DE976166C

DE976166C - Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Werkstoffes fuer Magnetkerne, die eine nahezurechteckfoermige Hystereseschleife aufweisen

Info

Publication number: DE976166C
Application number: DEN9921A
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: 1963-05-09
Also published as: ES219082A1; US2882235A; FR1116093A; NL82273C; GB759245A; CH333347A; BE534272A

Description

AUSGEGEBEN AM 9. MAI 1963

N 9921 VIb ί 80b

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für viele Anwendungen wichtig. Diese Kernart wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« benutzt (siehe z. B. W. N. Papian, »Proceedings of the I. R. Ε.«, April Ι95²> S. 475 bis 478. und D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg, »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Speicher finden z. B. bei Rechenmaschinen und automatischen Piloten sowie bei magnetischen Schaltern Anwendung.

Das Maß, das angibt, wie weit die Form der Hystereseschleife sich der Rechteckform nähert, kann auf verschiedene Weise quantitativ zum Ausdruck gebracht werden. Ein übliches Maß ist z.B. der Quotient -^~-.

Zur Erläuterung der Bedeutung dieses Ausdruckes sei auf Fig. ι hingewiesen, die eine schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungs-Magnetisierungskurve ist. In dieser Figur stellt B_r die remanente Induktion dar und B α die Induktion, bei der sich die Hystereseschleife gerade schließt. In der Praxis ist es häufig schwierig, B_ci genau zu messen. Es wird aber ein annähernd richtiger Wert für B_ci dadurch gefunden, daß der Mittelwert der Induktionen

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nach teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung) genommen wird, wobei die beiden Induktionen bei der gleichen derart gewählten Feldstärke gemessen sind, daß die erwähnten Induktionen um mehr als i°/_0: aber weniger als 3°/₀ voneinander abweichen. In dieser Weise wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse ermittelt; für die Messungen wurde ein ballistisches Galvanometer verwendet ίο (s. Bozorth, »Ferromagnetism«, New York, 1951,

■n

S. 843). Der Quotient -—■ wurde stets gemessen an

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einem ringförmigen Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Außendurchmesser, der höchstens 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 sei auf die vorerwähnte Literatur hingewiesen. Vollständigkeitshalber folgt hier eine kurze Erörterung unter Hinweis auf Fig. 2, eine ebenfalls schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve, die sich auf einen Fall bezieht, in dem mit der Entmagnetisierung bereits vor der magnetischen Sättigung begonnen wurde. Die Größe {R_s)max ist folgendermaßen definiert:

Der Quotient

ist eine Funktion der angelegten größten Feldstärke R_n. Es zeigt sich, daß dieser Quotient bei einem bestimmten Wert von H_m, der zumeist wenig von der Koerzitivkraft H_c 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 B(Hm) und .B(_.jH_m) können wieder unter Zuhilfenahme eines ballistischen Galvanometers angestellt werden. Als Meßobjekte für die Ermittlung der im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse dienten auch in diesem Fall ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des magnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Außendurchmesser, der höchstens dem i,6fachen Innendurchmesser entspricht.

Bei den Anwendungen von ferromagnetischen Materialien mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife handelt es sich meist um Wechselströme von hoher Frequenz, und es kommt also darauf an, die Wirbelströme soweit wie möglich zu unterdrücken. Bei der Verwendung von ferromagnetischen Legierungen kann dies in gewissem Maße dadurch erfolgen, daß die Magnetkerne aus voneinander isolierten, sehr dünnen Schichten des ferromagnetischen Materials aufgebaut werden. Es ist aber äußerst schwer, aus sehr dünnen Schichten Kerne mit einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife aufzubauen. Es ist daher bei hohen Frequenzen vorteilhaft oder sogar notwendig, magnetisch weiche, ferrioxydhaltige Stoffe von Spinellstruktur zu verwenden. Diese Stoffe haben nämlich eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit.

Hauptbedingung für die Brauchbarkeit der vorerwähnten Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist weiter, daß dieKoerzitivkraft (H_c) klein ist (zweckmäßignichthöherals 10 örsted und vorzugsweise sogar niedriger als 4 Örsted), da sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch werden.

Gemäß der Erfindung hat es sich nun ergeben, daß Ferrit-Werkstoffe für Magnetkerne, die solche rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch erhalten werden können, daß ein Gemisch aus Lithium-, Kupfer- 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-, Kupfer- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

entsteht, wobei χ zwischen 0,25 und 0,40 liegt.

Magnetkerne, die aus mindestens einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung bestehen, erfüllen folgende Bedingungen:

JB₁ B₁,

> 0,7,

(Rs)max> 0,6,

H₀ < 4,0 Örsted.

Derartige Magnetkerne eignen sich somit vortrefflich für die vorerwähnten Verwendungszwecke.

Beispiel

Ein Gemisch von Lithiumkarbonat und Eisenoxyd wird 8 bis 10 Stunden in reinem Alkohol oder wasserfreiem Benzol gemahlen und anschließend 1 Stunde bei 750° C in einem Gasgemisch von 1 Volumteil Kohlendioxyd auf 6 Volumteile Sauerstoff vorgebrannt. Nach Abkühlung wird das Reaktionsprodukt dann noch einige Zeit, z. B. 2 Stunden, in reinem Alkohol gemahlen. Bei richtiger Wahl des Verhältnisses der Mengen Lithiumkarbonat und Eisenoxyd, von dem ausgegangen wird, besteht das Reaktionsprodukt aus einer Verbindung, deren Zusammensetzung im wesentlichen der Formel Li_0j5Fe₂₍₅O₄ entspricht.

Weiter wird ein vorgebranntes Gemisch von Kupferoxyd und Eisenoxyd hergestellt. Zu diesem Zweck wird ein Gemisch dieser Stoffe, das Kupfer und Eisen in einem Atomverhältnis von 1: 2 enthält, 10 Stunden in Alkohol gemahlen und anschließend 1 Stunde bei 750⁰ C in einer Sauerstoffatmosphäre gebrannt. Das Reaktionsprodukt wird nach Abkühlung 2 Stunden in Alkohol gemahlen. iao

Für die Endreaktion wird die Verbindung

Li_MFe_2>50₄

mit dem vorgebrannten Gemisch von Kupferoxyd und Eisenoxyd, im gewünschten Gewichtsverhältnis gemischt, 5 Stunden in reinem Alkohol gemahlen und

das Ganze bei einer Temperatur zwischen iioo und 1200° C in Sauerstoff gesintert. Von einigen so hergestellten Magnetkernen sind in der folgenden Tabelle

die Zusammensetzung, der Wert des Quotienten -=*-,

^Jel

der Wert von [R_s)max und der Wert von H_c angegeben.

Zusammensetzung	B_r	(R_s)max	(in Örsted)
^Lio,4oCu₀,₂₀Fe_2>40O₄ .. Lio,37C^uo,26Ee₂^O₄ .. Lio,32Cu_0l3eFe_2i320₄ .. ^Li0,30^Cu0,40^Fe2,30°4 · · ^Li0,2B^Cu0,50^Fe2,25O₄..	*Bei*	0,70 0,65 0,71 0,65 o,75	2,8o 2,75 2,45 1,50 1,50
O,8₉ 0,88 0,88 0,88 0,90

Die Rechteckform der Hystereseschleife der betreffenden Magnetkerne läßt sich noch durch Erhitzung, vorzugsweise auf Curietemperatur, und anschließendes Abkühlen in einem Magnetfeld verbessern. Bei einem Magnetkern mit der Zusammensetzung entsprechend der Formel

^Li0,30^Cu0,40^Fe2,30°4

erwies es sich als möglich, in dieser Weise den Wert {R_a)max von 0,65 auf 0,80 zu steigern.

Claims

Patentansprüche:

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

U_xCu_{l__2as) Fe_(2+a.) O₄

entsteht, wobei χ zwischen 0,25 und 0,40 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:

Belgische Patentschrift Nr. 493081;

schweizerische Patentschriften Nr. 247856, 256023;

deutsche Patentanmeldungen St 4840 VIb 180 b (bekanntgemacht am 9. 7. 1953), St 5553 VIb/ b (bekanntgemacht am 4. 2.1954), St 3949 VIb/ b (bekanntgemacht am 7.8.1952), N 773 VIIIb/ 21g (bekanntgemacht am 17. 1. 1952);

»Physica«, 3 (1936), S. 463 bis 483;

Philips Technische Rundschau, 1946, S. 353 bis 360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 659/393 10.56 (309 571/4 5.63)