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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Ferritkern für
Leitungsfilter, welcher eine hohe Permeabilität hat mit einer Verbesserung
in seiner Frequenzabhängigkeit
und einem hohen Rauschunterdrückungskoeffizienten über ein
weites Frequenzband.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ferritkerne für Leitungsfilter benötigen eine
hohe Permeabilität
sowohl bei einer relativ hohen Frequenz als auch über einen
weiten Frequenzbereich (von ca. 0,5 bis ca. 1000 kHz). Ein typischer
Ferrit des Mangan-Zink-Systems, der eine hohe Permeabilität über einen
solchen weiten Frequenzbereich besitzt, ist in JP-A-6-204025 beschrieben
(welche die Beifügung
von Bismut und und Molybdän
lehrt und eine initiale Permeabilität von wenigsten 9000 bei 100
kHz und von wenigstens 3000 bei 500 kHz zeigt). JP-A-5-74623 offenbart
ebenfalls ein Hochpermeabilitäts-Ferrit
des Mangan-Zink-Systems (mit beigefügtem Molybdän) offen.
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Die Ferritkerne von Leitungsfiltern
müssen
außer
der Permeabilität
eine hohe Induktivität
in einen niedrigen Frequenzbereich besitzen, z. B. bei 1 kHz, und
eine hohe Impedanz in einem Hochfrequenzbereich besitzen, z. B.
bei 500 kHz. Mit konventionellen hochpermeablen Materialien ist
es jedoch unmöglich,
einen annehmbaren Kompromiss zwischen diesen beiden Anforderungen
zu finden.
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Eingehend nun auf den Ferritkern
des Mangan-Zink-Systems mit beigefügtem Molybdän muss der Anteil von Molybdän, der in
das Anfangseinsatzmaterial gegeben wird, höher als der Sollgehalt sein
wegen der Notwendigkeit, die Menge von sublimierbarem oder verdampfbarem
Molybdän
mit einzurechnen, die vor allem beim Brennen verloren geht. Die
eigentliche Massenproduktion von Kernen mit einer überhöhten Menge
von beigefügtem
Molybdän
hat jedoch gezeigt, dass es erhebliche Leistungsdifferenzen zwischen
einzelnen Kernen gibt; d. h. niedrig und hoch permeable Kerne werden
in einem gemischten Zustand produziert.
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Um dem Abbau von magnetischen Eigenschaften
auf Grund der Verdampfung von Zink vorzubeugen, wurde vorgeschlagen,
eine Umschließung
der gleichen Zusammensetzung wie das gebrannten Kompaktstück zu verwenden,
oder eine kompaktierte Art von Zinkoxid mit zu brennen, wie typischerweise
ausgeführt
in JP-A-3-41708. Solche Verfahren kosten jedoch viel.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Ferritkern für
Leitungsfilter zu bereitzustellen, der eine hohe Permeabilität mit einer
Verbesserung in seiner Frequenzabhängigkeit, hohe Induktivität in Niedrigfrequenzbereichen
und hohe Impedanz in Hochfrequenzbereichen besitzt, so dass hohe
Rauschunterdrükkung mit
wenig oder keiner Leistungsschwankung zu erreichen ist.
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Dieses und andere Ziele werden mit
der vorliegenden Erfindung erreicht, welche nachfolgend als (1) bis
(7) definiert ist.
- (1) Ein Ferritkern für Leitungsfilter
aufweisend Manganoxid, Zinkoxid und Eisenoxid als Hauptbestandteile, und
Siliciumoxid,
Calciumoxid, Nioboxid, Molybdänoxid
und Bismutoxid als Nebenbestandteile, und bei welchem bei den Hauptbestandteilen
der Gehalt an Manganoxid 13,5 bis 16 Gew.-% beträgt und der Gehalt an Zinkoxid
14 bis 16 Gew.-% beträgt,
wobei der Rest Eisenoxid ist, und
der Gewichtsanteil der Nebenbestandteile
auf der Basis der Hauptbestandteile derart ist, dass
Siliciumoxid,
berechnet als SiO2, 50 bis 200 ppm beträgt, Calciumoxid,
berechnet als CaO, 100 bis 350 ppm beträgt, Nioboxid, berechnet als
Nb2O5, 30 bis 150
ppm beträgt,
Molybdänoxid,
berechnet als MoO3, 20 bis 200 ppm beträgt, und
Bismutoxid, berechnet als Bi2O3,
100 bis 800 ppm beträgt.
- (2) Der Ferritkern nach einem von (1), bei dem das Verhältnis von
CaO zu MoO3 0,5 bis 15 beträgt.
- (3) Der Ferritkern von (2), bei dem das Verhältnis von CaO zu MoO3 3 bis 8 beträgt.
- (4) Der Ferritkern nach (1) bis (3), der erhalten wird durch
Verdichten und Brennen eines Gemisches eines Hauptbestandteil-Einsatzmaterials
mit einem Nebenbestandteil-Einsatzmaterial, und bei dem
das
Hauptbestandteil-Einsatzmaterial ein Manganoxid-Material in einer
Menge, berechnet als MnO, von 10 bis 20 Gew.-% und ein Zinkoxid-Material
in einer Menge, berechnet als ZnO, von 10 bis 20 Gew.-% aufweist,
wobei der Rest ein Eisenoxid-Material ist,
das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial
ein Siliciumoxid-Material in einer Menge, berechnet als SiO2, von 50 bis 200 ppm, ein Calciumoxid-Material
in einer Menge, berechnet als CaO, von 100 bis 350 ppm, ein Nioboxid-Material
in einer Menge, berechnet als Nb2O5, von 50 bis 250 ppm, ein Molybdänoxid-Material in einer Menge,
berechnet als MoO3, von 100 bis 400 ppm
und ein Bismutoxid-Material in einer Menge, berechnet als Bi2O3, von 100 bis
800 ppm, auf der Basis des Hauptbestandteil-Einsatzmaterials, aufweist
und
das Verhältnis
von CaO zu MoO3 in dem Nebenbestandteil-Einsatzmaterial
0,6 bis 1,6 beträgt.
- (5) Ein Ferritkern für
Leitungsfilter nach einem von (1) bis (3), der erhalten wird durch
Verdichten und Brennen eines Gemisches des Hauptbestandteil-Einsatzmaterials
mit dem Nebenbestandteil-Einsatzmaterial, und bei dem
das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial
ein Siliciumoxid-Material, berechnet als SiO2,
in einer Menge von 50 bis 200 ppm, ein Calciumoxid.-Material, berechnet
als CaO, in einer Menge von 100 bis 350 ppm, ein Nioboxid-Material,
berechnet als Nb2O5,
in einer Menge von 50 bis 250 ppm, ein Molybdänoxid-Material, berechnet als
MoO3, in einer Menge von 100 bis 400 ppm
und ein Bismutoxid-Material,
berechnet als Bi2O3, in
einer Menge von 100 bis 800 ppm, auf der Basis des Hauptbestandteil-Einsatzmaterials
aufweist und
das Verhältnis
von CaO zu MoO3 in dem Nebenbestandteil-Einsatzmaterial
0,6 bis 1,6 beträgt.
- (6) Ferritkern nach einem von (1) bis (5), der eine Permeabilität von mindestens
10000 bei 100 kHz, und von mindestens 3000 bei 500 kHz hat.
- (7) Verfahren zur Herstellung des Ferritkerns für Leitungsfilter
nach einem von (1) bis (6), bei dem eine Mehrzahl von Presskörpern auf
einem Einstellelement angeordnet und dann gebrannt wird.
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EFFEKT UND
VORTEILE DER ERFINDUNG
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Der Ferritkern für Leitungsfilter nach der vorliegenden
Erfindung hat eine hohe Permeabilität mit einer Verbesserung in
seiner Frequenzabhängigkeit
besonders bei Frequenzen von 100 bis 500 kHz, und weist eine hohe
Impedanz bei Frequenzen von 100 bis 500 kHz auf und eine hohe Induktivität von 0,5
bis 100 kHz, weil er als Zusätze
vorgeschriebene Mengen von Siliciumoxid, Calciumoxid, Nioboxid,
Molybdänoxid
und Bismutoxid enthält.
Der Ferritkern der Erfindung zeigt eine annehmbare Rauschunterdrückungsleistung
und kann reduziert werden in Bezug auf Größe und Anzahl von Windungen,
wenn er in Leitungsfiltern angewendet wird, welche bei Frequenzen
von ca. 0,5 bis ca. 1000 kHz arbeiten.
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Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung
die Serienproduktion von Ferritkernen, wobei ihre Werte-Schwankungen,
insbesondere ihre Schwankungen von Permeabilität und Frequenzabhängigkeit,
reduziert werden können.
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Mangan-Zink-Ferritkerne können in
großer
Stückzahl
gefertigt werden werden, indem eine Anzahl von Presskörpern auf
einem Einstellelement in einem Stoßofen positioniert werden.
Zu diesem Zeitpunkt schwanken die Eigenschaften der Kerne abhängig davon,
wo auf dem Einstellelement die Presskörper positioniert werden. Dieser
charakteristische Unterschied kann der Zusammensetzung des Kerns
zugeordnet werden, insbesondere dem Anteil an Molybdän. Im Besonderen
ist die Menge an sublimiertem oder verdampftem Molybdän klein
in Presskörpern,
welche in der Nähe
des Mittelpunkts einer Gruppe von Presskörpern auf dem Einstellelement
positioniert sind, während
in manchen Presskörpern,
welche auf oder um die Begrenzungsfläche der Gruppe von Presskörpern herum
positioniert werden, die Menge von sublimiertem oder verdampftem
Molybdän
groß wird.
Dieses Resultat spiegelt sich in der Kernzusammensetzung wider.
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Basierend auf solchen Erkenntnissen
haben die Erfinder Experimente wiederholt ausgeführt. Im Ergebnis haben die
Erfinder gefunden, dass die Menge an Sublimation oder Verdampfung
von Molybdän
mit der Menge an Calcium im Presskörper korreliert; d. h. die
Sublimation oder Verdampfung von Molybdän wird durch die Begrenzung
des Verhältnisses
der Menge von Calcium zur Menge an Molybdän im Anfangs-Einsatzmaterial,
so dass die Menge an Molybdän
in einem spezifischen Bereich gehalten werden kann, minimiert, wodurch die
Rauschunterdrückungsleistung über einen
weiten Frequenzbereich verbessert wird. Dies wiederum ermöglicht es,
die Sublimation oder Verdampfung von Molybdän in Presskörpern, welche auf oder um die
Begrenzungsfläche
der Gruppe von Presskörpern
herum auf dem Einstellelement positioniert sind, zu minimieren,
und damit die charakteristischen, durch den Ort der Presskörper auf
dem Einstellelement verursachten Schwankungen zu minimieren, besonders
Schwankungen in Permeabilität
und ihre Frequenzabhängigkeit. Entsprechend
der vorliegenden Erfindung, welche in der Lage ist, die Sublimation
oder Verdampfung von Molybdän
zu minimieren, ist es auch möglich,
eine Schwankung der Zusammensetzung eines Kerns zwischen der Umgebung
des Inneren und der Umgebung seiner Oberfläche zu vermeiden.
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Da die Temperatur, bei der MoO3 einen Dampfdruck von 0,1 atm besitzt, schon
bei etwa 1200°C
liegt, scheint es, dass die Menge von MoO3,
welche während
des Ferritbrennens sublimiert oder verdampft, groß wird.
Daher glaubt man, dass auch mit anderen Stoffen als Molybdänoxid, welche
einen hohen Dampfdruck bei oder in der Gegend der Brenntemperatur
von Ferrit besitzen, charakteristische Schwankungen wiederum minimiert
werden können,
durch die Kontrolle des Verhältnisses
der Menge von Calciumoxid zur Menge dieser anderen Stoffe, wie es
der Fall für
Molybdänoxid
ist.
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Die oben erwähnten Beispiele von JP-A-6-204025
lehren den Zusatz von SiO2, CaO, Bi2O3 und MoO3, aber erwähnen nicht den Zusatz von Nb2O5. Auch das Verhältnis von
CaO zu MoO3 ist darin nicht erwähnt. Laut
den Lehren dieser Veröffentlichung
ist es daher unmöglich,
eine stabile Zusammensetzung von gleichbleibenden Ferritkernen zu
erreichen, welche eine hohe Permeabilität mit einer Verbesserung in
ihrer Frequenzabhängigkeit,
eine hohe Induktivität
bei niedrigen Frequenzen und hohe Impedanz bei hohen Frequenzen
besitzen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein schematisches Diagramm, welches die Form eines exemplarischen
Kerns zeigt zum Messen der Impedanz und Induktivität.
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BESTE ART
DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nun ausführlich
beschrieben.
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Der Ferritkern für Leitungsfilter gemäß vorliegender
Erfindung kann durch Verdichten und Brennen einer Mischung von Hauptbestandteil-Einsatzmaterial
mit Nebenbestandteil-Einsatzmaterial produziert werden.
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Das verwendete Hauptbestandteil-Einsatzmaterial
enthält
13,5 bis 16 Gew.-% Manganoxid, berechnet als MnO, und 14 bis 16
Gew.-% Zinkoxid, berechnet als ZnO, wobei der Rest Eisenoxid ist.
Wenn die Zusammensetzung des Hauptbestandteil-Einsatzmaterials von
dem oben beschriebenen Bereich abweicht, ist keine hohe Permeabilität erreichbar.
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Für
das Hauptbestandteil-Einsatzmaterial können normale Eisenoxidmaterialien,
Manganoxid-Materialien und Zinkoxid-Materialien verwendet werden,
d. h. Oxide und Verbindungen, welche durch das Brennen zu Oxiden
umgewandelt werden.
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Das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial
enthält
ein Siliciumoxid-Material, ein Calciumoxid-Material, ein Nioboxid-Material,
ein Molybdänoxid-Material
und ein Bismutoxid-Material. Für
diese Materialien können
Oxide der entsprechenden Metalle oder Verbindungen der entsprechenden
Metalle, die durch Brennen zu Oxiden umgewandelt werden, verwendet
werden. Es ist jedoch vorzuziehen, SiO2 als
das Siliciumoxid-Material, CaCO3 als das
Calciumoxid-Material,
Nb2O5 als das Nioboxid-Material,
Bi2O3 als das Bismutoxid-Material
und MoO3 als das Molybdänoxid-Material zu verwenden.
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Der Anteil des Siliciumoxid-Materials,
berechnet als SiO2, beträgt 50 bis 200 ppm. Zu wenig
Siliciumoxid hat einen Abfall in der Permeabilität zur Folge, zu viel hingegen
verursacht während
des Brennens abnormales Korngrößenwachstum,
was wiederum in einem Abfall der Permeabilität resultiert. In beiden Fällen sind keine
gewünschte
Impedanz und Induktivität
erreichbar.
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Der Anteil des Calciumoxid-Materials,
berechnet als CaO, beträgt
100 bis 350 ppm. Zu wenig Calciumoxid hat eine Herabsetzung der
Permeabilität
bei hohen Frequenzen von ca. 500 kHz zur Folge, zu viel hingegen
verursacht ein Herabsetzen der Permeabilität bei einer mittleren Frequenz
von ca. 100 kHz. In beiden Fällen
sind keine gewünschte
Impedanz und Induktivität
erreichbar.
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Der Anteil des Nioboxid-Materials,
berechnet als Nb2O5,
ist 50 bis 250 ppm. Zu wenig oder zu viel Nioboxid verursacht einen
Abfall der Permeabilität;
in beiden Fällen
sind keine gewünschte
Impedanz und Induktivität
erreichbar.
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Der Anteil des Molybdänoxid-Materials,
berechnet als MoO3, beträgt 100 bis 400 ppm. Zu wenig
Molybdänoxid
hat abnormales Korngrößenwachstum
während
des Brennens zu Folge, welches in einem Abfall der Permeabilität resultiert,
wohingegen zu viel zu einem Anstieg des sublimierten oder verdampften
Molybdäns
während
des Brennens führt
und damit zu signifikanten charakteristischen Schwankungen zwischen
Kernen, welche durch gemeinsames Brennen einer Anzahl von Presskörpern erhalten
werden. In beiden Fällen sind
keine die gewünschte
Impedanz und Induktivität
erreichbar.
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Der Anteil des Bismutoxid-Materials,
berechnet als Bi2O3,
beträgt
100 bis 800 ppm. Zu wenig oder zu viel Bismutoxid hat einen Abfall
der Permeabilität
zu Folge; in beiden Fällen
sind keine gewünschte
Impedanz und Induktivität
erreichbar.
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An dieser Stelle wird angemerkt,
dass der Anteil des Nebenbestandteil-Materials als ppm-Einheiten
in Bezug auf das Hauptbestandteil-Material angegeben wird.
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Das Verhältnis von Calciumoxid zu Molybdänoxid im
Nebenbestandteil-Einsatzmaterial beträgt 0,6 bis 1,6, und vorzugsweise
0,7 bis 1,5, berechnet als CaO/MoO3. Bei
einem zu niedrigem Verhältnis
steigt die Menge an sublimiertem oder verdampftem Molybdän während des
Brennens an, was signifikante charakteristische Schwankungen, besonders
signifikante Schwankungen in der Permeabilität und ihrer Frequenzabhängigkeit zwischen
Kernen zur Folge hat, welche durch gemeinsames Brennen einer Anzahl
von Presskörpern
erhalten werden. Ein zu hohes Verhältnis, auf der anderen Seite,
verursacht einen Abfall der Permeabilität bei einer niedrigen Frequenz
von ca. 100 kHz. In beiden Fällen
sind keine gewünschte
Impedanz und Induktivität
erreichbar.
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An dieser Stelle muss erwähnt werden,
dass der Ferritkern der vorliegenden Erfindung außer den oben
erwähnten
Nebenbestandteilen mindestens ein Mitglied der Oxide, wie Indiumoxid,
Vanadiumoxid, und Tantaloxid, enthält. Vorzugsweise sind in diesem
Fall diese Oxide, jeweils berechnet als InzO3,
V2O5 oder Ta2O5, in einer Gesamtmenge
von 0 bis ungefähr
3000 ppm enthalten.
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Erst wird das oben genannte Hauptbestandteil-Einsatzmaterial
bei ungefähr
850 bis ungefähr
950°C für ungefähr 5 min
bis 2 h calciniert. Die Calcinierung kann als Sprüh-Calcinierung
ausgeführt
werden. Das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial wird dann hinzugefügt und durch
Vermahlen mit dem erhaltenen calcinierten Körper gemischt. Calciumoxid
und Siliciumdioxid oder ihre Ausgangsverbindungen können vor
oder nach der Calcinierung zum Hauptbestandteil-Einsatzmaterial
hinzugefügt
werden. Die Mischung wird schließlich mit einer kleinen Menge,
z. B. 0,1 bis 1,0 Gew.-%, eines geeigneten Bindemittels, wie Polyvinylalkohol,
durch die Verwendung eines Sprühtrockners
oder Ähnlichem
granuliert, wobei man Körner
von ungefähr
80 bis ungefähr 200 μm Größe erhält, welche
anschließend
gepresst werden.
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Der erhaltene Presskörper wird
dann gebrannt. Für
dieses Brennen wird der Presskörper
beispielsweise in einer Atmosphäre
mit kontrollierter Sauerstoffkonzentration langsam auf eine angestrebte
Sintertemperatur mit einer Aufheizgeschwindigkeit von ca. 50 bis
300°C/h
geheizt. Der Sinterprozess wird dann vervollständigt, indem der Presskörper bei
einer gegebenen Temperatur von normalerweise wenigstens 1250°C, im Besonderen
1300 bis 1400°C,
für ca.
4 bis 5 h gehalten wird. Nachdem das Sintern beendet ist, wird das
Produkt mit einer Kühlgeschwindigkeit
von ca. 50 bis 300°C/h
in einer Atmosphäre,
deren Sauerstoffkonzentration kontrolliert ist, heruntergekühlt.
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Wenn das Brennen auf diese Weise
durchgeführt
wird, ist es wünschenswert,
dass der Sauerstoffpartialdruck bei mindestens 25%, vorzugsweise
bei mindestens 30% und am besten bei 30 bis 100%, gehalten wird,
mindestens von der Phase des Aufheizens auf 1000°C oder mehr bis zur Phase, in
der die Temperatur gehalten wird, vorzugsweise über einen Temperaturbereich
von mindestens 1000°C.
Generell kann die Temperatur für
einen längeren
Zeitraum beim Brennen bei einer höheren Temperatur gehalten werden,
so dass relativ große
Kristallkörner
erhalten werden, um eine höhere
Permeabilität
zu erreichen. Je höher
und länger die
Brenntemperatur und Brenndauer jedoch sind, desto kürzer ist
das Wartungsintervall des Brennofens, und desto geringer ist die
Produktivität.
Bei einem kombinierten Bismutoxid-, Molybdänoxid- und Nioboxid-System ermöglicht allerdings
das Sauerstoffbrennen z. B. das oben beschriebene eine Verbesserung
der Permeabilität bei
100 bis 500 kHz auch dann, wenn das Brennen bei relativ niedriger
Temperatur und Dauer stattfindet, so dass sowohl die Induktivität in einem
Niederfrequenzbereich als auch die Impedanz in einem Hochfrequenzbereich
verbessert werden können.
Niedertemperatur- und Kurzzeitbrennen ermöglicht auch, die Sublimation oder
Verdampfung von Molybdän
und Bismut so zu minimieren, dass Schwankungen der Permeabilität viel stärker reduziert
werden können.
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Normalerweise kann das Brennen in
einem Stoßofen
ausgeführt
werden, welcher ein kontinuierliches Brennen durch die kontinuierliche
Einführung
von Einstellelementen mit einer Mehrzahl darauf plazierter Presskörper ermöglicht.
Die Größe der Einstellelemente
ist nicht kritisch, sie liegt aber bei ungefähr 250 bis 300 mm Länge pro
Seite. Abhängig
von der Größe des Einstellelements
oder der Größe der Presskörper können ungefähr 50 bis
500 Presskörper
pro Etage auf dem Einstellelement platziert werden. Ein Einstellelement kann
aus 1 bis 8 Etagen bestehen und kann daher mit einer Gesamtmenge
von ca. 50 bis 2400 Presskörpern oder
einer Gesamtbeladung von ca. 2 bis ca. 6 kg beladen werden. Auch
wenn derart viele Presskörper
zum Brennen auf das Einstellelement gestellt werden, ist es nach
der vorliegenden Erfindung möglich,
Schwankungen in der Zusammensetzung, die andernfalls durch unterschiedliche
Positionen auf dem Einstellelement verursacht werden, zu minimieren.
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Die oben genannten Anfangs-Einsatzmaterialien
liefern nach dem Brennen normalerweise die folgenden (Kern-) Zusammensetzung.
Das Hauptbestandteil-Einsatzmaterial enthält 13,5 bis 16 Gew.-% Manganoxid,
berechnet als MnO, und 14 bis 16 Gew.-% Zinkoxid, berechnet als
ZnO, wobei der Rest Eisenoxid ist. Das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial
enthält
50 bis 200 ppm Siliciumoxid, berechnet als SiO2,
100 bis 350 ppm Calciumoxid, berechnet als CaO, 30 bis 150 ppm Nioboxid,
berechnet als Nb2O5,
20 bis 200 ppm, vorzugsweise 20 bis 100 ppm, Molybdänoxid, berechnet
als MoO3, und 100 bis 800 ppm Bismutoxid,
berechnet als Bi2O3. Eine
derartige Zusammensetzung ermöglicht
hohe Werte für
sowohl die Induktivität
in einem Niedrigfrequenzbereich, z. B. bei ca. 1 kHz, und für die Impedanz
bei einem Hochfrequenzbereich, z. B. bei ca. 500 kHz, so dass Rauschunterdrückung über einen
breiten Frequenzbereich effektiv erreicht werden kann. In manchen Fällen ist
die Menge der Nebenbestandteile im Kern größer als die des zugefügten Nebenbestandteil-Einsatzmaterials
aus dem Grund, dass die Elemente, die die Nebenbestandteile bilden,
vor allem Silicium und Calcium, häufig als Verunreinigung im
Hauptbestandteil-Einsatzmaterial enthalten sind. Andererseits ist
die Menge von Nebenbestandteilen im Kern in manchen Fällen kleiner
als die des zugefügten
Nebenbestandteil-Einsatzmaterials aus dem Grund, dass die Elemente,
die die Nebenbestandteile bilden, vor allem Mo und Nb, oft durch Sublimation
oder Verdampfung während
des Brennens verloren gehen.
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Es wird an dieser Stelle angemerkt,
dass das Verhältnis
von CaO/MoO3 in der Zusammensetzung des Kerns
vorzugsweise 0,5 bis 15 und im Besonderen 3 bis 8 beträgt.
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Der Ferritkern der vorliegenden Erfindung
hat vorzugsweise eine mittlere Korngröße von 5 bis 50 μm. Eine zu
große
oder zu kleine mittlere Korngröße hat zur
Folge, dass die Hochfrequenzabhängigkeit
von μi abfällt. Es
wird an dieser Stelle angemerkt, dass die mittlere Korngröße gefunden
werden kann, indem man die hochglanzpolierte Oberfläche der
Mehrkristallprobe mit einer Säure ätzt, und
die Proben unter einem optischen Mikroskop begutachtet, um Beispieldurchmesser,
berechnet als Kreise, auszumitteln.
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Nach der vorliegenden Erfindung können Ferritkerne
produziert werden, indem man eine Mehrzahl von Presskörpern auf
einem Einstellelement wie oben beschrieben brennt. Selbst in diesem
Fall ist es leicht, eine initiale Permeabilität von wenigstens 10000, möglicherweise
11000 oder mehr oder möglicherweise
sogar 12000 bei 100 kHz zu erreichen. Es ist ebenfalls einfach,
eine initiale Permeabilität
von wenigstens 3000, möglicherweise
3500 oder mehr bei 500 kHz zu erreichen.
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BEISPIEL
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Beispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachstehend durch Erläuterung
gegeben.
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Beispiel 1
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Ein Hauptbestandteil-Einsatzmaterial,
welches MnO (14,3 Gew.-%) und ZnO (15,4 Gew.-%) enthält, wobei
der Rest Fe2O3 ist,
wurde mit einem Nebenbestandteil-Einsatzmaterial gemischt, welches
SiO2 (50 ppm), Bi2O3 (300 ppm), Nb2O5, MoO3 und CaCO3 enthält.
In Tabelle 1 sind die zugefügten
Mengen von Nb2O5, MoO3 und CaCO3 (berechnet
als CaCO) gezeigt, wie auch die Verhältnisse der zugefügten Menge
von CaCO3 (berechnet als CaO) und der zugefügten Menge
von MoO3.
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Genauer gesagt wurden die Hauptbestandteil-Materialien
Mn3O4, ZnO und Fe2O3 zu einer Mischung vermischt,
welche dann bei 900°C
für 30
min calciniert wurde. Das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial wurde dann
zu der erhaltenen calcinierten Masse in den in Tabelle 1 gezeigten
Mengenverhältnissen
zugegeben und anschließend
durch Vermahlen vermischt.
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Diese vermahlene Mischung wurde mit
einem zugeführten
Bindemittel durch einen Sprühtrockner
auf eine mittlere Teilchen von 150 μm gebracht und gepresst. Anschließend wurde
der Presskörper
in einer Atmosphäre
mit kontrolliertem Sauerstoffpartialdruck aufgeheizt und für 4 h zum
Sintern bei einer Temperatur von 1350°C gehalten. Anschließend wurde
der gesinterte Presskörper
abgekühlt
in einer Atmosphäre
mit kontrolliertem Sauerstoffpartialdruck, um ein Probeexemplar
eines Kerns mit einer Form, wie in Zeichnung 1 gezeigt, ro erhalten.
Die Länge
ist in mm als Einheit angegeben. Zum Brennen wurde ein Stoßofen verwendet.
540 Presskörper
wurden pro Einstellelement geladen. Das verwendete Lademuster bestand
aus einer Etage.
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Die durchschnittliche Zusammensetzung
und die Geahlte an Silicium (berechnet als SiO2,
Nb (als Nb2O5),
Bi (als Bi2O3),
Mo (als MoO3), und Ca (als CaO) von jedem
Kernexemplar wurden mit Fluoreszenz-Röntgenstrahlen gemessen.
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An dieser Stelle muss angemerkt werden,
dass das Zusammensetzungsverhältnis
von den Hauptbestandteilen des Kerns gleich dem des Hauptbestandteil-Einsatzmaterials
war.
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Die Induktivität L bei 1 kHz und die Impedanz
|Z| bei 500 kHz eines jeden Kernexemplars wurde unter den folgenden
Bedingungen gemessen:
| Strom | 0,5
mA |
| Anzahl
der Windungen | 10
Windungen |
| Temperatur | 23°C |
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
gezeigt.
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Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen
wird gefunden, dass die Kernproben Nr. 1 bis 3 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Anstieg von ca. 30% in der Induktivität bei 1
kHz über
das niedrigste Niveau der Vergleichts-Proben und einen Anstieg von
ungefähr
50% in der Impedanz bei 500 kHz über
das niedrigste Niveau der Vergleichs-Proben zeigen; sie haben extrem
hohe Werte für
sowohl die Induktivität
bei 1 kHz als auch die Impedanz bei 500 kHz. Die Exemplare, denen
weder Calcium noch Niob zugefügt
wurden, sind jedoch sehr niedrig in sowohl der Induktivität bei 1
kHz als auch der Impedanz bei 500 kHz. Exemplar Nr. 4 mit einem
niedrigeren Calciumanteil zeigt eine gute Induktivität bei 1
kHz, aber hat eine extrem niedrige Impedanz bei 500 kHz. Exemplar
Nr. 5 mit einem höheren
Calciumanteil ist im Gegensatz dazu verbessert hinsichtlich der
Impedanz bei 500 kHz, aber hat eine extrem niedrige Induktivität bei 1
kHz. Kernexemplare Nr. 1 bis 7 wurden tatsächlich als Gleichtaktdrosselspulen
für Leitungsfilter
verwendet. Im Ergebnis wurde gefunden, dass die erfundenen Kernexemplare
Nr. 1 bis 3 einen viel höheren
Effekt auf die Rauschunterdrükkung
bei 0,5 bis 1000 kHz im Vergleich zu den Kernexemplaren Nr. 4 bis
7 haben.
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Beispiel 2
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Ein Hauptbestandteil-Einsatzmaterial,
bestehend aus MnO (14,3 Gew.-%) und ZnO (15,4 Gew.-%), wobei der
Rest Fe2O3 ist,
wurde vermischt mit einem Nebenbestandteil-Einsatzmaterial, bestehend
aus SiO2 (50 ppm), Bi2O3 (300 ppm), Nb2O5, MoO3 und CaCO3. In Tabelle 2 sind die zugefügten Mengen
von Nb2O5, MoO3 und CaCO3 (berechnet
als CaCO) gezeigt, als auch die Verhältnisse der Menge von CaCO3 (berechnet als CaO) zur Menge von zugefügtem MoO3.
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Genauer gesagt wurden die Hauptbestandteil-Materialien
Mn3O4, ZnO und Fe2O3 zu einer Mischung vermischt,
welche anschließend
bei 900°C
für 30
min calciniert wurde. Das Nebenbestandteil-Einsatzmaterial wurde
zu der erhaltenen calcinierten Masse in den in Tabelle 2 gezeigten
Mengenverhältnissen
zugesetzt und durch Vermahlen damit vermischt.
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Diese vermahlene Mischung wurde mit
einem zugefügten
Bindemittel durch einen Sprühtrockner
auf eine mittlere Teilchengröße von 150 μm gebracht
und gepresst. Anschließend
wurde der Presskörper
in einer Atmosphäre
mit kontrolliertem Sauerstoffpartialdruck aufgeheizt und zum Sintern
bei einer Temperatur von 1350°C
für 4 h
gehalten. Anschließend
wurde der gesinterte Presskörper
in einer Atmosphäre
mit kontrolliertem Sauerstoffpartialdruck abgekühlt, um ein Exemplar eines
torusförmigen
Kerns von 31 mm Außendurchmesser,
19 mm Innendurchmesser und 8 mm Höhe erhalten. Zum Brennen wurde
ein Stoßofen
verwendet. Dreihundertunddreiundvierzig (343) Presskörper wurden
auf ein Einstellelement geladen. Das Lademuster bestand aus 7 Etagen,
welche mit jeweils 7 × 7
Presskörpern
beladen waren.
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Die Zusammensetzung jedes Kernexemplars
wurde durch Fluoreszenz-Röntgenstrahlen
gemessen. Innere und äußere Kerne
wurden auf ihren Molybdängehalt
(berechnet als MoO3) und Calciumgehalt (als
CaO) analysiert. Das Verhältnis
des Molybdängehalts
von innerem Kern zu dem von äußerem Kern
wurde auch berechnet. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt,
in welcher "innerer
Kern" sich auf Kerne
bezieht, die in einer zentralen Region der Gruppe von Presskörpern auf
dem Einstellelement lokalisiert sind, und "äußerer Kern" sich auf Kerne bezieht,
die sich am äußersten
Rand der Gruppe von Presskörpern
befinden.
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Es wird hier angemerkt, dass das
Zusammensetzungsverhältnis
von Hauptbestandteilen jedes Kerns äquivalent war mit dem Zusammensetzungsverhältnis von
dem Hauptbestandteil-Einsatzmaterial, mit einem Siliciumanteil von
100 bis 130 ppm, berechnet als SiO2, einem
Niob-Anteil von 80 bis 120 ppm, berechnet als Nb2O5, und einem Bismutanteil von 250 bis 300
ppm, berechnet als Bi2O3.
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Von jedem Kernexemplar wurde die
initiale Permeabilität μi bei 100
kHz und 500 kHz (beide bei 25°C) gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Werte von "äußerer-innerer" in Tabelle 2 wurden
erhalten durch
100 × {(μi des äußeren Kerns) – (μi des inneren
Kerns)}/ μi
des inneren Kerns
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Die initiale Permeabilität wurde
mit einem LCR-Messgerät
gemessen.
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Die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse
verdeutlichen den Effekt der vorliegenden Erfindung, d. h. den Effekt,
welcher aus der Begrenzung von CaO/MoO3 im
Nebenbestandteil-Einsatzmaterial auf einen bestimmten Bereich resultiert.
In anderen Worten, die Kernexemplare der vorliegenden Erfindung,
welche Nb2O5 in
der vorgegebenen Menge enthalten und bei denen das CaO/MoO3-Verhältnis
im vorgegebenen Bereich liegt, zeigen hohe Werte für μi bei sowohl
100 kHz als auch 500 kHz mit einer kleinen Differenz in μi zwischen
den inneren und äußeren Kernen.
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In den Kernexemplaren Nr. 2 und 3,
welche ein zu kleines Verhältnis
von CaO/MoO3 besitzen, gibt es jedoch eine
große μi-Differenz
zwischen dem inneren und dem äußeren Kern.
Im Kernexemplar Nr. 1, dem kein Calcium zugefügt wurde, gibt es eine relativ
kleine μi-Differenz
zwischen den inneren und äußeren Kernen,
wegen einer beträchtlichen
Abnahme der Menge von MoO3 auf Grund des
Brennens. Die initiale Permeabilität μi selber fällt jedoch deutlich ab. Im
Kernexemplar Nr. 7, welches ein zu großes Verhältnis von CaO/MoO3 hat,
gibt es einen Abfall der Permeabilität bei 100 kHz, und in Kernexemplar
Nr. 6, welchem kein Nb2O5 zugefügt wurde,
ist die initiale Permeabilität μi niedrig
mit großer μi-Differenz
zwischen dem äußeren und
dem inneren Kern.
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Außerdem sind in den Kernexemplaren
der vorliegenden Erfindung die Zusammensetzungsunterschiede pro
Kern zwischen der Umgebung der Oberfläche und der Umgebung des Zentrums
klein. Der Effekt der vorliegenden Erfindung wird offensichtlich
an Hand der Ergebnisse der oben erwähnten Beispiele.
