DE970458C - Weichmagnetisches Kernmaterial aus Nickel-Zink-Ferrit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Nickel-Zink-Ferrits vom Spinelltyp mit einem den entsprechenden Nickeloxydanteil ersetzenden Kupferoxydgehalt von ι bis 8 Molprozent als weichmagnetisches Kernmaterial mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, einer hohen Anfangspermeabilität und einem hohem elektrischen Einheitswiderstand.

Die Ferrite enthalten bekanntlich eine oder mehrere binäre Verbindungen der Formel M Fe₂ O₄ (oder MOFe₂O₃), worin M ein zweiwertiges Metall bedeutet. Die gebrannten oder gesinterten Ferrite oder Mischungen derselben liegen gewöhnlich in Form von Mischkristallen vor, sie bestehen also aus Verbindungen, bei denen zwei oder mehrere Ferrite chemisch gebunden sind und eine einzige homogene kristalline Verbindung bilden. Die magnetischen Eigenschaften, dieser Verbindungen hängen im hohen Maße von dem Metall oder den Metallen M ab, deren man sich bei der Herstellung der Verbindungen bedient hat. So sind beispielsweise bestimmte Kobalt-Ferrite und Kobalt-Nickel Ferrite harte (permanente) magnetische Stoffe, während gemischte Ferrite, die wesentliche Mengen Zink-Ferrit enthalten, Beispiele für weichmagnetisc'he Stoffe, d. h. also für Stoffe mit geringer Koerzitivkraft sind.

Gemischte Zink-Ferrite einschließlich Nickel-Zink-Ferriten sind bekannt, wie sich z. B. aus der USA.-Patentschrift 2452 530 ergibt. Sie enthalten

Zink-Ferrit mit einem niedrigen Curiepunkt in Verbindung mit einem oder zwei Ferriten mit einer kubischen Kristallstruktur und einem hohen Curiepunkt, wie z. B. Nickel-Ferrit, so daß man Stoffe mit dazwischenliegenden Curiepunkten zwischen 40 und 250⁰ C erhält. Diese aus drei Komponenten gemischten Zink-Ferrite haben eine große chemische Stabilität und damit beim Abkühlen eine Homogenität, die eine gute Permeabilität begünstigt. Die letztere Eigenschaft hängt von dem besonderen Verfahren ab, nach dem der Stoff hergestellt wurde, wie z. B. davon, wie oft das Material einer erneuten Sinterung unterworfen worden ist. Fernerhin spielt hier die Erhitzungszeit in einer Sauerstoffatmosphäre eine Rolle.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß man erhebliche Verbesserungen bestimmter Eigenschaften von Nickel-Zink-Ferriten erzielen kann, indem man eine genau begrenzte, geringe Menge Kupferoxyd als vierten Oxydbestandteil unter entsprechender Verminderung des Nickeloxydanteiles in den aus drei Komponenten bestehenden Ferrit einbringt. Der Eisenoxydgehalt des Ferritmaterials soll dabei auf wenig unter 50 Molprozent gehalten werden.

Kupferoxyd wurde zwar schon früher als Bestandteil von Mischf erriten verwendet, doch geschah dies immer in verhältnismäßig großen Mengen und nur zusammen mit zwei anderen Komponenten. Gemäß der Erfindung erzielt man durch Verwendung von Nickel-Zink-Kupfer-Ferriten, welche 1 bis 8 Molprozent, zweckmäßig 2 bis 6 Molprozent Kupferoxyd, etwas weniger als 50 Molprozent Eisenoxyd, 28 bis 38, zweckmäßig 28 bis 32% Zinkoxyd, Rest Nickeloxyd enthalten, gegenüber allen anderen vergleichbaren, bekannten Ferriten ein weichmagnetisches Kernmaterial mit beträchtlich verbesserten Permeabilitäten und höheren Widerstandseigenschaften gegenüber Wechsel- und Gleichstrom. Die Ferrite gemäß der Erfindung zeichnen sich fernerhin durch ihre hohen Q-Werte und bessere magnetische Gesamteigenschaften insbesondere bei hohen Frequenzen aus. Weiterhin wurde festgestellt, daß diese verbesserten Ergebnisse ohne Einhaltung besonderer Brennbedingungen, wie z. B. Brennen in einer Sauerstoffatmosphäre gemäß der obengenannten USA.-Patentschrift, und bei um rund ioo° C niedrigeren Sintertemperaturen als bisher erreicht werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in welcher die einzelnen. Figuren die Eigenschaften von erfindungsgemäß zu verwendenden Mischferriten und die Änderung bestimmter Eigenschaften eines Nickel-Zink-Ferrits zeigen, wenn man verschiedene Mengen Kupferoxyd zugibt.
In der Zeichnung ist

Fig. ι eine Darstellung der Änderung der Wider-Standseigenschaften in Abhängigkeit von einer Änderung des Kupferoxydgehaltes,

Fig. 2 ein Bild der normalen Magnetisierungskurven von Nickel-Zink-Ferrit-Zusammensetzun gen, welche gewisse näher angegebene Mengen Kupferoxyd enthalten und bei einer Brenntemperatur von 1200⁰ C hergestellt wurden,

Fig. 3 ein Bild, welches erkennen läßt, wie die Magnetisierungskurven beeinflußt werden, wenn man die Brenntemperatur eines kupferfreien Ferrits aus 50 Molprozent Fe₂O₃, 20 Molprozent NiO und 30% ZnO verändert, und

Fig. 4, 5 und 6 Kurvenbilder der Induktion als Funktion einer Zusammensetzung mit einem Kupferoxydgehalt für 0,2 bzw. ι bzw. 60 örsted.

Die in Fig. 1, 2 und 4 bis 6 aufgetragenen Ergebnisse wurden mit einer Reihe von Ferriten erzielt, die aus 48 Molprozent Fe₂ O₃ und 30 Molprozent ZnO, jedoch mit verschiedenen Mengen CuO und Ni O hergestellt wurden. Wenn der Cu O-Gehalt erhöht wurde, so wurde der Gehalt an Ni O gesenkt, indem die Summe von CuO + Ni O=22 MoI-prozent gehalten wurde. In dieser Reihe wurden Proben ohne CuO und mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 14, 17 und 20 Molprozent CuO hergestellt. Alle Proben wurden 4 Stunden lang bei 1200⁰ C gebrannt.

Fig. ι zeigt, wie sich die Widerstandseigenschaften mit dem Prozentgehalt von CuO ändern. Aus den dargestellten Ergebnissen ist ersichtlich, daß man den höchsten Einheitswiderstand von wesentlich oberhalb 2· io⁸ Ohm/cm erhält, wenn das Ferrit 2 bis 6, zweckmäßig 3 bis 4 Molprozent CuO enthält.

Von den Proben wurden auch normale Magnetisierungskurven aufgetragen, die in Fig. 2 ersichtlich sind. Zwecks, besserer Klarheit des Kurvenbildes wurden Kurven von nur etwa der Hälfte der Proben dargestellt. Bei Zugabe einer kleinen Menge CuO steigt sowohl die Permeabilität als auch die maximale Induktion an. Dies entspricht dem Anstieg bei einem Nickel-Zink-Ferrit ohne CuO-Gehalt, wenn man das Produkt mit immer höheren Temperaturen brennt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die Vergleichszwecken dient. Das der Fig. 3 zugrunde liegende Material enthält 50 Molprozent Fe₂O₃, 20 Molprozent NiO und 30 Molprozent ZnO und wurde 4 Stunden lang bei den angegebenen Temperaturen gebrannt. Die Zusammensetzung ist ähnlich derjenigen der Zusammensetzungen nach Fig. 2, enthält jedoch kein CuO, und man sieht, daß die beiden normalen Magnetisierungskurven bei 1200⁰ C nahezu identisch sind. Die Kurve dieser' Reihe für einen CuO-Gehalt von 2% ist mit der Kurve der Zusammensetzung nach Fig. 3 bei einer Brenntemperatur von etwa 1300⁰ C vergleichbar. Geht man von einem Ni-Zn-Ferrit, das bei 1200⁰ C gebrannt wird aus, so erhält man also bei allen Werten von. H eine Verbesserung der Induktion sowohl durch Zugabe von 2% CuO als auch durch Erhöhung der Brenntemperatur auf 1300⁰ C. EineErhöhung des, CuO-Gehaltes auf 6^fl/o oder eine Erhöhung der Brenntemperatur auf 1390⁰ C erhöht die Induktion bei den H-Werten unter 1 Örsted, vermindert jedoch die Induktion über ι örsted. Ein Vorteil der Zugabe von CuO zu den Nii-Zn-Ferriten besteht also darin, daß man bei einer gegebenen Brenntemperatur verbesserte

Induktionswerte erzielen kann oder, umgekehrt, daß es möglich ist, einen bestimmten Induktionswert bei einer niedrigeren Brenntemperatur und somit verringerten Herstellungskosten zu erreichen. Es scheint, daß die Zugabe von Cu O innerhalb bestimmter Grenzen die Bildung der gewünschten Spinellstruktur verbessert.

In Fig. 4 sind Induktionswerte von Reihen von Ferriten als Funktion des Kupferoxydgehaltes bei ίο o,2 örsted aufgetragen. Fig. 5 ist eine ähnliche Kurve bei ι örsted und Fig. 6 eine soldhe bei 6o örsted. Aus diesen drei Figuren ist ersichtlich, daß die Induktion in allen Fällen durch die Zugabe von ι bis 8'% CuO verbessert wird. Die zweckmäßigste Zugabemenge hängt von dem Verwendungszweck ab, dem das Material dienen soll. Betrachtet man eine Feldstärke von 1 Örsted, so ergeben 4 bis 6% CuO die höchste Induktion und Permeabilität. Wenn das Material auf höhere Η-Werte gebracht werden soll, so ergeben etwa 2*/o CuO die besten Ergebnisse. Ist ein hoher Ein,-heiitswi'derstarad erwünscht, so wählt man zweckmäßig 3 bis 4°/o CuO, wie dies die in Fig. 1 aufgetragenen Ergebnisse erkennen lassen. Die Dielektrizitätskonstanten aller Stoffe waren ungefähr die gleichen und betrugen etwa 15,5 bis 24,1 im Frequenzbereich von 0,6 bis 5 Meghertz. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß man tatsächliche und wesentliche Verbesserungen der elektrischen Widerstandseigenschaften und der magnetischen Eigenschaften von Nickel-Zink-Ferriten erzielen kann, indem man den Ni O-Gehalt durch 1 bis 8 Molprozent, zweckmäßig 2 bis 6 Molprozent CuO ersetzt. Wie gezeigt, sind die Anteilmengen z. B. deswegen wesentlich, weil die Werte des Einheitswiderstandes mit Zugabe von wenigen Prozent CuO plötzlich ansteigen und ebenso schnell abnehmen, wenn der Cu O-Gehalt 8 Molprozent wesentlich überschreitet.

Gemäß der Erfindung verwendet man die vorstehend beschriebenen kupferhaltigen, weichmagnetischen Mischferrite als Kernmaterial. Bei einem Gehalt von etwa 4 Molprozent Cu O werden die Mischferrite bevorzugt für Ablenktransformatoren in Fernsehgeräten verwendet.

Wie bereits gesagt, erzielt man die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Ferrite schon bei verhältnismäßig niedrigen Sintertemperaturen¹ in Luft. Eine besondere Atmosphäre, wie z. B. eine Sauerstoffatmosphäre, ist also nicht erforderlich, obwohl eine solche gegebenenfalls auch angewendet werden kann. Obwohl eine Sintertemperatur von 1200⁰ C bevorzugt ist, ist die Erfindung hierauf doch nicht beschränkt. Man kann· auch höhere oder niedrigere Sintertemperatureni anwenden, wobei man dann Änderungen in den Eigenschaften der gesinterten Produkte erhält, die etwa denjenigen der reinen Nickel-Zink-Ferrite nach Fig. 3 entsprechen.

Zusammengefaßt, besitzen die mit Kupfer modifizierten Ferrite, verglichen mit den entsprechenden unmodinzierten Nickel-Zink-Ferriten und den bekannten, größere Mengen Kupfer enthaltenden Dreikomponentenferriten, eine höhere Permeabilität mit einem höheren Einheitswiderstand, und sie zeigen zusätzlich ein besseres Verhalten bei Frequenzen von ι Meghertz und darüber.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verwendung von Nickel-Zink-Ferriten mit Gehalten von etwas weniger als 50 Molprozent Eisenoxyd, 28 bis 38 Molprozent Zinkoxyd, 1 bis 8 Molprozent Kupferoxyd, Rest Nickeloxyd als weichmagnietisches Kernmaterial, insbesondere für Ablenktransformatoren in Fernsehgeräten.

2. Verwendung eines Kupferoxyd enthaltenden Nickel-Zink-Ferrits nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 2 bis 6 Molprozent Kupferoxyd, 47 bis 49 Molprozent Eisenoxyd, 32 bis 38 Molprozent Zinkoxyd und 19 bis 7 Molprozent Nickeloxyd.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschrift Nr. 887 083; belgische Patentschrift Nr. 493 081; schweizerische Patentschrift Nr. 260 717; USA.-Patentschrift Nr. 2 452 530;

»New Developments in ferromagnetic Materials«, J. L. S η ο e k , 1949, S. 69, 70, jy und 78;

Zeitschrift: »Philips Technische Rundschau«, Dezember 1946, S. 355;

»Zeitschrift für Physikalische Chemie«, Abt. B, 1935, Bd. 31, S. ι bis 7;

»Physica III«, Nr. 6, »Magnetic and Electrical Properties of the Binary Systems Mo-Fe₂O₃*, J. L. Snoek, 1936, S. 463, 474 bis 476, 481 und 482.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

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