die Preßrichtung beim Heißpresen entsprechend einstellt. Auf diese Weise kann man selbst Körnchen mit einem Längenverhältnis von ungefähr 10 herstellen. Die Verflachung der Körnchen führt zu einem dicht gesinterten Körper und verbessert die Porosität von einem Anfangswert von 5 % auf 3 %.
Dieser Typ von gesintertem Körper ist anisotrop in bezug auf Härte, Verschleißfestigkeit und magnetische Eigenschaften, wobei die Werte aller dieser Eigenschaften in der senkrecht zu den flachen Flächen der Körner stehenden Richtung um 20 bis 50 % höher sind als in den Richtungen parallel zu diesen flachen Oberflächen.
Wenn Transformatoren mit den erwähnten Verbundmaterialien als Magnetkerne hergestellt wurden, hatten die auf diese Weise erhaltenen Transformatoren ausgezeichnete magnetische Eigenschaften. Weil die Porosität des Verbundmaterials gering war, konnte darüber hinaus das erforderliche Kernvolumen verringert und damit Verluste gesenkt werden.

Beispiel 3

Ein Pulver aus Körnchen, die aus einer magnetischen Fe-5 % Al-Legierung (erste Substanz) mit einer mittleren Teilchengröße von 30 pm bestanden, wurde durch drei Stunden Erhitzen bei 800ºC oxidiert. Dadurch wurde auf der Oberfläche der Legierungskörnchen ein isolierender dünner Beschichtungsfilm ausgebildet, der hauptsächlich aus Aluminiumoxid (zweite Substanz) bestand.
Dann wurden 0,05 Gew.-% eines bei niedriger Temperatur flüchtigen Wachses als Bindemittel mit diesem beschichteten Granulat vermischt und die Mischung zu rechteckigen, parallelepipeden Proben geformt. Nach Entfernung des Bindemittels wurden diese Proben in hitzebeständige Gefäße eingebracht und bei 700ºC unter einem Druck von 101,3 mPa (1000 atm) eine Stunde lang heiß gepreßt. Dadurch erhielt man einen erfindungsgemäßen gesinterten Verbundkörper (magnetisches Material).
Der so erhaltene gesinterte Verbundkörper war von hoher Dichte mit einer Porosität von 0,5 % oder weniger. Darüber hinaus zeigte eine genaue Untersuchung der polierten Oberflächen dieses gesinterten Körpers, daß der von dreieckigen Bereichen belegte Oberflächenanteil 0,3 % oder weniger betrug.
Der elektrische Widerstand des so erhaltenen Verbundmaterials betrug 20 M-Ohm oder mehr, und die Härte dieses Materials war um 25 % höher als die eines gesinterten Körpers, den man durch Sintern der gleichen Fe-5 % Al-Legierung ohne Oxidation erhalten hatte. Wenn das Heißpressen bei einer Temperatur von 800ºC durchgeführt wurde, betrug die Porosität des so erhaltenen gesinterten Körpers 0,1 % und die Dicke des Oxidfilms ungefähr 0,2 µm. Die gesättigte magnetische Flußdichte dieses Verbundmaterials betrug 0,15 T (1500 G) oder mehr. Deshalb ist dieses Verbundmaterial zur Verwendung in Magnetköpfen für Audioanlagen verwendbar.

Beispiel 4

Ein gesinterter Verbundkörper wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 3 hergestellt mit dem Unterschied, daß der Druck während des Heißpreßverfahrens nur in einer einzigen Richtung aufgebracht wurde. In dem so erhaltenen gesinterten Körper waren die Körnchen aus der ersten Substanz, die ursprünglich nahezu kugelförmig gewesen waren, flach verformt und hatten nun eine Plättchenform. Das Längenverhältnis dieser plättchenförmigen Körnchen betrug etwa 2. Dieses Längenverhältnis kann durch Einstellung des Drucks und der Preßrichtung beim Heißpressen entsprechend eingestellt werden; tatsächlich konnte man auf diese Weise sogar Körnchen mit einem Längenverhältnis von ungefähr 10 herstellen.
Dieser Typ des gesinterten Körpers ist anisotrop in bezug auf Härte, Verschleißfestigkeit und magnetische Eigenschaften, wobei die Werte aller dieser Eigenschaften in der senkrechten Richung zu den flachen Oberflächen der Körnchen um 20 bis 50 % höher liegen als in der parallel zu diesen flachen Oberflächen liegenden Richtung. Wenn dieses Verbundmaterial in Magnetköpfen verwendet wurde, waren die magnetischen Eigenschaften im Vergleich zu aus herkömmlichen Magnetmaterialien hergestellten Magnetköpfen ebenfalls verbessert. Beispielsweise war die magnetische Permeabilität um ungefähr 10 % höher und die magnetische Reluktanz um etwa 20 % niedriger. Darüber hinaus war auch die Verschleißfestigkeit um 15 % höher. Vor allem wenn die flachen Oberflächen der Körnchen parallel zur Ebene des über den Magnetkopflaufenden Bandes lagen, verbesserte sich die Leistung des Magnetkopfs im Frequenzbereich von 10 bis 30 MHz um 1 bis 1,5 dB, und die Entmagnetisierung ging zurück. Wenn die flachen Oberflächen der Körnchen senkrecht zum Band orientiert sind, nimmt die Leistung des Magnetkopfes im Bereich von 40 bis 100 MHz erheblich zu. Dieser Typ von Magnetkopf ist nicht nur für Audioanlagen geeignet, sondern eignet sich auch besonders gut zur Verwendung in hochzeiligen Videorecordern und Computern.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)

Ein Pulver aus Körnchen aus Si-Al-Ni-Fe (erste Substanz) mit der Zusammensetzung Si : Al : Ni : Fe im Gewichtsverhältnis 6 : 4 : 3 : 87 wurde durch folgendes Verfahren hergestellt. Als erstes wurden die Komponenten vermischt und durch Hochfrequenzinduktionserhitzen geschmolzen. Die auf diese Weise erhaltenen Barren wurden in einer Hammermühle zerstoßen und Körnchen mit einer Größe von 61 µm (250 mesh) oder kleiner und einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 20 µm wurden aus den zerstoßenen Barrenmaterialien klassifiziert.
Dieses Pulver wurde bei einer Temperatur von 1200 bis 1300ºC in einer inerten Gasatmosphäre erhitzt und die Körnchen dadurch flachgedrückt, daß man das heiße Pulver mit hoher Geschwindigkeit auf eine Kühlplatte auftreffen ließ.
Die Formen der auf die beschriebene Weise flachgedrückten Körnchen wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop oder einer speziellen Oberflächenmeßvorrichtung (BET Meßgerät für spezifische Oberflächen) o.ä. untersucht und das Längenverhältnis bestimmt. Diese Beobachtungen zeigten, daß das Pulver aus plättchenförmigen Körnchen mit einem Durchmesser von ungefähr 40 um und einer Dikke von 3 bis 4 um bestand, d.h., das Längenverhältnis der Körnchen betrug ungefähr 10 bis 15.
Zu Vergleichszwecken wurde ein Pulver aus einer Si-Al- Fe-Legierung hergestellt, wobei das Gewichtsverhältnis von Si : Al : Fe 10 : 6 : 84 betrug. Dann wurden die Körnchen durch das gleiche Verfahren wie vorstehend beschrieben flachgedrückt. Jedoch waren selbst nach diesem Verflachungsverfahren die Formen der Körnchen in dem aus dieser Legierung hergestellten Pulver kaum verändert und das Längenverhältnis blieb nahe 1. Die spezifische Oberfläche der ursprünglichen Körnchen betrug in jedem Fall 0,04 bis 0,05 m²/g; nach dem Verflachungsverfahren betrug die spezifische Oberfläche der Körnchen aus der Si-Al-Ni-Fe-Legierung ungefähr 0,1 m²/g, während die der Si-Al-Fe-Legierung ungefähr 0,2 m²/g betrug. Obwohl die Körnchen aus der Si-Al-Fe- Legierung kaum flacher geworden waren, war. ihre spezifische Oberfläche in der gleichen Größenordnung wie die der Körnchen aus der Si-Al-Ni-Fe-Legierung. Dies wird auf die Tatsache zurückgeführt - und durch Rasterelektronenmikroskopie bewiesen -, daß das aus ersterer Legierung hergestellte Pulver eine große Anzahl verhältnismäßig kleiner Körnchen aufwies und daß darüber hinaus noch zahlreiche Eindruckstellen und Unregelmäßigkeiten auf den Körnchenoberflächen zu finden waren. Dies liegt an der größeren Härte und Sprödigkeit der Si-Al-Fe-Legierung, die ein Brechen der Körnchen während des Verflachungsverfahrens verursachte.
Es wurden neben dem beschriebenen Prallplattenverfahren auch verschiedene andere Verflachungsverfahren untersucht. Die beiden vorstehend erwähnten Arten der Pulverkörnchen aus Legierungen wurden auch mittels einer Stampfmühle, einer Kugelmühle und anderer Vorrichtungen flachgedrückt. Allerdings ließen sich die Körnchen aus der Si-Al-Fe-Legierung wie bei der Prallplatte kaum flachdrücken, sondern nahmen anstelle der Kugelform eine rechteckige Blockform ein. Teilweise brachen sie auch, so daß es nicht möglich war, flachgedrückte Körnchen zu erhalten. Die Körnchen aus der Si-Al-Ni-Fe-Legierung ließen sich andererseits sowohl in der Stampfmühle als auch in der Kugelmühle ohne weiteres flachdrücken, so daß man plättchenförmige Körnchen mit Längenverhältnissen von bis zu 10 bis 20 erhielt.
Zu Vergleichszwecken wurden die Verflachungsverfahren auch auf Eisenlegierungskörnchen und Cobaltlegierungskörnchen mit anderen Zusammensetzungen angewendet. Ausgezeichnete verflachte Körnchen wurden aus Permalloy (einer Nickel-Eisen-Legierung) hergestellt. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen gesättigten magnetischen Flußdichte, d.h. ungefähr 0,8 T (8000 G), war das resultierende Material jedoch nicht für Magnetköpfe geeignet. Da die Verschleißfestigkeit dieser Legierung darüber hinaus niedrig ist, ist solches Material anfällig für durch die Gleitreibung mit dem Magnetband verursachten Abrieb und konnte deshalb nicht als Basismaterial in Magnetköpfen für Hochfrequenzanwendungen verwendet werden. Die gesättigte magnetische Flußdichte der vorstehenden Si-Al-Fe-Legierung beträgt ungefähr 1 T (10.000 G), während die der vorstehenden Si-Al-Ni-Fe- Legierung ungefähr 1,5 T (15.000 G) beträgt. Die Verschleißfestigkeit beider Legierungen ist ungefähr zwei bis zehnmal so hoch wie die von Permalloy.
Proben dieser beiden vrschiedenen Legierungspulver, die dem Verflachungsverfahren unterzogen worden waren, wurden in einer oxidativen Atmosphäre erhitzt. Dadurch bildete sich ein isolierender Beschichtungsfilm mit einer Dicke von 10 bis 30 nm auf der Oberfläche der Körnchen. Die Auger Elektronenspektroskopie (AES) zeigte, daß dieser isolierende Beschichtungsfilm hauptsächlich aus Aluminiumoxid (zweite Substanz) bestand.
Jedes dieser Pulver mit flachgedrückten Körnchen mit einem isolierenden Beschichtungsfurn wurde dann zu Ethylenglykol gegeben. Durch gründliches Rühren und Mischen stellte man eine Aufschlämmung her. Bei diesem Verfahren verwendete man etwa 15 ml Ethylenglykol und 25 g Pulver. Anschließend wurde die Aufschlämmung in eine Form gegossen und von oben und unten mit einem Druck von etwa 300 kg/cm² zusammengepreßt. Diese Form hatte winzige Löcher in der Ober- und Unterseite, so daß nur das Dispersionsmedium austreten konnte. Mit diesem Preßformverfahren erhielt man eine Form, in der die flachen Oberflächen der plättchenförmigen Körnchen senkrecht zur Preßrichtung orientiert waren.
Zu Vergleichszwecken wurde eine weitere Form mit dem gleichen Verfahren hergestellt. Dabei verwendete man ein Pulver aus einer Si-Al-Ni-Fe-Legierung mit plättchenförmigen Körnchen, auf dem jedoch kein isolierender Beschichtungsfilm ausgebildet war.
Diese drei verschiedenen Formen wurden 3 Stunden in einer inerten Gasatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1200 bis 1300ºC unter einem Druck von 30 MPa heißt gepreßt. Die Preßrichtung bei diesem Verfahren war die gleiche wie beim ersten Formverfahren.
Die auf diese Weise erhaltenen gesinterten Körper hatten eine hohe Dichte und eine Porosität von 1 % oder weniger. Die Untersuchung der Querschnitte dieser gesinterten Körper mit einem Rasterelektronenmikroskop zeigte, daß der gesinterte Körper aus den plättchenförmigen Körnchen der Si-Al-Ni-Fe-Legierung, auf denen eine isolierende Oxidschicht ausgebildet worden war, eine Mikrostruktur aus magnetischen Metallkörnchen besaß, die mit einer isolierenden Aluminiumoxidschicht von einer Dicke von 10 bis 30 nm versehen waren. Die Körnchen waren wie aufgeschichtete Ziegel angeordnet, zu hoher Dichte gesintert und bildeten magnetische Schichten aus den magnetischen Metallkörnchen mit einer Dicke von 3 bis 5 µm. Andererseits besaß der gesinterte Körper, der aus den Körnchen der einer Oxidationsbehandlung unterzogenen Si-Al-Fe-Legierung hergestellt worden war, nach dem Verflachungsverfahren eine Mikrostruktur, die durch sporadisches Aufreißen des isoherenden Oxidfilms mit gegenseitiger Durchdringung der Metallkörnchen und der Isolierfilme gekennzeichnet war. Schließlich zeigte der aus den plättchenförmigen Körnchen der Si-Al-Ni-Fe-Legierung, die nicht mit einem isolierenden Oxidbeschichtungsfilm versehen worden war, hergestellte gesinterte Körper eine durch orientierte, plättchenförmige Metallkörnchen gekennzeichnete Mikrostruktur.
Der elektrische Widerstand der auf diese Weise erhaltenen gesinterten Körper wurde gemessen. Der gesinterte Körper (Dicke etwa 5 mm, Länge etwa 30 mm), der aus den plättchenförmigen Körnchen der Si-Al-Ni-Fe-Legierung, auf denen eine isolierende Oxidschicht ausgebildet war, hergestellt worden war, wies einen hohen Widerstand von ungefähr 1 M-Ohm sowohl in der senkrechten als auch der parallelen Richtung zu den flachen Flächen der Körnchen auf. Der elektrische Widerstand der Isolierschicht selbst lag in der Größenordnung von mehreren zehn Megaohm. Jedoch war bei den beiden anderen gesinterten Körpern der elektrische Widerstand nicht größer als in der Größenordnung von mehreren hundert Mikroohm bzw. genauso groß wie bei normalen magnetischen Materialien.
Auch die magnetischen Eigenschaften dieser gesinterten Körper wurden gemessen. Für den gesinterten Körper aus den plättchenförmigen Körnchen der Si-Al-Ni-Fe-Legierung, auf denen eine isolierende Oxidschicht ausgebildet war, betrug die magnetische Permeabilität im Frequenzbereich von 10 kHz bis 5 MHz ungefähr 100 bis 300 in der senkrecht zu den flachen Oberflächen der Körnchen liegenden Richtung und 1000 bis 1500 in der parallel zu den flachen Oberflächen liegenden Richtung; die gesättigte magnetische Flußdichte des gesinterten Körpers betrug 1,5 T (15.000 G), d.h., sie lag in der gleichen Größenordnung wie die des ursprünglich als Rohmaterial verwendeten magnetischen Metalls. Jedoch wiesen die anderen beiden gesinterten Körper magnetische Permeabilitäten von bis zu 0,1 T (mehrere hundert bis 1.000 G) im Niedrigfrequenzbereich von 10 Hz bis 1 kHz auf, während die magnetischen Permeabilitäten dieser gesinterten Körper bei Frequenzen oberhalb 1 kHz in den Bereich von mehreren zehn G oder weniger abfielen).

Beispiel 6

Es wurden unter Verwendung der gleichen Si-Al-Ni-Fe- Legierung wie in Beispiel 5 wie folgt zwei verschiedene Legierungspulver A und B hergestellt. Als erstes wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellte Barren in Blöcke von entsprechender Größe geschnitten. Dann wurden diese Blöcke durch Hochfrequenzinduktionserhitzen geschmolzen. Unter Verwendung von Hochdruckargongas, mit dem die geschmolzene Legierung in eine Stickstoffgasatmosphäre geblasen wurde, stellte man ein sogenanntes "stickstoffatomisiertes" kugelförmiges Pulver her. Dieses stickstoffatomisierte kugelförmige Pulver wurde klassifiziert, wobei das feine Pulver der Größe 61 µm (mesh 250) oder weniger gesammelt und als Legierungspulver A bezeichnet wurde. Die andere Art Pulver wurde durch grobes Zerstoßen der Blöcke aus dem gleichen Barrentyp in einer Hammermühle und anschließendes Pulverisieren in einer Strahlmühle hergestellt, wobei man Stickstoff als Trägergas verwendete. Anschließend wurde das so hergestellte Pulver klassifiziert und das feine Pulver von 61 µm (mesh 250) oder weniger gesammelt und als Legierungspulver B bezeichnet.
Die Messungen zeigten keinen Unterschied in der spezifischen Oberfläche der Legierungspulver A und B, die jeweils im Bereich von 0,05 bis 0,06 m²/g lag. Die Rasterelektronenmikroskopie ergab jedoch, daß das Legierungspulver A aus kugelförmigen Körnchen von ziemlich gleichmäßiger Größe bestand, wobei der mittlere Körnchendurchmesser ungefähr 15 bis 16 µm betrug. Das Legierungspulver B dagegen bestand aus blockförmigen, unregelmäßig geformten Körnchen verschiedener Größe, die von feinen bis groben Körnchen reichte.
Als nächstes wurden die Legierungspulver A und B getrennt einer Verflachungsbehandlung in einer Kugelmühle unterzogen, die 50 Stunden dauerte. Die Form, das Längenverhältnis und andere Merkmale des so erhaltenen plättchenförmigen Pulvers wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop und einer spezifischen Meßvorrichtung für die spezifische Oberfläche bewertet. Die Ergebnisse zeigten, daß das plättchenförmige Granulatpulver, das unter Verwendung der Legierung A hergestellt worden war, fast ausschließlich aus länglichen Scheiben mit einer Dicke von ungefähr 3 bis 5 µm und einer etwa 30 um langen Achse (Hauptachse) bestand. Die Verteilung der Körnchendurchmesser war eng und lag in einem Bereich von 20 bis 40 µm; das Längenverhältnis betrug ungefähr 10. Das plättchenförmige Pulvergranulat, das unter Verwendung des Legierungspulvers B hergestellt worden war, bestand ebenfalls aus ovalen Körnchen mit flacher Oberfläche, aber die Größe dieser Körnchen war sehr unregelmäßig. Der Durchmesser war über einen weiten Bereich von 3 bis 60 µm verteilt, die Dicke lag im Bereich von 0,5 bis 20 µm, während die Oberflächen der Körnchen unregelmäßig waren.
Als nächstes wurden Proben der beiden verschiedenen plättchenförmigen Pulvergranulate durch Erhitzen an der Luft bei 400ºC über 10 Minuten einer Oxidationsbehandlung unterzogen. Dadurch bildeten sich isolierende Schichten mit einer Dicke von 20 bis 50 nm auf der Oberfläche der plättchenförmigen Körnchen.
Die auf diese Weise erhaltenen Pulver wurden dann mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 5 naß geformt. Dadurch wurden die plättchenförmigen Körnchen orientiert. Anschließend wurden die geformten Proben in eine Heißpreßform gelegt und drei Stunden bei 1200 bis 1300ºC unter einem Druck von 300 kg/cm² heiß gepreßt. Dadurch erhielt man zwei verschiedene gesinterte Verbundkörper.
Beide Arten der auf diese Weise erhaltenen gesinterten Körper waren von hoher Dichte und wiesen eine Porosität von 1 % oder weniger auf. Messungen der elektrischen Eigenschaften zeigten, daß die gesinterten Körper (Dicke etwa 5 mm, Durchmesser 30 mm), die aus dem Legierungspulver A hergestellt worden waren, über einen hohen elektrischen Widerstand von mehr als 20 M-Ohm verfügten, während der elektrische Widerstand der gesinterten Körper der gleichen Form, die aus dem Legierungspulver B hergestellt worden waren, 1 bis 2 M- Ohm betrug. Dieser Unterschied wird auf die Gegenwart zahlreicher unregelmäßiger Eindruckstellen auf der Oberfläche der plättchenförmigen Körner zurückgeführt, die den dünnen Isolierfilm leichter reißen lassen, wenn die hochdicht gesinterten Körper gebildet werden. Wenn solche Komponenten in Vorrichtungen wie Magnetköpfen verwendet werden, ist ein hoher Widerstand erwünscht, um Wirbelstromverluste zu verringern. Daher ist der Verbundwerkstoff, der unter Verwendung des Legierungspulvers A hergestellt wurde, besser geeignet für solche Anwendungen. Der aus dem Legierungspulver B hergestellte Verbundwerkstoff B dagegen eignet sich besser für Anwendungen, wo ein besonders hoher elektrischer Widerstand nicht erforderlich ist.
Unter Verwendung des vorstehend gesinterten Verbundkörpers aus den plättchenförmigen Körnchen, die aus dem Legierungspulver A stammten, wurde ein Magnetkopf für Videogeräte mit einer Spurweite von 30 pm und einer magnetischen Kluft von 0,3 µm so hergestellt, daß die Laufrichtung des Magnetbandes parallel zur flachen Oberfläche der Körnchen im Pulver lag. Zum Vergleich wurden Proben des Legierungspulvers B durch Heißpressen ohne vorherige Oxidation gesintert. Dadurch stellte man ein magnetisches Material des herkömmlichen Typs her. Dieses verwendete man zur Herstellung eines Magnetkopfes der gleichen Form wie oben.
Die Leistung dieser Magnetköpfe wurde mit einem Magnetband bewertet, das mit γ-Fe&sub2;O&sub3; als magnetisches Pulver (mit einer Koerzitivkraft Hc von ungefähr 39800 A/m (500 Oe) ) hergestellt worden war. Bei der Frequenz von 5 MHz war die Leistung des aus plättchenförmigen Körnchen aus dem Legierungspulver A hergestellten Magnetkopfes um 5 bis 10 dB höher als die des aus dem Legierungspulver B ohne Oxidationsbehandlung hergestellten Magnetkopfes.
Um einen weiteren Vergleich anzustellen, wurde ein Magnetpulver aus mit Isolierfilmen versehenen kugelförmigen Körnchen aus einem kugelförmigen Pulver mit der gleichen Zusammensetzung wie das Legierungspulver A und einer Körnchengröße von etwa 20 µm durch Oberflächenoxidationsbehandlung hergestellt. Dann wurden aus diesem Pulver auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben gesinterte Preßlinge hergestellt. Aus diesen gesinterten Körpern wurden dann Magnetköpfe der vorstehend beschriebenen Form hergestellt und ihre Leistungscharakteristika bewertet. Die Ergebnisse zeigten, daß diese Magnetköpfe im Vergleich zu den Magnetköpfen, die ohne Oxidationsbehandlung aus dem Legierungspulver B hergestellt worden waren, bei der gleichen Frequenz eine um 3 bis 5 dB höhere Leistung zeigten. Allerdings war ihre Leistung geringer als die der aus dem plättchenförmigen Körnchenpulver aus dem Legierungspulver A hergestellten Magnetköpfe.

Beispiel 7

Eine Silicium-Aluminium-Eisen-Cobalt Legierung (erste Substanz) im Gewichtsverhältnis Si : Al : Fe : Co = 9,5 : 6 : 84 : 0,4 in Form eines plättchenförmigen Körnchenpulvers (Längenverhältnis 3 bis 10, Dicke 3 µm) wurde bei 800ºC eine Stunde in Argongas mit 0,05 % Sauerstoffgas wärmebehandelt. Dadurch entstand eine äußerst dünne Oxidation der Körnchenoberflächen. Die Dikke des auf diese Weise gebildeten Oxidfilms wurde auf der Basis von Berechnungen der Gewichtszunahme und der spezifischen Oberfläche des Pulvers sowie einer Auger- Elektronenspektroskopie auf ungefähr 10 bis 20 nm geschätzt.
Dieses Pulver, dessen Körnchen von einem Oxidfilm bedeckt waren, wurde zu einer Glycerinlösung gegeben und zu einer Aufschlämmung gerührt. Dann stellte man unter Verwendung des in Fig. 7 gezeigten Feuchtmagnetpreßapparates rechteckige parallelepipede Formen her. Das heißt, die das plättchenförmige Pulvergranulat 11 enthaltende Aufschlämmung wurde in einem Raum zwischen einem Paar Naßformen 9 und 90 gegossen und ein Druck von 1000 kg/cm² von oben und unten aufgebracht. Durch winzige Löcher in den Formen trat dabei nur das Lösungsmittel 8 aus der Aufschlämmung aus. Gleichzeitig wurde mit einem Magneten 10 ein Magnetfeld von 796.000 A/m (10.000 Oe) senkrecht zur Preßrichtung aufgebracht.
Aufgrund des feuchten uniaxialen Preßverfahrens hatte der dabei entstehende Preßkörper die in Fig. 3 gezeigte Form, wobei die flache Oberfläche der flachgedrückten Körner 21 senkrecht zur Preßrichtung orientiert war, während die Richtung der Achsen der leichten Magnetisierung 4 aufgrund des aufgedrückten Magnetfeldes in der Richtung des aufgedrückten Magnetfeldes 5 angeordnet waren.
Diese Formen wurden dann bei einer Temperatur von 850ºC und einem Druck von 500 kg/cm² vier Stunden in einer Stickstoffatmosphäre mit 1 % Sauerstoffgas heiß gepreßt. Dabei wurde der Druck in die gleiche Richtung wie beim vorstehenden Preßformverfahren aufgebracht. So erhielt man gesinterte Verbundkörper.
Nach dem Polieren der Oberflächen des auf diese Weise hergestellten Verbundmaterials wurden die gesinterte Dichte und Porosität des Materials gemessen. Die Ergebnisse zeigten, daß die relative Dichte dieser gesinterten Körper 99,5 % oder mehr und die Porosität 0,5 % betrug. Der elektrische Widerstand dieses Verbundmaterials betrug 20 M-Ohm oder mehr und die gesättigte magnetische Flußdichte 1 T (10.000 G) oder mehr.
Auch die magnetische Permeabilität dieses Verbundmaterials wurde gemessen. Man maß die magnetische Permeabilität in den parallel und senkrecht zur flachen Oberfläche der Pulverkörnchen verlaufenden Richtungen getrennt. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt. Die magnetische Permeabilität B in der Richtung parallel zur flachen Oberfläche der Pulverkörnchen, d.h. der Richtung der Achsen der leichten Magnetisierung 4, lag in der Größenordnung von 500 bei der Frequenz 10 MHz und 200 bis 300 bei 20 MHz. Die magnetische Permeabilität A in der senkrechten Richtung zur flachen Oberfläche der Pulverkörnchen betrug dagegen 1300 bei 10 MHz und 1200 bei 20 MHz. Somit erhielt man in diesem gesamten Frequenzbereich magnetische Permeabilitäten von weit über 1000.
Magnetköpfe für Videogeräte mit einer Spurweite von 15 um und einer Magnetkluft von 0,2 µm wurden mit diesem Verbundmaterial als Magnetkern hergestellt. Man stellte drei verschiedene Magnetköpfe her: einen, bei dem die Laufrichtung des Magnetbandes parallel zur flachen Oberfläche der Pulverkörnchen verlief (Magnetkopf A), einem bei dem die Laufrichtung des Magnetbandes senkrecht zur flachen Oberfläche der Pulverkörnchen verlief (Magnetkopf B) und einen dritten, bei dem die Laufrichtung des Magnetbandes in einem Winkel von beinahe 45º zur flachen Oberfläche der Pulverkörnchen verlief (Magnetkopf C).
Die Leistung dieser Magnetköpfe wurde im Frequenzbereich von 5 bis 10 MHz mit einem Magnetband bewertet, das mit γ-Fe&sub2;O&sub3; als magnetisches Pulver [mit einer Koerzitivkraft Hc von ungefähr 119,400 A/m (1.000 bis 1.500 Oe)] hergestellt worden war. Die Ergebnisse zeigen, daß das S/N-Verhältnis des Magnetkopfes B mit der Laufrichtung des Magnetbandes senkrecht zur flachen Oberfläche des Pulvergranulats um ungefähr 3 bis 5 dB höher war als das der Magnetköpfe A und C.
Zu Vergleichszwecken wurde die Aufzeichnungs- und Wiedergabeleistung eines herkömmlichen Videomagnetkopfes, der aus monokristallinem Manganzinkferrit hergestellt worden war, ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse zeigten, daß das S/N-Verhältnis dieses Kopfes um ungefähr 5 bis 7 dB niedriger war als das des Magnetkopfes B.

Beispiel 8 (Vergleichsbeispiel)

Eine Silicium-Aluminium-Eisen-Legierung (erste Substanz) mit einem Gewichtsverhältnis von Si : Al : Fe von 10 : 6 : 84 in Form eines kugelförmigen Pulvers [61 µm (mesh 250) oder weniger, mittlere Körnchengröße 30 µm] wurde mit einem organischen Bindemittel kombiniert und zu einer Aufschlämmung vermischt. Dann wurden mit dem Rakelverfahren Bahnen von 40 µm Dicke aus dieser Aufschlämmung hergestellt. Nach dem Trocknen wurden diese Bahnen in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 600ºC erhitzt. Dadurch erfolgte eine thermische Zersetzung und Entfernung des Bindemittels. Jede dieser Bahnen bestand aus einer dichten Einkörnchenschicht kugelförmiger Legierungskörnchen.
Ein 30 nm dicker Film aus Siliciumdioxid (zweite Substanz) wurde durch Sputtern auf der Oberfläche dieser Bahnen ausgebildet. Dann wurde auf jeder dieser mit Siliciumdioxid beschichteten Legierungspulverschichten mit dem gleiche Verfahren eine weitere Schicht Legierungspulver ausgebildet. Nach Entfernung des Bindemittels brachte man einen weiteren Siliciumdioxidfilm auf dieses "Sandwich" auf.
Dieses Verfahren führte man dreimal durch und erzeugte dadurch Laminate aus Magnetpulver und einem Isolator aus Siliciumdioxid. Als nächstes wurden diese Laminate zwei Stunden bei 1000ºC in einer nicht oxidierenden Atmosphäre heiß gepreßt, und zwar mit einem Druck von 100 kg/cm² in senkrechter Richtung zur Oberfläche der Bahnen. Dadurch erhielt man hochdichte gesinterte Verbundkörper.
Die Porosität dieser gesinterten Körper betrug 1 % oder weniger. Die Untersuchung von Querschnitten dieser gesinterten Körper mit einem Rasterelektronenmikroskop zeigte eine Mikrostruktur der in Fig. 4 gezeigten Form. Darin wechselten Schichten 301 mit einer Dicke von 25 bis 30 pm aus zu hoher Dichte gesinterten magnetischen Metallkörnchen 31 mit aus Siliciumdioxid bestehenden Isolierschichten 32 mit einer Dicke von 20 nm ab.
Der elektrische Widerstand dieser Verbundwerkstoffe in der senkrechten Richtung zu den Magnetschichten betrug 1 M-Ohm, im Vergleich zu normalen Isolatoren ein hoher Wert. Dagegen betrug der elektrische Widerstand in der parallelen Richtung zu den Magnetschichten nur einige zehn Mikroohm (d.h., er lag in der Größenordnung der Widerstandswerte normaler Metalle) entlang der Magnetschichten und mehrere zehn Megaohm entlang der Isolierschichten.
Die magnetischen Eigenschaften dieser Verbundwerkstoffe wurden gemessen. Die magnetische Permeabilität bei der Frquenz von 10 kHz betrug 50 in der senkrechten Richtung zu den magnetischen Metallschichten und 1500 in der Parallelrichtung zu den magnetischen Metallschichten. Die gesättigte magnetische Flußdichte dieser Verbundwerkstoffe betrug 1,1 T (11.000 G) und war damit nahezu die gleiche wie die des magnetischen Metalls, das das ursprüngliche pulverisierte Rohmaterial bildete.

Beispiel 9

Ein Film aus Siliciumdioxid (zweite Substanz) wurde durch Sputtern auf die Oberfläche der nadelförmigen Körnchen (lange Achse 0,1 um, kurze Achse 0,05 µm) eines azikulären Pulvers aus einer Eisen-Cobalt-Legierung im Atomverhältnis von Fe : Co von 6 : 4 abgeschieden. Die Dicke des Siliciumdioxidfilms betrug 5 bis 20 nm.
Dieses beschichtete Pulver wurde zu einer Glycerinlösung gegeben und die Mischung zu einer Aufschlämmung gerührt. Dann wurden aus dieser Aufschlämmung rechtekkige parallelepipede Proben mit dem gleichen Feuchtmagnetpreßapparat wie in Beispiel 7 geformt. Das Feuchtmagnetpreßverfahren orientierte die langen Achsen der nadelförmigen Körnchen des azikulären Pulvers entlang der Richtung des aufgebrachten Magnetfeldes. So erhielt man geformte Preßlinge mit der erwünschten Orientierung.
Diese Formkörper wuden dann in einer Stickstoffatmosphäre bei 600 bis 800ºC vier Stunden heiß gepreßt, wobei der Druck (500 kg/cm²) in die gleiche Richtung wie beim anfänglichen Formverfahren aufgebracht wurde. Dadurch erhielt man Verbundpermanentmagneten (Verbundwerkstoff A).
Zu Vergleichszwecken wurde ein kugelförmiges Pulver mit einer mittleren Körnchengröße von 0,2 um, das aus einer Eisen-Cobalt-Legierung (Atomverhältnis von Fe : Co = 6 : 4) bestand, als erste Substanz verwendet. Durch das gleiche Verfahren wie vorstehend beschrieben stellte man Verbundpermanentmagneten (Verbundwerkstoff B) her. Da man kugelförmige Körnchen verwendete, war das Granulat in der durch den Feuchtmagnetpreßapparat erhaltenen Form nicht orientiert.
Die magnetischen Eigenschaften dieser beiden Verbundwerkstoffe wurden gemessen. Das maximale Energieprodukt (BH)max des Verbundwerkstoffs A betrug 50 bis 60 MGOe. Dieser Wert ist noch höher als die bisher veröffentlichten (BH)max-Werte für gesinterte Nd-Fe-B-Magneten [ungefähr 3,18 x 10&sup9; A/m (40 MGOe)]. Der (BH)max-Wert für den Verbundwerkstoff B beträgt 5,17 x 108 A/m (6,5 MGOe)].
Der Verbundwerkstoff A wies nicht nur einen hohen (BH)max-Wert auf, sondern auch einen hohen elektrischen Widerstand in der Größenordnung von 10&sup8; bis 10&sup9; Ohm-cm, ein Wert, der dem normaler Isolatoren vergleichbar ist.
Selbstverständlich werden für Fachleute verschiedene Modifikationen auf der Hand liegen und von diesen vorgenommen werden können, ohne daß sie damit den Rahmen der Erfindung verlassen würden. Folglich ist der Umfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt. Vielmehr sollten die Ansprüche so ausgelegt werden, daß sie alle in der Erfindung enthaltenden Merkmale von patentfähiger Neuheit umfassen, darunter alle Merkmale, die von Fachleuten in der Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, als gleichwertig erachtet werden.

Claims

1. Magnetisches Material, umfassend eine diskrete Phase und eine kontinuierliche Phase, in dem

die diskrete Phase Körnchen aus einer ersten Substanz enthält, welche hauptsächlich aus Fe besteht und mindestens eines der Metalle Al, Si, Ni, Mo und Co enthält; die kontinuierliche Phase einen dielektrischen dünnen Beschichtungsfilm und einen zusätzlichen dielektrischen dünnen Beschichtungsfilm aufweist, welche auf der Oberfläche der Körnchen ausgebildet sind; die Körnchen durch die kontinuierliche Phase im wesentlichen voneinander getrennt sind und die Dicke sowohl des dielektrischen dünnen Beschichtungsfilms als auch des zusätzlichen dielektrischen dünnen Beschichtungsfilms geringer als die mittlere Teilchengröße der Körnchen ist;

der dielektrische dünne Beschichtungsfilm aus einem auf der Oberfläche der aus der ersten Substanz bestehenden Körnchen ausgebildeten Metalloxid, -nitrid oder einer Legierung hergestellt ist, wobei der Beschichtungsfilm durch Erhitzen der Körnchen in einem aktiven Gas, durch ein Sputterverfahren (Aufspritzverfahren oder durch ein mechanisches Legierungsverfahren ausgebildet wird, wobei das aktive Gas mindestens eine aus der aus Sauerstoffgas und Stickstoffgas bestehenden Gruppe ausgewählte Substanz ist; der zusätzliche dielektrische dünne Beschichtungs film aus einem Oxid oder Nitrid der ersten Substanz hergestellt ist und

das magnetische Material durch Heißpressen der Körnchen in einem aktiven Gas hergestellt wird, wobei das aktive Gas mindestens ein aus der aus Sauerstoffgas und Stickstoffgas bestehenden Gruppe ausgewähltes Gas ist, wobei durch die Reaktion mit dem aktiven Gas auf der freiliegenden Oberfläche der Körnchen, welche durch Reißen des dünnen dielektrischen Beschichtungsfilms auf den Körnchen während des Heißwalzens entsteht, der zusätzliche dielektrische dünne Beschichtungsfilm gebildet wird.

2. Magnetisches Material nach Anspruch 1 mit einer Porosität von 5 % oder weniger.

3. Magnetisches Material nach Anspruch 1, in dem die Körnchen anisotrop sind.

4. Magnetisches Material nach Anspruch 3, in dem die anisotropen Körnchen durch uniaxiales Heißwalzen ausgebildet werden.

5. Magnetisches Material nach Anspruch 3, in dem die Körnchen vor der Ausbildung des dünnen Beschichtungsfilms vorbehandelt werden, um sie in anisotrope Form zu bringen.

6. Magnetisches Material nach Anspruch 1, in dem die Körnchen aus der ersten Substanz plättchenförmig sind.

7. Magnetisches Material nach Anspruch 1, in dem die Körnchen aus der ersten Substanz nadelförmig sind.

8. Magnetisches Material nach Anspruch 1, in dem die erste Substanz Eisen und Cobalt enthält, die aus der ersten Substanz hergestellten Körnchen eine mittlere Teilchengröße aufweisen, die die Ausbildung einer einzigen magnetischen Domänenstruktur sicherstellt, und die Achsen der leichten Magnetisierung der Körnchen parallel zueinander liegen.

9. Magnetisches Material nach Anspruch 5 mit einer Mikrostruktur, in der die aus der ersten Substanz hergestellten Körnchen orientiert sind.

10. Magnetkopf mit einem Magnetkern aus einem magnetischen Material nach Anspruch 3 bis 6, in dem die flache Oberfläche der im Magnetkern orientierten Körnchen senkrecht zu einer Laufrichtung der magnetischen Medien steht.

11. Magnetkopf nach Anspruch 10, in dem die plättchenförmigen Körnchen entlang ihrer Hauptachsen eine Achse der leichten Magnetisierung aufweisen.