DE976406C

DE976406C - Verwendung eines gebrannten Produktes als ferromagnetische Masse

Info

Publication number: DE976406C
Application number: DEST4840A
Authority: DE
Inventors: Ernst Albers Dr Schoenberg
Original assignee: Steatite Research Corp
Current assignee: Steatite Research Corp
Priority date: 1951-10-30
Filing date: 1952-05-14
Publication date: 1963-08-29
Also published as: CH308111A; IT492518A; GB697219A; FR1053464A; NL100081C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Sinterproduktes des Oxydsystems MgO—MnO—Fe₂O₃ als ferromagnetische Masse, insbesondere für geformte Magnetkerne, die eine Hysteresisschleife von angenähert quadratischer oder reckteckiger Form besitzen.

Es wurden bereits ferromagnetische Körper vorgeschlagen, die im wesentlichen aus dem Oxyd des zweiwertigen Magnesiums und dem Oxyd des dreiwertigen Eisens bestehen, wobei das Verhältnis der beiden Oxyde zwischen 1,2:1 und 3:1 liegt. Bei der Herstellung dieser Körper werden die reinen Bestandteile gründlich gemischt, verformt und bei keramischen Brenntemperaturen gebrannt. Die anfallenden Produkte zeichnen sich durch ihre stark isolierenden Eigenschaften aus, insbesondere wenn die Brenntemperatur nicht zu hoch war. Um die Brenntemperatur herabzusetzen, war eine dritte Komponente, ein Manganoxyd, Zinkoxyd oder ein ähnliches das Fließen begünstigendes Oxyd, in einer Menge von wenigen Gewichtsprozenten vorgeschlagen.

Es wurde nun gefunden, daß gewisse dieser Körper eine sehr ungewöhnliche und sehr interessante Eigenschaft aufweisen, dadurch, daß sie eine rechteckige oder quadratische Hysteresis-

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schleife ergeben, d. h., der Restmagnetismus B_T ist fast ebenso hoch wie die Sättigungsfluß dichte B_s, und es sind zwei scharfe Ecken an den Umkehrpunkten der Schleife vorhanden. Wenn die Hysteresisschleife genau rechtwinklig oder quadratisch wäre, so würde naturgemäß das Verhältnis B_rIB_s=x sein, aber für den Zweck dieser Besehreibung wird die Schleife als angenähert quadratisch oder rechteckig angesehen, wenn

ίο B_r :B_S^>o,8 ist. Solche Körper haben wichtige Anwendungsgebiete z. B. in Rechen- oder magnetischen Speichersystemen (memorysystems). Diese Vorrichtungen stützen sich auf quadratische Hysteresisschleifen der oben definierten Art für die Impulsspeicherung und die Schaltwirkung mit Hilfe von großen plötzlichen Änderungen im magnetischen Fluß auf Grund der Form der Schleife. Andere zur Verfügung stehende Materialien für Magnetkerne, z. B. metallische Stoffe, sind in der Aktionsgeschwindigkeit auf relativ niedrige Frequenzen auf Grund von Wirbelstromverlusten begrenzt, aber die keramischen Ferrite mit quadratischen Schleifen können im Mega-Hertzband wegen ihres hohen Widerstandes mit geringen Verlusten verwendet werden.

Die Erfindung soll daher keramische ferromagnetische Stoffe oder Körper schaffen, die quadratische oder rechteckige Hysteresisschleifen aufweisen. Diese und andere hiermit verwandte Ziele werden durch Herstellung von keramischen ferromagnetischen Körpern der folgenden Bestandteile im Bereich der angegebenen Anteilmengen erzielt:

Gewichtsprozent

MgO 10 bis 30 '

MnO₂ 5 bis 40

Fe₂Og 50 bis 70

Im allgemeinen wird angenommen, daß ferritische Stoffe die Zusammensetzung M"O · F₂O₃ besitzen, worin M" ein oder mehrere zweiwertige Metalle darstellt. Wenn jedoch MnO₂ zugefügt ist, kann es im Endprodukt als MnO, Mn₂O₃, als Gemisch von MnO und Mn₂O₃ oder als die Verbindung Mn₃O₄ erscheinen. Da der Oxydationszustand des Mangans im gebrannten Produkt etwas unsicher ist, ist es am besten, die Bestandteile durch die Prozente der Ausgangsstoffe, wie oben geschehen, zu definieren. Die gebrannte Masse besteht wahrscheinlich aus MgO-Fe₂O₃, MgO-Mn₂O₃ und Mn₃O₄. Es ist selbstverständlich, daß geringe Mengen anderer zweiwertiger Metalle zugesetzt werden oder als Ersatz einer äquivalenten Menge von MgO oder MnO vorhanden sein können. Bis zu 5% eines zweiten Schwermetalloxydes, wie Kupferoxyd, Zinkoxyd und bzw. oder Nickeloxyd, können ohne Beeinträchtigung der Rechteck-Charakteristik zugefügt sein. Zugaben von insgesamt 0 bis 5% dieser zweiten Schwermetalloxyde verbessern die Brenneigenschaften des Produktes. Es ist auch möglich, bis zu 4% eines nichtmetallischen oder

, Leichtmetalloxydes, wie Siliciumdioxyd, Aluminiunioxyd, Titanoxyd oder Calciumoxyd, zur Masse zuzusetzen. Eine Zugabe von Siliciumdioxyd z. B. verbessert die Isoliereigenschaften der Masse. Etwa i^fl/o dieser Oxyde sind als Flußmittel wirksam. Magnesiumfluorid kann zum Ersatz eines Teiles des Magnesiumoxydes verwendet werden.

Das Rohgemisch kann somit die folgenden Stoffe in den angegebenen Mengen enthalten:

Gewichtsprozent

MgO 10 bis 30

MgF₂ ο bis 5

MnO₂ 5 bis 40

Fe₂O₃ 50 bis 70

Ein zweites Schwermetalloxyd ο bis 5 Ein oder mehrere das Sintern begünstigende Oxyde einschließlich nichtmetallischer undLeichtmetalloxyde ....'. ο bis 4

Wenn die Menge des MnO₂ nicht höher als 20 °/o ist, ist das Brennen in Luft ausreichend, aber wenn höhere Prozentsätze Manganoxyd zugefügt werden, führt das Brennen in Stickstoff zu besseren Ergebnissen. Die Brenntemperaturen liegen infolge des hohen Magnesiagehaltes oberhalb 1200⁰ C.

Diese und weitere Ziele der Erfindung werden am besten aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Darstellungen verständlich, wenn diese im Zusammenhang mit den Zeichnungen gelesen werden.

Fig. ι ist eine typische Hysteresisschleife von Ferriten der vorliegenden Erfindung; -

Fig. 2 ist ein typischer Toroidkern, an welchem Permeabilitätsmessungen angestellt wurden.

Die Schleife der Fig. 1 ist ähnlich derjenigen, die durch eine Oszillogrammaufnahme des Ferritmaterials nach der Erfindung erhalten wird. Die Sättigungsflußdichte B_s ist angegeben und ebenso der Restmagnetismus B₁.. Die Ecken 10 und 20 zeigen die nahezu quadratischen obenerwähnten Ecken. Aus der Prüfung dieser Figur ist ersichtlich, daß der Restmagnetismus, der in dem Ferrit wirksam gespeichert werden kann, fast so groß ist wie die für die Sättigung erforderliche Flußdichte.

Die folgenden Beispiele erläutern die besonderen

Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel 1

Aus den folgenden Bestandteilen wird in den angegebenen Mengen ein Gemisch hergestellt:

115 Gewichtsprozent

Magnesiumoxyd 21

Magnesiumfluorid 1

Mangandioxyd 6

Zinkoxyd 1

Fe₂O₃ 69

SiO₂ 2

Das Gemisch wird naß in einer Kugelmühle unter Gewinnung einer feinverteilten und gründlich durchgemischten Masse vermählen. .Dem anfallen-

den Pulver wird, falls notwendig, eine kleine Menge Bindemittel, wie Methylcellulose und Wasser, zugegeben, und das Material wird durch Pressen oder Strangpressen verformt. Das Produkt wird dann in Luft 2 Stunden bei 1300 bis 1400⁰ C gebrannt. Das Produkt hat die folgenden Eigenschaften:

Sättigungsflußdichte B_s .... 1200 Gauß

Restmagnetismus B₁. 1000 Gauß

Quotient B_r:B_s 0,83

Koerzitivkraft 2,5 Oersted

Maximale Permeabilität ... 194

Anfangspermeabilität 28

An Stelle des Naßvermahlens in einer Kugelmühle und des Vermischens der Bestandteile können die Bestandteile zuerst in einem Mikrozerkleinerer gemahlen und trocken gemischt werden, oder andere Verfahren zum wirksamen Durchmischen

ao der Bestandteile können angewendet werden.

Beispiel 2

Eine gebrannte Masse wurde aus den folgenden Ausgangsstoffen, wie im Beispiel 1 angegeben, hergestellt.

Gewichtsprozent

MgO 14

^Mn°2 30

Rotes Eisenoxyd 56

Das Brennen wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 1250⁰ C durchgeführt. Das resultierende Produkt hatte folgende Eigenschaften:

Sättigungsflußdichte B_s .... 1650 Gauß

Restmagnetismus B_r i375 Gauß

Quotient B₁.: B_s 0,83

Koerzitivkraft 2,1 Oersted

♦° Maximale Permeabilität ... 315

Anfangspermeabilität 60

Beispiel 3

*⁵ Aus den folgenden Ausgangsstoffen wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, ein gebrannter Körper hergestellt:

Gewichtsprozent

MgO 18

MnO₂ 19

CuO 2

NiO ι

Rotes Eisenoxyd oder Fe₂O₃ 60

Das geformte Gemisch wurde in Luft 2 Stunden bei etwa 1300⁰ C gebrannt.

Das erhaltene Produkt besitzt die folgenden Eigenschaften:

Sättigungsflußdichte B₅ 1400 Gauß

Restmagnetismus B_r 1150 Gauß

Quotient B_r: B_s 0,82

Koerzitivkraft 3,2 Oersted

Maximale Permeabilität ... 200
Anfangspermeabilität 40

Beispiel 4

Aus den folgenden Ausgangsstoffen wurde nach der Arbeitsweise, wie im Beispiel 1 beschrieben, ein geformter Körper hergestellt:

Gewichtsprozent MgO 14

Der geformte Körper wurde in Luft bei etwa C vorgebrannt und dann in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 1225⁰ C fertiggebrannt. Das erhaltene Produkt besitzt die folgenden Eigenschaften :

Sättigungsflußdichte B_s 1470 Gauß

Restmagnetismus B₁. 1170 Gauß

Quotient B₁.: B_s 0,81

Koerzitivkraft ,... 2,4 Oersted

Maximale Permeabilität ... 275

Anfangspermeabilität 52

Die Curie-Temperatur der oben beschriebenen _go Körper liegt zwischen 160 und 280⁰, was reichlich oberhalb der erforderlichen Temperatur für die allgemeine Anwendung ist.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung eine neue Gruppe von ferromagnetischen Stoffen, nämlich sogenannte Rechteck-Ferrite, liefert. Sie sind gekennzeichnet durch hohen Widerstand (wodurch Wirbelstromverluste stark vermindert sind) und durch einen Restmagnetismus, der fast der Sättigungsdichte gleichkommt. Diese Eigenschaften sind einzigartig, und auf Grund dieser einzigartigen Eigenschaften sind die Produkte außerordentlich wertvoll für Rechen- und magnetische Speichersysteme.

Claims

105 PATENTANSPRÜCHE:

1. Verwendung eines bei etwa 1200⁰ C und höher gebrannten Produktes aus etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd, 10 bis no 40 Gewichtsprozent MnO₂ und 50 bis 70 Gewichtsprozent Fe₂O₃ als ferromagnetische Masse, insbesondere für geformte Magnetkerne mit einem Verhältnis von Restmagnetismus zu Sättigungsflußdichte von mindestens 0,8.

2. Verwendung einer Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse bis S Gewichtsprozent Magnesiumfluorid zugesetzt wird.

3. Verwendung einer Masse nach den An-Sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse bis 5 Gewichtsprozent weiterer zweiwertiger Schwermetalloxyde, insbesondere ZnO, NiO und bzw. oder CuO, zugesetzt werden.

4. Verwendung einer Masse nach den An-Sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Masse bis zu 4 Gewichtsprozent von einem oder mehreren, das Sintern begünstigenden Oxyden, insbesondere 1 bis 4 Gewichtsprozent SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ und bzw. oder CaO, zugesetzt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung St 1720 VIb/8ob (bekanntgemacht am 27. 12. 51);
USA.-Patentschrift Nr. 2565 111;
australische Patentschrift Nr. 155273;

Zeitschrift: »Electrical Manufacturing« vom Dezember 1949, S. 87, Fig. 2;

L'Academie des Sciences vom 5. 3. 1951, S. 944fr.;

Proceedings of the Inst, of Electrical Eng., Bd. 97, Teil 2, Nr. 56, S. 248 (1950);

Snock: » New Developments in ferromagnetic Materials«, 1949, S. 21 und 49;

Physical Review, 80 (2), vom 15.10.1950, S. 273; ao

Proceedings of the I.R.E, vom Juni 1950, S. 626 bis 629.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen