DE976924C - Process for producing a magnetic mixed ferrite material and a magnetic core produced therefrom - Google Patents
Process for producing a magnetic mixed ferrite material and a magnetic core produced therefromInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 6. AUGUST 1964ISSUED AUGUST 6, 1964
A7 2336 VIb/8ob A 7 2336 VIb / 8ob
Bei einem ferromagnetischen Kern für hohe Frequenzen, insbesondere für Telephonic- und TeIegraphiezwecke, der im allgemeinen bei niedrigen Induktionen verwendet wird, kommt es auf eine hohe Anfangspermeabilität und niedrige Verluste an. Als ferromagnetisches Material für niedrige Frequenzen wurde früher kompaktes Eisen verwendet. In Wechselfeldern entstanden in dem gut leitenden Metall Wirbelstromverluste, die mit derWith a ferromagnetic core for high frequencies, especially for telephone and telegraphy purposes, which is generally used at low inductions, it comes with a high initial permeability and low losses at. In the past, compact iron was used as a ferromagnetic material for low frequencies. In alternating fields, eddy current losses arose in the highly conductive metal, which with the
ίο Frequenz außerordentlich stark ansteigen. Während man für niedrige Frequenzen diese Wirbelstromverluste durch Lamellierung des Materials und gegenseitige Isolierung der einzelnen Schichten vermindern konnte, genügte diese Maßnahme für höhere Frequenzen keineswegs. Um metallisches Eisen auch bei hohen Frequenzen als Kernmaterial benutzen zu können, hat man es in feinster Unterteilung verwendet und die sogenannten Pulverkerne (Massekerne) hergestellt. Zum Zweck der Isolierung der einzelnen Pulverkörnchen sind diese dann von einem Bindemittel umgeben, das unmagnetisch ist und, ähnlich wie Luftspalte, die Permeabilität wesentlich herabsetzt; bei Eisenmassekernen werden daher nur Permeabilitätswerte zwischen etwa 10 und 40 erreicht. asίο The frequency increases extremely sharply. While for low frequencies these eddy current losses are caused by lamination of the material and could reduce mutual isolation of the individual layers, this measure was sufficient for higher frequencies by no means. To use metallic iron as the core material even at high frequencies To be able to use it, one has used it in the finest subdivisions and the so-called powder cores (Mass cores) produced. For the purpose of isolating the individual powder granules, these are then surrounded by a binding agent that is non-magnetic and, similar to air gaps, the permeability significantly lowers; in the case of iron mass cores only permeability values between approx Reached 10 and 40. as
Hilpert (deutsche Patentschriften 226347 un<i 227 787) hat schon 1909 den Vorschlag gemacht, statt metallischen Eisens kubische Ferrite oder Mischferrite für Hochfrequenzkerne zu verwenden, also oxydische Materialien der Formel MeO · Fe2O3,Hilpert (German patents 226347 and 227 787) made the proposal as early as 1909 to use cubic ferrites or mixed ferrites for high-frequency cores instead of metallic iron, i.e. oxidic materials of the formula MeO · Fe 2 O 3 ,
409 655/19409 655/19
wobei Me wenigstens ein zweiwertiges Metall ist. Er hatte nämlich festgestellt, daß Ferrite weichmagnetische Eigenschaften haben und gegenüber Eisen eine wesentlich geringere Leitfähigkeit aufweisen; der spezifische Widerstand kann z. B. io3 bis io5 oder sogar io7 Ohm · cm betragen. Man erwartete daher, daß die durch Wirbelströme verursachten Verluste daher nicht mehr in Erscheinung treten sollten und daß Ferrite auch bei sehr hohen Frequenzen ohne weiteres geeignet wären.where Me is at least one divalent metal. He had found that ferrites have soft magnetic properties and have a significantly lower conductivity than iron; the specific resistance can e.g. B. io 3 to io 5 or even io 7 ohm · cm. It was therefore expected that the losses caused by eddy currents should no longer appear and that ferrites would be suitable even at very high frequencies.
So hat man auch den Vorschlag gemacht, durch Verwendung von kombinierten Ferriten — bei denen in der obenerwähnten Formel Me aus zwei verschiedenen Metallen besteht — den spezifischen Widerstand noch weiter zu erhöhen.So the suggestion was made, through the use of combined ferrites - at which in the above formula Me consists of two different metals - the specific ones To increase resistance even further.
Trotzdem haben solche kompakten Ferrite bisher keinen Eingang in die Praxis finden können, weil noch immer wesentliche Verluste auftraten. Für die Praxis ist es nämlich wichtig, daß die Gesamtverluste unterhalb eines Höchstwertes bleiben. Die Verluste werden angegeben durch den Verlustfaktor tg<5, der an einem ringförmigen massiven Kern ohne Luftspalt gemessen wird. Bekanntlich gilt die BeziehungNevertheless, such compact ferrites have not yet been able to find use in practice because substantial losses were still occurring. In practice it is important that the total losses stay below a maximum value. The losses are given by the loss factor tg <5, which is measured on an annular solid core without an air gap. As is well known the relationship applies
RR.
wobei R den Verlustwiderstand, L die Selbstinduktion einer auf den Kern gewickelten Spule und ω die Kreisfrequenz bezeichnet. Zu diesen Verlusten gehören außer den bei hohem spezifischem Widerstand vernachlässigbaren Wirbelstromverlusten noch magnetische Verluste, und zwar insbesondere die Hystereseverluste. Die Hystereseverluste können bei derartigen Materialien für Telegraphie- und Telephoniezwecke, die bei kleiner Induktion angewendet werden, vernachlässigt bleiben; die Wirbelstromverluste sind bei einem spezifischen Widerstand von 10 bis 100 Ohm · cm bereits äußerst schwach und können daher ebenfalls vernachlässigt werden. Ferrite zeigen aber aus anderen Gründen noch immer erhebliche Verluste, insbesondere die sogenannten Restverluste. Es war bisher nicht gelungen, diese Verluste auf ein zulässiges Maß herabzusetzen, jedenfalls nicht, ohne dabei auch die Permeabilität wesentlich zu vermindern, wie es z. B. der Fall ist, wenn nach einer bekannten Methode Ferritpulver zu Massekernen verarbeitet wird. Eine Herabsetzung der Verluste auf Kosten der Anfangspermeabilität μ ist jedoch im allgemeinen unvorteilhaft. Man kann diesen Zusammenhang zum Ausdruck bringen durch denwhere R denotes the loss resistance, L denotes the self-induction of a coil wound on the core and ω denotes the angular frequency. In addition to the eddy current losses, which are negligible in the case of a high specific resistance, these losses also include magnetic losses, in particular the hysteresis losses. The hysteresis losses can be neglected in such materials for telegraphy and telephony purposes, which are used with small induction; the eddy current losses are already extremely weak at a specific resistance of 10 to 100 ohm · cm and can therefore also be neglected. However, ferrites still show considerable losses for other reasons, in particular the so-called residual losses. So far it has not been possible to reduce these losses to a permissible level, at least not without significantly reducing the permeability, as z. B. is the case when ferrite powder is processed into mass cores according to a known method. However, a reduction in the losses at the expense of the initial permeability μ is generally disadvantageous. One can express this connection through the
QuotientenQuotient
aus dem Verlustfaktor und derfrom the loss factor and the
Anfangspermeabilität. Ein weichmagnetisches Material ist im allgemeinen um so besser, je kleiner der Wert des erwähnten Quotienten ist. Eine Herabsetzung des Verlustfaktors, z. B. durch Einschalten eines Luftspaltes, wodurch auch die Anfangspermeabilität entsprechend verringert wird, läßt den Wert dieses Quotienten praktisch unverändert und führt insoweit nicht zu einem wirklich besseren Ergebnis.Initial permeability. A soft magnetic material is generally the better, the smaller it is is the value of the quotient mentioned. A reduction in the loss factor, e.g. B. by switching on an air gap, which also reduces the initial permeability accordingly the value of this quotient remains practically unchanged and in this respect does not really lead to a better one Result.
Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben gezeigt, daß man auch bei einem kornpakt zusammengesinterten Ferritmaterial sehr günstige Ergebnisse erhalten kann, wenn aus einem bei Zimmertemperatur ferromagnetischen Ferrit und aus dem an sich unmagnetischen Zinkferrit ein homogenes Mischferritmaterial gebildet wird.Investigations which have led to the invention have shown that even with a kornpakt Ferrite material sintered together can get very favorable results when made from a ferromagnetic ferrite at room temperature and zinc ferrite, which is inherently non-magnetic a homogeneous mixed ferrite material is formed.
Im Zusammenhang mit Untersuchungen des Phasendiagramms von ferrithaltigen Metalloxyd-Eisenoxyd-Kombinationen in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung war angegeben worden, daß bei gemischten Ferriten Eigenschaften, wie der Curiepunkt und der Sättigungswert, zwischen den entsprechenden Werten der Komponenten liegen, also annähernd ein additives Verhalten zeigen.In connection with investigations of the phase diagram of ferrite-containing metal oxide-iron oxide combinations depending on their composition, it has been reported that mixed ferrites have properties such as Curie point and the saturation value, lie between the corresponding values of the components, thus show approximately an additive behavior.
Das trifft aber bei Mischferriten, die Zinkferrit enthalten, nicht allgemein zu; hinsichtlich der Sättigungsmagnetisierung und der Permeabilität erhält man bei solchen Mischferriten außerordentlich viel höhere Werte, als sie die ferromagnetische Ferritkomponente zeigt.However, this does not generally apply to mixed ferrites containing zinc ferrite; with regard to the The saturation magnetization and the permeability are extraordinarily obtained with such mixed ferrite values much higher than those shown by the ferromagnetic ferrite component.
Ferromagnetika weisen im allgemeinen bei Temperaturerhöhung bis unterhalb des Curiepunktes ein Ansteigen der Permeabilität auf, derart, daß ein Maximum dicht unterhalb des Curiepunktes erreicht wird. Es war bekannt, daß man bei Nickelferrit durch Hinzufügen von Zinkferrit eine Herabsetzung des Curiepunktes erreichen kann, so daß das Permeabilitätsmaximum näher an die Betriebstemperatur herangelegt werden konnte. Es war aber nicht zu übersehen, welchen absoluten Wert das relative Maximum dann annehmen würde. Da Zinkferrit unmagnetisch ist, war — gerade unter Berücksichtigung des vorstehend erwähnten Hinweises auf das angeblich additive Verhalten der Eigenschaften von Mischferriten — eine wesentliehe Verschlechterung der ferromagnetischen Eigenschaften, insbesondere der Sättigungsmagnetisierung und der Anfangspermeabilität, zu erwarten. Ferromagnetics generally show a temperature increase to below the Curie point Increase in permeability, such that it reaches a maximum just below the Curie point will. It has been known that adding zinc ferrite to nickel ferrite will decrease it of the Curie point can reach, so that the permeability maximum closer to the operating temperature could be laid out. But it was impossible to overlook the absolute value would then assume the relative maximum. Since zinc ferrite is non-magnetic, was - just below Consideration of the above-mentioned reference to the allegedly additive behavior of the Properties of mixed ferrite - a substantial deterioration in the ferromagnetic Properties, especially saturation magnetization and initial permeability, are to be expected.
Die die Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen haben überraschenderweise gezeigt, daß wider Erwarten gerade durch Hinzufügen von Zinkferrit die für Kerne für hohe Frequenzen wichtigen Eigenschaften eines ferromagnetischen Ferrits wesentlich verbessert werden können.The studies on which the invention is based have surprisingly shown that contrary to expectations, the addition of zinc ferrite makes it important for cores for high frequencies Properties of a ferromagnetic ferrite can be significantly improved.
Es hat sich weiter herausgestellt, daß bei der Herstellung des Mischferritmaterials zur Erzielung eines niedrigen Verlustfaktors hinsichtlich der Einhaltung eines bestimmten Sauerstoffgehaltes eine wesentlich höhere Sorgfalt aufgewendet werden muß, als sie sonst bei ähnlichen chemisch-technischen Prozessen üblich ist.It has also been found that in the manufacture of the mixed ferrite material to achieve a low loss factor with regard to compliance with a certain oxygen content Much greater care must be taken than otherwise with similar chemical-technical Processes is common.
Mit einem älteren, nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag wird ein Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen, aus homogenen iao kubischen Kristallen mit Spinellstruktur bestehenden, in einer Sauerstoff atmosphäre gesinterten Mischferritmaterials angegeben, bei dem ein Gemisch aus Zink- und/oder Cadmiumferrit und einem bei Zimmertemperatur ferromagnetischen Ferrit, i»5 wie Kupfer-, Magnesium-, oder Nickelferrit bzw.An older, out-of-the-art proposal is a method of manufacturing a soft magnetic, made of homogeneous iao Cubic crystals with a spinel structure, sintered in an oxygen atmosphere Mixed ferrite material specified, in which a mixture of zinc and / or cadmium ferrite and a Ferromagnetic ferrite at room temperature, i »5 such as copper, magnesium or nickel ferrite or
ein Gemisch aus diese Ferrite bildenden Bestandteilen, z. B. den Oxyden, nach dem Sintern bei iooo bis 14000 C unter Beibehaltung der Sauerstoffatmosphäre einer Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von weniger als ioo° C pro Minute, z. B. 5 bis io° C pro Minute, unterworfen wird. Dabei wurde von der Aufgabe ausgegangen, ein Ferrit mit hoher Anfangspermeabilität herzustellen, dessen Verlustfaktor weniger als 0,06 im Frequenzgebiet von 10 bis ioookHz beträgt und dessen spezifischer Widerstand wenigstens 1000 Ohm · cm erreicht. Um den dafür erforderlichen Sauerstoffgehalt zu erreichen, ist es erforderlich, bei der Herstellung eines solchen Ferrits oder bei einer aus anderem Grunde erfolgenden Erhitzung keine zu hohe Temperatur anzuwenden; andererseits wird durch das Vermeiden einer hohen Temperatur ein optimaler Wert für die Permeabilität oft nicht erreicht. Die Maßnahmen, die zur Erzielung des nach dem älteren Vorschlag erstrebten großen Frequenzbereiches erforderlich sind, können daher dazu führen, daß der maximale Wert der Anfangspermeabilität nicht ausgenutzt werden kann. a mixture of these ferrites forming constituents, e.g. B. the oxides, after sintering at 100 to 1400 0 C while maintaining the oxygen atmosphere of a cooling at a rate of less than 100 ° C per minute, z. B. 5 to io ° C per minute is subjected. The starting point was to produce a ferrite with a high initial permeability whose loss factor is less than 0.06 in the frequency range from 10 to 100 Hz and whose specific resistance reaches at least 1000 ohm · cm. In order to achieve the oxygen content required for this, it is necessary not to use an excessively high temperature when producing such a ferrite or when heating it for other reasons; on the other hand, by avoiding a high temperature, an optimal value for the permeability is often not achieved. The measures that are necessary to achieve the large frequency range sought after in the older proposal can therefore lead to the maximum value of the initial permeability not being able to be used.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bei Kernen für Telegraphic- und Telephoniezwecke, beispielsweise für Filterspulen, Pupinspulen usw. ausreichend sein kann, daß der Verlustfaktor in einem Gebiet bis zu weniger hohen Frequenzen unter 0,06 liegt und daß er bei höheren Frequenzen diese Grenze übersteigen kann. Dann ist es möglich, durch höhere Sintertemperaturen und durch eine andere Sauerstoffeinstellung beträchtlich höhere Werte der Anfangspermeabilität zu erzielen, so daß der Quotient aus dem Verlustfaktor und der Anfangspermeabilität in einem beschränkten Frequenzbereich wesentlich günstigere Werte erreicht und z. B. kleiner ist als io~4. Dies ist für den erwähnten Zweck von großer Bedeutung, z. B. für die Anfertigung von Filterspulen für Frequenzen von etwa 10 bis 100 kHz und für Pupinspulen, die bei Frequenzen von 300 bis 2000 Hz verwendet werden.The invention is based on the knowledge that in the case of cores for telegraphic and telephony purposes, for example for filter coils, pupin coils, etc., it may be sufficient that the loss factor in an area up to less high frequencies is below 0.06 and that it is below 0.06 at higher frequencies can exceed this limit. It is then possible, through higher sintering temperatures and a different oxygen setting, to achieve considerably higher values of the initial permeability, so that the quotient of the loss factor and the initial permeability in a limited frequency range achieves significantly more favorable values and z. B. is less than io ~ 4 . This is of great importance for the mentioned purpose, e.g. B. for the production of filter coils for frequencies of about 10 to 100 kHz and for Pupin coils, which are used at frequencies of 300 to 2000 Hz.
Man erhält somit auch gegenüber dem älteren Vorschlag eine Verbesserung und eine Vergrößerung des Anwendungsbereiches des Ferritmaterials, wenn bei einem Verfahren zur Herstellung eines gesinterten, insbesondere für Telegraphic- und Telephoniezwecke geeigneten, weichmagnetischen, aus kubischen Kristallen bestehenden homogenen Mischferritmaterials mit niedrigen Verlusten und vorzugsweise hoher Anfangspermeabilität gemäß der Erfindung ein pulverförmiges Gemisch, aus dem eine Kombination von Zinkferrit mit einem oder mehreren Ferriten mit einem höheren Curiepunkt gebildet wird, gesintert und danach langsam, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von weniger als io° C pro Minute, insbesondere weniger als 3° C pro Minute, abgekühlt wird, wobei der Sauerstoffgehalt des so hergestellten Mischferritmaterials beim Sintern und/oder Kühlen so eingestellt wird, daß der Verlustfaktor im Frequenzgebiet von 10 bis 100 kHz einen Wert kleiner als 0,06 aufweist und in mindestens einem Teil des Frequenzbereiches von 100 bis 1000 kHz einen größeren Wert als 0,06 hat.This also gives an improvement and an enlargement compared to the older proposal the scope of the ferrite material when in a method of making a sintered, soft magnetic, especially suitable for telegraphic and telephony purposes, homogeneous mixed ferrite material consisting of cubic crystals with low losses and preferably high initial permeability according to the invention a powdery mixture which is a combination of zinc ferrite with one or more ferrites with a higher Curie point is formed, sintered and thereafter slowly, preferably at a speed of less than 10 ° C per minute, in particular less than 3 ° C per minute, is cooled, the oxygen content the mixed ferrite material produced in this way is adjusted during sintering and / or cooling so that that the loss factor in the frequency range from 10 to 100 kHz has a value less than 0.06 and in at least a part of the frequency range from 100 to 1000 kHz a value greater than Has 0.06.
Hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes kann bemerkt werden, daß ein Ferrit bekanntlich bei Erhitzung auf hohe Temperaturen, wie sie bei der Herstellung angewendet werden, Sauerstoff abspalten kann. Um einen dadurch bedingten Sauerstoffmangel zu vermeiden, kann die Erhitzung in reinem Sauerstoff durchgeführt werden. Es wurde aber festgestellt, daß, sogar wenn eine z. B. für die Herstellung erforderliche Erhitzung in reinem Sauerstoff durchgeführt wurde, vielfach ein geringer Sauerstoffmangel auftritt und daß überraschenderweise ein solcher geringer Sauerstoffmangel, der nur wenige hundertstel Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes des Ferritmaterials ausmacht, für die Verluste von großem Nachteil ist.With regard to the oxygen content, it can be noted that a ferrite is known to occur when heated at high temperatures, such as those used in production, split off oxygen can. In order to avoid a resulting lack of oxygen, the heating can be done in pure Oxygen can be carried out. But it has been found that even if a z. B. for manufacturing required heating was carried out in pure oxygen, often a little Oxygen deficiency occurs and that, surprisingly, such a low oxygen deficiency, the makes up only a few hundredths percent by weight of the total weight of the ferrite material, for the loss is of great disadvantage.
Der günstigste Sauerstoffgehalt läßt sich auf verschiedene Weise erzielen, je nach der Art und der Zusammensetzung des Ferrits.The most favorable oxygen content can be achieved in different ways, depending on the type and the composition of the ferrite.
Grundsätzlich am einfachsten ist es, wenn man durch eine geeignete Wahl der Verhältnisse dafür sorgt, daß die für die Bereitung des Ferrits erforderliche Erhitzungstemperatur genügend niedrig ist, so daß eine störende Sauerstoffabspaltung nicht auftritt. Es hat sich ergeben, daß die Sintertemperatur in einigen Fällen durch Erniedrigung des Eisenoxydgehaltes des Ferrits etwas herabgesetzt wird.Basically it is easiest if you go through a suitable choice of the conditions for it ensures that the heating temperature required for the preparation of the ferrite is sufficiently low is, so that a disruptive loss of oxygen does not occur. It has been found that the sintering temperature in some cases somewhat reduced by lowering the iron oxide content of the ferrite will.
Wenn auch die Änderung der Verhältnisse, unter denen ein Ferrit bereitet wird, einen Spielraum in der erforderlichen Erhitzungstemperatur gibt, gelingt es vielfach in der Praxis nicht, schon bei der Herstellung des Ferrits aus den Komponenten einen genügend hohen Sauerstoffgehalt zu erreichen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man ein solches Ferrit mit einem zu geringen Sauerstoffgehalt, das also hinsichtlich des Sauerstoffes ungesättigt ist, bei niedrigerer Temperatur Sauerstoff aufnehmen lassen. Die dafür zweckmäßigen Verhältnisse, z. B. Temperatur, bei der die Sauerstoffaufnahme durchgeführt wird, sind von verschiedenen Faktoren abhängig, z. B. von der Sauerstoffmenge, die aufgenommen werden soll, um einen genügend niedrigen Wert des Verlustfaktors zu erzielen, von der Zugänglichkeit sämtlicher Teile des Ferrits für Sauerstoff, von der Feinkörnigkeit und daher der Porosität des Materials und ferner von der Ferritzusammensetzung.Even if the change in the conditions under which a ferrite is prepared leaves room for maneuver the required heating temperature, it often does not succeed in practice, even with the Production of the ferrite from the components to achieve a sufficiently high oxygen content. According to a further development of the invention can be such a ferrite with too low an oxygen content, which is therefore unsaturated with regard to oxygen, oxygen at a lower temperature let record. The appropriate conditions, z. B. Temperature at which the oxygen uptake are carried out depend on various factors, e.g. B. on the amount of oxygen, which should be recorded in order to achieve a sufficiently low value of the loss factor, of the accessibility of all parts of the ferrite for oxygen, of the fine grain and hence the porosity of the material and also the ferrite composition.
Es hat sich gezeigt, daß die maximal aufnehmbare Sauer stoff menge bei gleichem Sauerstoffdruck bei tieferen Temperaturen größer ist. Andererseits muß der Umstand berücksichtigt werden, daß die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme bei tieferer Temperatur geringer ist. Diese Aufnahmegeschwindigkeit ist ferner in starkem Maße von der Feinkörnigkeit und der Porosität des Materials iao abhängig; mit Rücksicht auf die Zeit, die die Aufnahme einer bestimmten Sauerstoffmenge beansprucht, ist es daher erwünscht, daß das Ferrit feinkörnig und porös ist.It has been shown that the maximum amount of oxygen that can be absorbed at the same oxygen pressure is greater at lower temperatures. On the other hand, the fact that the The rate of oxygen uptake is lower at lower temperatures. This recording speed is also to a large extent dependent on the fine grain size and porosity of the material iao addicted; with regard to the time it takes for a certain amount of oxygen to be absorbed, it is therefore desirable that the ferrite be fine-grained and porous.
Bei einem Ferrit, das durch Erhitzung einer innigen Mischung pulverförmiger Oxyde hergestelltIn the case of a ferrite, which is produced by heating an intimate mixture of powdery oxides
wird, ist die Sintertemperatur abhängig von der Intensität, mit der die Mischung gemahlen wurde, und von der erreichten Teilchengröße. Ein sehr feines, während längerer Zeit gemahlenes Gemisch wird innerhalb einer angemessenen Zeit ein völlig durchreagiertes homogenes Produkt bei niedrigerer Sintertemperatur ergeben als ein gröberes, während kürzerer Zeit gemahlenes Gemisch. Mit Rücksicht auf die Anfangspermeabilität des Endproduktes istthe sintering temperature depends on the intensity with which the mixture was ground, and the particle size achieved. A very fine mixture that has been ground for a long time a completely reacted homogeneous product at a lower level within a reasonable time Sintering temperature result than a coarser mixture ground for a shorter time. With consideration on the initial permeability of the final product
to eine solche vollständige Reaktion von großer Bedeutung. to such a full response is of great importance.
Das endgültige Ferrit soll sich möglichst dem Zustand einer einzigen homogenen Phase nähern, d. h. daß auch vermieden werden soll, daß das einmal gebildete durchreagierte Ferrit beim Abkühlen eine zweite Phase ausscheidet. Letzteres kann der Fall sein, wenn eines der enthaltenen Oxyde, das bei hoher Temperatur gleichsam in übersättigter fester Lösung gehalten wurde, sich ausscheidet oder wenn das Ferrit bei der Abkühlung in seine Oxydbestandteile zerfällt. Dann kann eine schnellere Abkühlung zweckmäßig sein.The final ferrite should approach the state of a single homogeneous phase as possible, d. H. that it should also be avoided that the once fully reacted ferrite is formed on cooling a second phase is eliminated. The latter can be the case if one of the oxides contained, the was kept at high temperature, as it were, in a supersaturated solid solution, separates out or if the ferrite breaks down into its oxide components when it cools down. Then a faster one can Cooling down may be useful.
In der Regel soll jedoch langsam abgekühlt werden, z. B. mit einer Geschwindigkeit von weniger als io° C pro Minute, um für die Permeabilität nachteilige Abschreckspannungen zu vermeiden. Die günstigste Abkühlgeschwindigkeit läßt sich in jedem einzelnen Falle auf' Grund einiger Proben leicht festlegen.As a rule, however, the cooling should be carried out slowly, e.g. B. at a speed of less than 10 ° C per minute in order to avoid quenching stresses that are detrimental to the permeability. The most favorable cooling rate can be determined in each individual case on the basis of a few samples easily set.
^o Wenn nach der Sinterung eine Sauerstoff aufnahme durchgeführt wird, soll die dabei verwendete Temperatur vorzugsweise über dem Wert bleiben, bei dem sich eine zweite Phase bilden kann.^ o If after sintering there is an oxygen absorption is carried out, the temperature used should preferably be above the value remain, in which a second phase can form.
H5 Es kann die Gefahr bestehen, daß die mit Rücksicht auf eine hohe Anfangspermeabilität erforderlichen Maßnahmen im Gegensatz stehen zu Maßnahmen, die für einen genügend hohen, für niedrige Verluste erwünschten Sauerstoffgehalt erforderlich sind. Es muß dann eine Kompromißlösung gefunden werden. Da bei der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis auf die Verluste oberhalb 100 kHz keine Rücksicht genommen zu werden braucht, läßt sich eine höhere Anfangspermeabilität erzielen.H5 There may be a risk that with consideration Measures required for a high initial permeability contrast with measures the oxygen content required for a sufficiently high, desired for low losses are. A compromise solution must then be found. Since the invention is based knowledge that the losses above 100 kHz should not be taken into account needs, a higher initial permeability can be achieved.
Es ist zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß der Curiepunkt des Ferrits einen Wert zwischen 40 und 2500 C aufweist. Dies läßt sich durch das Verhältnis zwischen Zinkferrit und einem oder mehreren Ferriten mit einem höheren Curiepunkt im Mischkristall erreichen. Auch durch Regelung des Eisenoxydgehaltes und gegebenenfalls des Sauerstoffgehaltes ist eine Beeinflussung des Curiepunktes möglich.It is expedient to ensure that the Curie point of the ferrite has a value between 40 and 250 0 C. This can be achieved through the ratio between zinc ferrite and one or more ferrites with a higher Curie point in the mixed crystal. It is also possible to influence the Curie point by regulating the iron oxide content and, if necessary, the oxygen content.
Sehr gute Ergebnisse sind erzielbar, wenn der Eisenoxydgehalt weniger als 50 Molprozent, vorzugsweise 47 bis 48 Molprozent, beträgt.Very good results can be achieved if the iron oxide content is less than 50 mol percent, preferably 47 to 48 mole percent.
Zweckmäßig wird das Mischkristallmaterial nach der Erfindung dadurch hergestellt, daß ein Gemisch der das Ferrit bildenden Oxyde oder ein entsprechendes Gemisch von Verbindungen, die bei Erhitzung in Oxyde übergehen, zusammengepreßt und darauf gesintert wird.The mixed crystal material according to the invention is expediently produced in that a mixture the ferrite forming oxides or a corresponding mixture of compounds that are used in The heating is converted into oxides, compressed and then sintered.
Zur Erzielung eines möglichst vollständigen, durchreagierten Produktes soll das Ausgangsgemisch eine große Feinheit und Reaktionsfähigkeit aufweisen. Dies läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß die Ausgangsmischung während längerer Zeit und mit größerer Intensität gemahlen wird. Vorzugsweise soll eine mittlere Teilchengröße von weniger als 1 Mikron erreicht werden.In order to achieve the most complete, fully reacted product possible, the starting mixture should have great delicacy and responsiveness. This can be done e.g. B. achieve by that the starting mixture is milled for a long time and with greater intensity. Preferably, an average particle size of less than 1 micron should be achieved.
Man kann auch eine Lösung, die sämtliche für das Ferrit erforderlichen Metalle enthält, mittels einer Base niederschlagen und den erhaltenen Niederschlag, der bereits teilweise Ferritstruktur aufweisen kann, trocknen. Zur Verbesserung der Preßbarkeit wird der Niederschlag darauf vorzugsweise auf 500 bis 7000 C erhitzt.It is also possible to precipitate a solution which contains all the metals required for the ferrite by means of a base and to dry the precipitate obtained, which may already have a ferrite structure in part. To improve the moldability, the precipitate is then heated preferably at 500 to 700 0 C.
Man kann ferner bei der Herstellung eines Ferrits wiederholtes Sintern anwenden, d. h. daß das zunächst gesinterte Gemisch wieder fein gemahlen und erneut gesintert wird. Dabei werden die ersten Sinterungen bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt, wobei das Gemisch noch nicht völlig durchreagiert. Das erhaltene Erzeugnis läßt sich dann leicht wieder zu großer Feinheit mahlen. Ein Zusammenpressen des vorzusinternden Gemisches wird vorzugsweise unterlassen, auch zur Erleichterung des Mahlens. Diese Herstellung hat den Vorteil, daß schließlich ein gut durchreagiertes Erzeugnis mit einer hohen Anfangspermeabilität entsteht.Repeated sintering can also be used in the manufacture of ferrite; H. that this first sintered mixture is finely ground again and sintered again. The first Sintering carried out at lower temperatures, with the mixture not yet complete reacted through. The product obtained can then easily be ground again to great fineness. A Compression of the mixture to be pre-sintered is preferably omitted, also for the sake of convenience of milling. This production has the advantage that ultimately a well-reacted product with a high initial permeability arises.
Es sei noch bemerkt, daß der Ausdruck »magnetischer Kern« im vorliegenden Fall nicht nur einen im Innern einer Spule angebrachten Kern umfaßt, sondern allgemein mit Rücksicht auf ihre magnetischen Eigenschaften angewendete Teile elektromagnetischer Anordnungen, z. B. auch Teile zur magnetischen Abschirmung, betrifft.It should also be noted that the term "magnetic core" in the present case is not just one inside a coil, but generally with regard to its magnetic core Properties of applied parts of electromagnetic assemblies, e.g. B. also parts for magnetic shielding.
Ein inniges Gemisch von reinem Magnesiumoxyd, Zinkoxyd und Eisenoxyd in einem Molekularverhältnis von 26,5 :26,5 :47 wird während 3 Stunden in einer eisernen Schleudermühle gemahlen. Von dem Gemisch wird unter Druck von 4 t/cm2 mit Wasser als Plastifizier- und Bindemittel ein Ring von 3 cm Durchmesser und 4 · 4 mm Querschnitt gepreßt. Dieser Ring wird während 1 Stunde auf 1300° C in Sauerstoff erhitzt, worauf in einem Tempo von etwa 30 C pro Minute in Sauerstoff abgekühlt wird. Die Anfangspermeabilität beträgtAn intimate mixture of pure magnesium oxide, zinc oxide and iron oxide in a molecular ratio of 26.5: 26.5: 47 is ground for 3 hours in an iron centrifugal mill. A ring 3 cm in diameter and 4 × 4 mm in cross section is pressed from the mixture under a pressure of 4 t / cm 2 with water as a plasticizer and binder. This ring is heated for 1 hour at 1300 ° C in oxygen, followed by cooling at a rate of about 3 0 C per minute in oxygen. The initial permeability is
350. Die Werte von350. The values of
tg'tg '
sind in Fig. 1 in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen (Kurve a). Aus dieser Kurve geht hervor, daß bei Frequenzen höher als 800 kHz der Wert für tg d größer wird als 0,06.are plotted in Fig. 1 as a function of the frequency (curve a). This curve shows that at frequencies higher than 800 kHz the value for tg d becomes greater than 0.06.
Wird statt auf 13000 C auf 14000 C erhitzt, so werden die Werte der Kurve b nach Fig. 1 erhalten. Die Anfangspermeabilität beträgt in diesem Falle 525. Bei Frequenzen höher als 350 kHz wird tg(5 größer als 0,06.If the temperature is raised to 1400 ° C. instead of 1300 ° C., the values of curve b according to FIG. 1 are obtained. The initial permeability in this case is 525. At frequencies higher than 350 kHz, tg (5 becomes greater than 0.06.
Ein Gemisch von technischem Kupferoxyd, Zinkoxyd und Eisenoxyd in einem MolekularverhältnisA mixture of technical copper oxide, zinc oxide and iron oxide in a molecular ratio
von 20,7 :31,6 :47,7, auf die reinen Oxyde berechnet, welchem 1 Gewichtsprozent Braunstein zugesetzt ist, wird während 3 Stunden gemahlen und darauf auf die im Beispiel I beschriebene Weise zu einem Ring gepreßt.from 20.7: 31.6: 47.7, calculated on the pure oxides, which 1 percent by weight of manganese dioxide is added, is milled for 3 hours and then pressed into a ring in the manner described in Example I.
Dieser Ring wird während 1 Stunde auf 10500 C in Sauerstoff gesintert; darauf wird langsam bis auf 6oo° C abgekühlt, welche Temperatur während Stunden aufrechterhalten wird, alles in Sauerstoff, worauf ferner abgekühlt wird. Der erhaltene Kupfer-Zink-Ferritkern besitzt eine Anfangs-This ring is sintered in oxygen at 1050 ° C. for 1 hour; it is then slowly cooled down to 600 ° C., which temperature is maintained for hours, all in oxygen, whereupon it is further cooled. The copper-zinc ferrite core obtained has an initial
permeabilität von 385. Die Werte von—-—sind inpermeability of 385. The values of —-— are in
Fig. 2 in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Aus dieser Figur folgt, daß bei Frequenzen höher als 900 kHz der Wert für tg(5 größer wird als 0,06.Fig. 2 plotted as a function of the frequency. From this figure it follows that at frequencies higher than 900 kHz the value for tg (5 becomes greater than 0.06.
Claims (17)
Deutsche Patentschriften Nr. 226347, 227787; USA.-Patentschrift Nr. 1 946 964; Bericht der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 10 II, 42 (1909), S. 2248 bis 2261;Considered publications:
German Patent Nos. 226347, 227787; U.S. Patent No. 1,946,964; Report of the German Chemical Society, 10 II, 42 (1909), pp. 2248 to 2261;
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