DE969525C

DE969525C - Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes fuer Magnetkerne, die eine nahezu rechteckfoermige Hystereseschleife aufweisen

Info

Publication number: DE969525C
Application number: DEN9920A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Jacobus Esveldt; Evert Willem Gorter
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-12-21
Filing date: 1954-12-18
Publication date: 1958-06-12
Also published as: ES219075A1; GB759244A; BE534271A; FR1116092A; NL82272C; US2882234A; CH333336A

Description

AUSGEGEBEN AM 12. JUNI 1958

VIIIc j2ig

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen wichtig. Diese Art von Kernen wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher«· verwendet (siehe z. B. W. N. Papian: »Proceedings of the IRE«, April 1952, S. 475 bis 478; D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg: »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Speicher werden z. B. in Rechenmaschinen und selbsttätigen Piloten verwendet. Außerdem werden diese Kerne auch in magnetischen Schaltern verwendet.

Das Maß, welches ausdrückt, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform nahekommt, kann quantitativ auf verschiedene Weise ausgedrückt werden. Ein übliches Maß ist z. B. der Quotient -~-

Dieser Quotient wird an Hand von Fig. 1 erläutert, die schematisch einen Teil einer Sättigungs-Magnetisierungskurve darstellt. In dieser Figur bezeichnet B_r die remanente Induktion und B_cl die Induktion, bei der sich die Hystereseschleife gerade schließt. In der Praxis ist es oft nicht einfach, B_cl mit großer Genauigkeit zu messen. Es läßt sich jedoch leicht ein annähernd richtiger Wert für B_cl finden, indem der mittlere Wert der Induktionen nach teilweiser Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung)

809 541/11

genommen wird, wobei beide Induktionen bei gleicher Feldstärke gemessen werden, die derart gewählt wird daß die erwähnten Induktionen sich um mehr als ι °/₀. jedoch um weniger als 3 °/₀ voneinander unterscheiden, In dieser Weise wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse gewonnen; für diese Messungen wurde ein ballistisches Galvanometer verwendet (s. Bozorth: »Ferromagnetism«, New York, 1951, S. 843). Der Quotient

JL

wurde stets gemessen an einem ringförmigen Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials längs des ganzen üingumf anges und mit einem Außendurchmesser, der maximal dem i,6fachen des Innendurchmessers entspricht.

Als Maß dafür, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform angenähert ist, läßt sich auch eine Verhältniszahl (R_s)_max angeben. Für die Bedeutung dieser Größe wird auf die vorerwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber folgt hier eine kurze Erläuterung unter Bezugnahme auf Fig. 2, die ebenfalls einen Teil einer Magnetisierungskurve schematisch darstellt, die sich auf einen Fall bezieht, bei dem mit der Entmagnetisierung begonnen wurde, bevor die magnetische Sättigung erreicht war. Die Größe (i?_s)_mJl ist folgendermaßen definiert:

'B

Der Quotient

ist eine Funktion der angelegten größten Feldstärke H_m. Es ergibt sich, daß dieser Quotient für einen bestimmten Wert von H_m, der meistens wenig von der Koerzitivkraft H₀ verschieden ist, einen Maximalwert hat. Dieser Maximalwert des Quotienten wird durch das Symbol [R_s)max bezeichnet. Die zur Bestimmung von (R_s)_max erforderlichen Messungen von

können Wiedermittels eines ballistischen Galvanometers durchgeführt werden. Als Meßobjekt für die Ermittlung, der im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse dienten auch in diesem Falle ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des magnetischen Materials längs des ganzen Ringumf anges und mit einem Außendurchmesser, der maximal dem i,6fachen des Innendurchmessers entspricht.

Bei der Anwendung der ferromagnetischen Materialien mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife handelt es sich meist um Wechselströme hoher Frequenz, und die Aufgabe ist also, das Auftreten von Wirbelströmen möglichst zu unterdrücken. Bei der Verwendung ferromagnetischer Legierungen kann dies zu einem gewissen Ausmaß dadurch erreicht werden, daß der Magnetkern aus gegeneinander isolierten, sehr dünnen Schichten des ferromagnetischen Materials zusammengebaut wird. Es ist jedoch oft äußerst schwierig, aus diesen dünnen Schichten Kerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife zusammenzusetzen. Es ist daher bei hohen Frequenzen vorteilhaft oder sogar erforderlich, magnetisch weiche, ferrioxydhaltige Materialien mit Spinellstruktur zu verwenden, da diese Stoffe an sich bereits eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit haben.

Für die Brauchbarkeit der Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter wird weiter die wesentliche Bedingung gestellt, daß die Koerzitivkraft H _c niedrig (zweckmäßig nicht höher als 10 Örsted und vorzugsweise sogar niedriger als 4 Örsted) sein soll, da sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch sind.

Gemäß der Erfindung hat es sich nun ergeben, daß Ferritwerkstoffe für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch erhalten werden können, daß ein Gemisch aus Lithium-, Nickel- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1100 bis 1200° C erhitzt wird, wobei die Anteile von Lithium-, Nickel- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

Li₀. Ni_(I__2ai) Fe

_(2+a;)

O₄

entsteht, wobei χ zwischen 0,40 und 0,48 liegt. Magnetkerne, die aus mindestens einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung bestehen, erfüllen folgende Bedingungen:

JD

-^- > 0,7, (R_s)_max

> 0,6, H₀ < 4 Örsted.

Derartige Magnetkerne eignen sich somit vortrefflich für die obenerwähnten Verwendungszwecke.

Beispiel

Ein Gemisch aus Lithiumcarbonat und Eisenoxyd wird 8 bis 10 Stunden in reinem Alkohol oder wasserfreiem Benzol gemahlen und darauf 1 Stunde bei 750⁰ C in einem Gasgemisch aus 1 Volumteil Kohlendioxyd und 6 Volumteilen Sauerstoff vorerhitzt. Nach Abkühlung wird das Reaktionsprodukt noch eine gewisse Zeit, z. B. 2 Stunden, in reinem Alkohol gemahlen. Bei richtiger Wahl des Verhältnisses der Ausgangsmengen Lithiumcarbonat und Eisenoxyd besteht das Reaktionsprodukt aus einer Verbindung, deren Zusammensetzung praktisch der Formel Li₀₁₅Fe₂₁₅O₄ entspricht.

Weiter wird ein vorerhitztes Gemisch aus Nickeloxyd und Eisenoxyd hergestellt. Dazu wird ein Gemisch aus Nickelcarbonat und Eisenoxyd, das Nickel und Eisen in einem Atomverhältnis von 1: 2 enthält, 10 Stunden in Alkohol gemahlen, worauf es 1 Stunde auf 750⁰ C in einer Sauerstoffatmosphäre erhitzt wird. Das Reaktionsprodukt wird nach Abkühlung 2 Stunden :n Alkohol gemahlen.

Vor der Endreaktion werden die Verbindungen Li₀₅Fe₂₅O₄ und das vorerhitzte Gemisch aus Nickeloxyd und Eisenoxyd im gewünschten Gewichtsverhältnis 5 Stunden in reinem Alkohol zusammengemahlen, worauf das Ganze auf eine Temperatur zwischen ι ioo und 1200° C in Sauerstoff erhitzt wird. Für einige Magnetkerne, die aus auf diese Weise hergestellten Materialien bestehen, sind in nachstehender Tabelle die Zusammensetzung, der Wert des Quo-

tienten -^-, der Wert von (R_s)_max und der Wert von

■t>cl

H_c angegeben.

15 Zusammensetzung	Br	(Rs)max	(in örsted)
₂₀ Lio.46^Nio,o8 Fe₂₄₆ O₄.... Li₀,42^Nio,i6^Fe₂,₄₂0₄....	Bei	o,75 o,79 0,72	3,5 3,6 3,6
0,90 0,91 0,90

Die Rechteckform der Hystereseschleife der betreffenden Magnetkerne läßt sich noch durch Erhitzen, vorzugsweise auf Curietemperatur, und anschließendes Abkühlen in einem Magnetfeld verbessern. Bei einem Magnetkern mit der Zusammensetzung entsprechend der Formel Li₀₄₇ Ni_0i06 Fe₂₄₇ O₄ gelang es auf diese Weise, den Wert von (Ä_s)_moa! von 0,75 auf 0,85 zu erhöhen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Lithium-, Nickel- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1100 bis 1200⁰ C erhitzt wird,, wobei die Anteile von Lithium-, Nickel- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

entsteht, wobei χ zwischen 0,40 und 0,48 liegt.
2. Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Verbindung besteht.
3. Verfahren zur Verbesserung der Rechteckform der Hystereseschleife eines Magnetkernes gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern vorzugsweise mindestens auf Curietemperatur erhitzt und anschließend in einem Magnetfeld abgekühlt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 831 672;
deutsche Patentanmeldung ST 4840, 80 b;
»VDE-Fachberichte«, 16. Bd., 1952, S. 1/6
und I/11.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 738/295 12.56 (809 541/11 6.58)