DE973822C

DE973822C - Magnetkern und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE973822C
Application number: DEN7434A
Authority: DE
Inventors: Frank Gottlieb Brockman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1952-07-10
Filing date: 1953-07-09
Publication date: 1960-06-15
Also published as: ES210199A1; US2985939A; FR1081097A; BE521341A; JPS301526B1

Description

AUSGEGEBEN AM 15. JUNI 1960

N 7434 VIIIc/21 g

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetkerne aus ferromagnetischem Ferritmaterial und mit einer über einen gewünschten Temperaturbereich im wesentlichen konstanten Permeabilität sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Kerne.

Unter »Permeabilität« ist im vorliegenden Fall -J=T-J H — 0 zvl verstehen, wobei B die Induktion und H die Feldstärke bei einem Magnetisierungsverfahren gemäß der sogenannten jungfräulichen Magnetisierungskurve (Neukurve) darstellt.

Unter Ferritmaterialien sind im vorliegenden Fall ferromagnetische Stoffe zu verstehen, von denen der für die magnetischen Eigenschaften wesentliche Bestandteil. durch praktisch homogene, kubische ferromagnetische Kristalle mit Spinellstruktur von wenigstens einem Ferrit der Formel M Fe₂O₄ gebildet wird. In der Formel M Fe₂O₄ kann M auch einen Komplex darstellen, z. B. (Li₀₅Fe_0>5 ⁺⁺⁺). Viele dieser Stoffe haben Anwendung gefunden als Kernmaterial zur Verwendung bei hohen Frequenzen, unter anderem in Induktionsspulen für Permeabihtätabstimmung.

Magnetkerne für solche Induktionsspulen sollen eine Permeabilität haben, die sich möglichst wenig mit der Temperatur ändert. Im allgemeinen ist es außerordentlich schwierig, wenn nicht praktisch unmöglich, einen Ferritkern herzustellen, der eine im wesentlichen konstante Permeabilität über einen ausgedehnten Temperaturbereich hat.

Es ist bekannt, einen ringförmigen Magnetkern aus aufeinandergelegten Einzelkernen mit verschiedenem, vorzugsweise entgegengesetztem Temperaturkoeffizienten der Permeabilität zusammenzusetzen

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derart, daß die Temperaturabhängigkeit des ganzen Magnetkernes möglichst gering ist. Dies führt zu guten Ergebnissen bei Verwendung von Materialien, die im gewünschten Temperaturbereich einen praktisch konstanten positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität haben.

Bei der Herstellung eines solchen Kernes unter Verwendung von Ferritmaterial stößt man jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten. Ferrite, insbesondere ι ο Nickel-Zink-Ferrite, haben in größerem Abstand unterhalb des Curiepunktes zwar einen etwas konstanten positiven Temperaturkoeffizienten der Permeabilität, jedoch weisen sie nur in einem schmalen, dicht unterhalb des Curiepunktes gelegenen Temperaturbereich einen sehr starken und außerdem nicht konstanten negativen Temperaturkoeffizienten auf. Es war also zunächst nicht zu erwarten, daß sich auch bei Ferriten durch Aufbau aus verschiedenen Materialien ein Kern mit in einem verhältnismär ig breiten Temperaturbereich konstanter Permeabilität herstellen läßt. Überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, daß man einen aus wenigstens zwei Schichten aus ferromagnetischem Material mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität bestehenden Magnetkern mit einer über einen weiten Temperaturbereich im wesentlichen konstanten Permeabilität erhält, wenn gemäß der Erfindung die Schichten aus gesinterten Ferritkernen bestehen, von denen einer einen Curiepunkt zwischen 20 und 110° C und ein anderer einen Curiepunkt oberhalb 110⁰C aufweist, und durch Sintern miteinander verbunden sind. Unter »Curiepunkt« ist dabei die niedrigste Temperatur zu verstehen, bei der das Material als für praktische Zwecke nicht ferromagnetisch anzusehen ist. Ein solcher Magnetkern kann bei Temperaturen betrieben werden, die oberhalb des niedrigsten Curiepunktes der verschiedenen Ferritmaterialien liegen.

Die Teilkerne werden derart zusammengefügt, daß bei Verwendung des zusammengesetzten Kernes die Richtung der Kraftlinien parallel zur Berührungsfläche der beiden Teilkerne verläuft.

Zweckmäßig wird der Magnetkern nach der Erfindung dadurch hergestellt, daß, ausgehend von zwei Pulvermassen, von denen die erste aus einem ferromagnetischen Ferritmaterial mit einem Curiepunkt zwischen 20 und iio° C und die zweite aus einem ferromagnetischen Ferritmaterial mit einem Curiepunkt oberhalb iio° C be'steht und beide Ferritmaterialien untereinander verschiedene Temperaturkoeffizienten der Permeabilität aufweisen, eine der beiden Pulvermassen in eine Preßform eingeführt, ihre Oberfläche geebnet, die andere Pulvermasse der erstgenannten überlagert wird und dann die Pulver zu einem geschichteten Kern gepreßt und gesintert werden. Beim Sintern können die Ferrite etwas ineinanderdiffundieren; die Diffusion kann aber weitgehend durch genaue Einstellung der Sintertemperatur und der Sinterdauer beschränkt werden.

Die Erfindung wird an Hand einiger Figuren beispielsweise näher erläutert.

'Der in Fig. 1 dargestellte Kern 1 ist aus zwei Schichten 2 und 3 aufgebaut, die beide aus ferromagnetischem Ferritmaterial bestehen; die Kurven 10 und 12 nach Fig. 2 stellen die Permeabilität-Temperaturcharakte-

: ristiken der beiden Ferritstoffe dar, aus denen die Schichten 2 bzw. 3 bestehen. Die Permeabilität-Temperaturcharakteristik des zusammengesetzten Kernes 1 wird durch die Kurve 15 nach Fig. 2 dargestellt. Die beiden den Kern bildenden Schichten bestehen aus Nickel-Zink-Ferrit. Das Ferrit für die eine Schicht wurde dadurch hergestellt, daß 15 Molprozent Nickeloxyd, 35 Molprozent Zinkoxyd und 50 Molprozent dreiwertiges Eisenoxyd gemischt, das Gemisch ge-

• sintert und das so erhaltene Ferrit nach Abkühlung gepulvert worden ist. Das für die andere Schicht -bestimmte Ferrit wurde in gleicher Weise hergestellt, wobei aber von 20 Molprozent Nickeloxyd, 30 MoI-

j prozent Zinkoxyd und 50 Molprozent dreiwertigem

! Eisenoxyd ausgegangen wurde.

Das erstgenannte gepulverte Ferrit wurde in eine 8a ringförmige Matrize eingeführt und die Oberfläche der Masse sorgfältig geebnet, wonach das andere, gleichfalls gepulverte Ferrit darübergeschüttet wurde. Die Gewichtsmenge des letztgenannten Ferrits war das Neunfache derjenigen des erstgenannten Pulvers. Die Pulver wurden unter einem Druck von etwa 1 t/cm² gepreßt und 1 Stunde bei 1250° C gesintert. Der erhaltene Kern hatte eine geschichtete Struktur (Fig. 1) und eine durch die Kurve 15 nach Fig. 2 dargestellte Permeabilität-Temperaturcharakteristik.

Ein ähnlicher Kern wurde aus den gleichen Ferritstoffen, jedoch in zueinander gleicher Menge hergestellt. In Fig. 3 sind die Permeabilität-Temperaturcharakteristiken der gesonderten Ferrite und des zusammengesetzten Kernes dargestellt. Der zusammengesetzte 'Kern ist aus zwei Schichten aufgebaut, die je aus den oben beschriebenen Ferriten bestehen. Die Kurve 16 stellt die Permeabilität-Temperaturcharakteristik des zusammengesetzten Kernes dar.

Claims

100 Patentansprüche:

1. Magnetkern mit einer über einen weiten Temperaturbereich im wesentlichen konstanten Permeabilität, der aus wenigstens zwei Schichten aus ferromagnetischem Material mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus gesinterten Ferritkernen bestehen, von denen einer einen Curiepunkt zwischen 20 und 110° C und ein anderer einen Curiepunkt oberhalb 110⁰C aufweist, und durch Sintern miteinander verbunden sind.

2. Verwendung eines Magnetkerns gemäß Anspruch ι bei Betriebstemperaturen, die oberhalb des niedrigsten Curiepunktes der verschiedenen Ferritmaterialien liegen.

3. Magnetkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten aus Nickel-Zink-Ferrit bestehen.

4. Magnetkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Schichten aufgebaut ist, von denen die eine aus einem Ferrit aus 15 Molprozent Nickeloxyd, 35 Molprozent Zinkoxyd und 50 Molprozent dreiwertigem Eisenoxyd und die andere aus einem Ferrit aus 20 Molprozent Nickeloxyd, 30 Molprozent Zinkoxyd und 50 Molprozent dreiwertigem Eisenoxyd besteht und die Gewichts-

menge der letzteren Schicht etwa das Neunfache der ersteren Schicht beträgt.

5. Magnetkern nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Schichten aufgebaut ist, von denen die eine aus einem Ferrit aus 15 Molprozent Nickeloxyd, 35 Molprozent Zinkoxyd und 50 Molprozent dreiwertigem Eisenoxyd und die andere aus einem Ferrit aus 20 Molprozent Nickeloxyd, 30 Molprozent Zinkoxyd und 50 Molprozent dreiwertigem Eisenoxyd besteht und die Gewichtsmengen der beiden Schichten einander etwa gleich sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von zwei Pulvermassen, von denen die erste aus einem ferromagnetischen Ferritmaterial mit einem Curiepunkt zwischen 20 und no⁰ C und die zweite aus einem ferromagnetischen Ferritmaterial mit einem Curiepunkt oberhalb iio° C besteht und beide Ferritmaterialien untereinander verschiedene Temperaturkoeffizienten der Permeabilität aufweisen, eine der beiden Pulvermassen in eine Preßform eingeführt, ihre Oberfläche geebnet, die andere Pulvermasse der erstgenannten überlagert wird und dann die Pulver zu einem geschichteten Kern gepreßt und gesintert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 539 491, 665 776, 450560, 549⁶⁶O;

deutsche Patentanmeldung K 8072/21 g (bekanntgemacht am 11.10.1951);

österreichische Patentschrift Nr. 167 377 ;

schweizerische Patentschriften Nr. 247 856, 254 931; französische Patentschrift Nr. 906 784;

USA.-Patentschrift Nr. 2 158 132;

Zeitschrift »Metall«, Januar 1953, S. 1 bis 9;

»Zeitschrift für Metallkunde«, 1941, S. 175 bis 185;

»Physikalische Zeitschrift«, Bd. 39, 1938, S. 208 bis 212;

»Physica«, III, Nr. 6, S. 482, Juni 1936;

»Technische Mitteilungen Krupp«, Dezember 1934, S. 127 und 128.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen