DE69508555T2 - Sinterformkörper aus hexagonalem ferrit - Google Patents
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Formkörper aus einem gesinterten hexagonalen Ferritmaterial. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine aus diesem Material hergestellte magnetische Antenne.
- Formkörper aus einem gesinterten hexagonalen Ferritmaterial sind an sich bekannt. Sie sind u. a. in US 2.977.312 beschrieben. Diese Art von Werkstoffen wird im Allgemeinen als "ferroxplana materials" bezeichnet, die in "Philips Technical Reviews", 18 (1956/57), Seiten 145-154 detailliert beschrieben sind.
- Die bekannten gesinterten Formkörper haben den wesentlichen Nachteil, daß die Verluste relativ groß sind. Die genannten relativ großen verluste stehen einer allgemeinen Verwendung dieser Werkstoffe im Wege. Siehe Adv. Ceram. 16 (1986), Seiten 1-4.
- Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den obengenannten Nachteil zu vermeiden. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, einen Formkörper aus einem gesinterten hexagonalen Ferritwerkstoff zu schaffen, dessen Verluste, insbesondere dessen Verlustfaktor tan δ viel geringer sind als die entsprechenden Verluste der bekannten Formkörper. Diese geringen Verluste sollten insbesondere auftreten, wenn die Ferritwerkstoffe nach der Erfindung bei sehr hohen Frequenzen von 100 MHz oder mehr verwendet werden.
- Diese und andere Aufgabe werden erfüllt mittels eines Formkörpers aus einem hexagonalen Ferritmaterial, mit dem Kennzeichen, daß der Hauptteil der Körner des Materials eine Monodomänstruktur haben.
- Bei vielen Versuchen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, wurde von der Anmelderin festgestellt, daß die Magnetstruktur der Körner für die Verlusteigenschaften der betreffenden "ferroxplana materials" sehr wichtig sind. So haben beispielsweise Versuche gezeigt, daß gesinterte hexagonale Ferritwerkstoffe, die Körner aufweisen, die nur eine einzige magnetische Domäne haben, einen überraschend niedrigen Verlustfaktor tan δ haben. Dies gilt insbesondere, wenn diese Formkör per bei Frequenzen von 100 MHz oder mehr verwendet werden. Unter diesen Umständen kann der Verlustfaktor tan δ um einen Faktor 2 oder mehr reduziert werden. Es sei bemerkt, daß der Ausdruck: "der Hauptteil der Körner" verstanden wird als "wenigstens 40% der Körner". Weiterhin sei bemerkt, daß Körner mit einer Monodomänenstruktur nur eine magnetische Domäne aufweisen.
- Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formkörpers weist das Kennzeichen auf, daß die mittlere Korngröße des Werkstoffes kleiner ist als 2,8 um. Die mittlere Korngröße liegt vorzugsweise zwischen 1,4 und 2,5 um.
- Anmelderin hat gefunden, daß bei einer mittleren Konrgröße von etwa 2,8 um, etwa 90% der Körner eine Domänenstruktur haben. Eine kleinere mittlere Korngröße führt zu einer Zunahme dieses Prozentsatzes. Prozentsätze von 98% und mehr werden erhalten, wenn die mittlere Korngröße des hexagonalen Ferritmaterials zwischen 1,4 und 2,5 um liegt. Der kleinste Verlustfaktor zeigt sich bei Formkörpern aus gesintertem hexagonalem Ferritmaterial mit dieser mittleren Korngröße. Es wurde gefunden, daß die Herstellung mittlerer Korngrößen unterhalb 1,4 um relativ aufwendig ist. Außerdem führen diese kleinen Korngrößen nicht zu einer weiteren Reduktion des Verlustfaktors, weil die bevorzugte Monodomänenstruktur bereits erzielt worden ist. Es sei bemerkt, daß die Körner des hexagonalen Materials plattenförmig sind. Aus diesem Grund wird die Korngröße in der Ebene der Körner bestimmt. Die Größe der Körner wird nach dem sog. "mean linear intercept"-Verfahren bestimmt.
- Die Erfindung läßt sich im Grunde auf alle Arten hexagonaler Ferntwerkstoffe anwenden, wie auf die sog. W-, M- und Y-Ferrite. Die Zusammensetzung des Materials entspricht aber nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Formel Ba&sub3;Me&sub2;Fe&sub2;&sub4;O&sub4;&sub1;, wobei Me für ein oder mehrere zweiwertige Ionen steht, selektiert aus der Gruppe, die durch Co, Fe, Mn, Ni, Zn, Mg und (Li.Fe)1/2 gebildet wird. Es wurde gefunden, daß diese Art hexagonalen Ferntmaterials, das auch als Z- Ferrit bezeichnet wird, auf sehr günstige Weise bei extrem hohen Frequenzen von 200 MHz und höher verwendet werden kann. Durch die Monodomänenstruktur der Körner hat dieses Material unter diesen Umständen einen sehr niedrigen Verlustfaktor.
- Es sei bemerkt, daß maximal ein Drittel des Ba des W-Ferrits durch Sr, Pb und/oder Ca ersetzt werden kann. Z-Ferrite, bei denen maximal ein Drittel des Ba durch Sr, Pb und/oder Ca ersetzt werden kann, liegt auch in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung. Es sei weiterhin bemerkt, daß Me vorzugsweise aus wenigstens 80 Atom% Co besteht. Das am meisten bevorzugte Material ist das sog. Co&sub2;Z-Ferrit, wobei Me völlig aus Co besteht. Das gesinterte Z-Ferritmaterial nach der Erfindung kann weiterhin mit geringen Mengen anderer Elemente, insbesondere mit Sintermitteln, wie B&sub2;O&sub3; dotiert werden.
- Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine magnetische Antenne. Diese Antenne wird nach der Erfindung aus einem gesinterten hexagonalen Ferritmaterial, wie oben beschrieben, hergestellt. Solche Antennen lassen sich mit Vorteil bei persönlichen Kommunikationssystemen, wie Mobiltelephonen und sog. Pagern, verwenden.
- Diese und andere Aspekte der Erfindung dürften aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen hervorgehen.
- Eine Anzahl Formkörper mit der chemischen Zusammensetzung Ba&sub3;Co&sub2;Fe&sub2;&sub4;O&sub4;&sub1; und mit verschiedenen mittleren Korngrößen wurden wie folgt hergestellt. Für das Ausgangsmaterial wurde Bariumcarbonat (BaCO&sub3;), Cobaltcarbonat (CoCO&sub3;) und Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) verwendet. Zum Erhalten der obenstehenden Zusammensetzung wurde ein Gemisch aus 62,7 g BaCO&sub3;, 197,5 g Fe&sub2;O&sub3; und 25,1 g CoCO&sub3; etwa 6 Stunden lang in Ethylalkohol gemahlen. Nach Filtrierung des gemischen Pulvers, wurde es getrocknet. Danach wurde das auf diese Weise gebildete Pulver 4 Stunden lang bei 950ºC vorgebrannt.
- Zum Erhalten von Formkörpern mit verschiedenen Korngrößen wurde das auf diese Weise erzeugte Produkt in zehn Portionen aufgeteilt, die je auf verschiedene Art und Weise in einer Flüssigkeit gemahlen wurden, Alle Portionen wurden zunächst mit Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 13-16 mm 6 bis 12 Stunden lang gemahlen. Fünf Portionen wurden danach einer weiteren Mahlbehandlung ausgesetzt, und zwar mit Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 3 mm während 3-9 Stunden. Nach Abfilterung und Trocknung wurde die mittlere Korngröße jeder der Portionen in einem Fisher-Meßverfahren ermittelt.
- Nach Vermischung der genannten Portionen mit einem Bindemittel (2% Ammoniumalgimat in entmineralisierten Wasser) wurde das erhaltene Gemisch über ein Sieb geführt und danach granuliert, daraufhin wurden die granulierten Portionen zum Formen rechteckiger Blöcke gepreßt (600 kg/cm²). Diese Blöcke wurden etwa 1- 4 Stunden lang bei einer Temperatur zwischen 1120 und 1400ºC gesintert. Je nach der Sinterdauer, der Sintertemperatur und der Mahlfeinheit hatten die Blöcke aus dem gesinterten Co&sub2;Z-Ferritmaterial eine mittlere Korngröße zwischen 1,0 und 6,0 um. Die Kombination kürzerer Sinterzeiten, niedrigerer Sintertemperaturen und längerer Mahlzeiten führen zu gesinterten Formkörpern mit einer relativ kleinen Korngröße.
- Die mittlere Korngröße wurde nach dem "mean linear intercept"- Verfahren auf Basis der "scanning electron microscopy" (SEM) und Mikrostrukturphotographie bestimmt. Die mittlere Größe der magnetischen Domänen wurde mit Hilfe von Neutronenpolarisationsmessungen bestimmt.
- Die gesinterten Blöcke wurden einer Anzahl magnetischer Messungen ausgesetzt zum Bestimmen, u. a. des Verlustfaktors bei einer Frequenz von 260 MHz bei Raumtemperatur. Die Ergebnisse sind in der Tafel angegeben. Die Tafel zeigt, daß die Formkörper mit einer mittleren Korngröße von 2,8 um oder weniger einen viel kleineren Verlustfaktor haben als Formkörper mit einer großen mittleren Korngröße. Es stellte sich heraus, daß Formkörper mit einer mittleren Korngröße d (um) im Bereich von 1,4 bis 2,5 um den kleinsten Verlustfaktor haben.
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- 1,78 0,004
- 2,31 0,0035
- 2,52 0,005
- 2,78 0,01
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- 4,31 0,025
- 5,54 0,022
- Zusammenfassend sei es bemerkt, daß Formkörper aus gesintertem hexagonalem Ferritmaterial, von dem der Hauptteil der Körner eine Monodomänenstruktur hat, einen wesentlich kleineren Verlustfaktor haben als entsprechende Ferntwerkstoffe, won denen wenigstens ein wesentlicher Teil der Körner zwei oder mehr magnetische Domänen haben. Dadurch eignen sich die hexagonalen Ferritwerkstoffe durchaus zum Gebrauch als Antennenmaterial bei persönlichen Kommunikationsapparatur, wie bei Mobiltelephonen usw.
Claims (6)
1. Formkörper aus einem gesinterten hexagonalen Ferritmaterial, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens 90% der Körner des gesinterten Materials eine
Monodomänenstruktur haben.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere
Korngröße des Materials kleiner ist als 2,8 um.
3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere
Korngröße zwischen 1,4 um und 2,5 um liegt.
4. Formkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zusammensetzung des Materials der Formel Ba&sub3;Me&sub2;Fe&sub2;&sub4;, entspricht, wobei Me
für ein oder mehrere zweiwertige Ionen steht, selektiert aus der Gruppe, die durch Co,
Fe, Mn, Ni, Zn, Mg und (Li.Fe)1/2 gebildet wird.
5. Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Me aus
zweiwertigem Co besteht.
6. Magnetische Antenne, hergestellt aus einem gesinterten hexagonalen
Ferntmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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