DE977425C - Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes fuer Magnetkerne, die eine nahezu rechteckfoermige Hystereseschleife aufweisen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBENAM 26. MAI 1966

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 80b GRUPPE 8o9 INTERNAT. KLASSE C 04b

N 9926 VIb 180 b

Evert Willem Gorter und Cornells Jacobus Esveldt, Eindhoven (Niederlande)

sind als Erfinder genannt worden

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 18. Dezember 1954 an Patentanmeldung bekanntgemadht am 31. Oktober 1956

Patenterteilung bekanntgemacht am 5. Mai 1966 Die Priorität der Anmeldung in den Niederlanden vom 21. Dezember 1953 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne, bei dem die Anteile an Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

Cus NId-Z)Fe₂ O₄

entsteht.
Ferromagnetische Ferrite der allgemeinen Formel

-a;) Fe₂O₄

sind als ferromagnetische Materialien für Hochfrequenzzwecke bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hystereseschleife dieser Ferrite der Rechteckform anzunähern und damit die Verwendung dieser Ferrite für magnetische Speicher u. dgl. zu ermöglichen.

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen von Bedeutung. Diese Art von Kernen wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« verwendet (siehe z. B. W. N. Papian: »Proceedings of the I. R. Ε.«, April IO5². S. 475 bis 478' ^und D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg: »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Speicher verwendet man z. B. in Rechenmaschinen und bei selbsttätigen Piloten. Weiter werden diese Kerne in magnetischen Schaltern verwendet.

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Das Maß, welches angibt, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform nahekommt, läßt sich auf verschiedene Weise quantitativ ausdrücken. Ein üblicher Maßstab ist z. B. der Quo-

tient-^-. Die Bedeutung dieses Quotienten wird an

Hand der Fig. ι erläutert, die eine schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungsmagnetisierungskurve ist. In dieser Figur bezeichnet B_T die

ίο remanente Induktion, während B_cl die Induktion bezeichnet, bei welcher die Hystereseschleife sich gerade schließt. In der Praxis ist es oft nicht einfach, B_cl mit großer Genauigkeit zu messen. Es läßt sich jedoch leicht ein annähernd richtiger Wert von B_ci finden, indem der mittlere Wert der Induktionen nach teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung) angenommen wird, wobei beide Induktionen bei derselben Feldstärke gemessen werden, die derart gewählt wird, daß die erwähnten Induktionen mehr als 1 '%■, jedoch weniger als 3% voneinander abweichen. Nach diesem Meßprinzip wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse ermittelt. Für die Messungen wurde ein ballistisches Galvanometer verwendet (s. Bozorth: »Ferromagnetism«, New York, 1951, S. 843). Der

Ouotient —~ wurde stets gemessen an einem ringförmigen Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials längs des ganzen Ringumfanges und mit einem Außendurchmesser, der maximal dem i,6fachen des Innendurchmessers entspricht.

Ein Maß dafür, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform angenähert ist, ist auch das sogenannte Rechteckigkeitsverhältnis (R_s). Für die Bedeutung dieser Größe sei auf die vorerwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber folgt nachstehend eine kurze Erläuterung an Hand der Fig. 2, die auch eine schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve ist, die sich auf einen Fall bezieht, in dem mit der Entmagnetisierung begonnen wurde, bevor die magnetische Sättigung erreicht war. Die Größe (R₅)_mas wird folgendermaßen definiert:

Der Ouotient

ist eine Funktion der angelegten höchsten Feldstärke H_m. Es ergibt sich, daß dieser Ouotient für einen bestimmten Wert von H_m, der meistens wenig von der Koerzitivkraft H_c verschieden ist, einen Maximalwert besitzt. Dieser maximale Wert des Quotienten wird durch das Symbol (R_s)_max bezeichnet. Die zur Bestimmung von (R₈) _max liehen Messungen von

erforder-

B(_Hm) und J3(_$ir_m) können wieder mittels eines ballistischen Galvanometers durchgeführt 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 längs des ganzen Umfangs des Ringes und mit einem Außendurchmesser, der maximal das i,6fache des Innendurchmessers beträgt.

Für die Brauchbarkeit der betreffenden Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist weiter eine wesentliche Bedingung, daß die Koerzitivkraft (H_c) niedrig (zweckmäßig nicht höher als 10 Oersted, vorzugsweise sogar niedriger als 4 Oersted) sein soll, da sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch sind.

Gemäß der Erfindung hat sich nun ergeben, daß bei Ferritwerkstoffen der Formel

CuzN^-z) Fe₂O₄

eingangs erwähnter Art dadurch eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife erhalten werden kann, daß in der Formel der Verbindung für χ ein Wert von 0,01 bis 0,05 gewählt wird und die Anteile an Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1450⁰ C erhitzt werden.

Nach diesem Verfahren hergestellte Magnetkerne erfüllen folgende Bedingungen:

%- > o,7

^acl

(Rs) max > 0,6

H_c< 4 Oersted.

Derartige Magnetkerne eignen sich somit gut für die obenerwähnten Verwendungszwecke.

Es sei noch erwähnt, daß bereits Ferritwerkstoffe für Magnetkerne mit rechteckförmiger Hystereseschleife bekannt sind, die aus Magnesiumoxyd, Manganoxyd und Eisenoxyd bestehen, denen noch bis zu 5 Gewichtsprozent eines weiteren zweiwertigen Schwermetalloxyds, insbesondere Zinkoxyd, Nickeloxyd oder Kupferoxyd, zugesetzt werden kann. Die statischen und dynamischen Eigenschaften dieser bekannten Rechteckferrite sind jedoch denjenigen der nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Ferriten unterlegen.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus Kupferoxyd CuO, Nickelkarbonat NiCO₃ und Eisenoxyd Fe₂O₃ mit einem Mischungsverhältnis der in der Tabelle angegebenen Zusammensetzung wird fünf Stunden in Alkohol gemahlen und darauf eine Stunde auf 900⁰ C in Luft vorgesintert. Nach Abkühlung wird das Reaktionsprodukt wieder zwei Stunden in Alkohol ge- lao mahlen, worauf das gemahlene Produkt in Form eines Ringes gepreßt wird. Dieser Ring wird zwei Stunden auf etwa 1400⁰ C in Sauerstoff gesintert.

Die gesinterten Ringe hatten folgende Abmessungen : Außendurchmesser = 28 mm, Innendurch- 1*5 messer = 20 mm, Höhe = 4 mm.

Durch Änderung des Verhältnisses zwischen den Kupferoxyd- und Nickelkarbonat-Mengen im Ausgangsmaterial können Ringkerne verschiedener Zusammensetzung hergestellt werden. Von einigen dieser Magnetkerne gibt nachstehende Tabelle die

Zusammensetzung, den Wert des Quotienten -^-, den Wert von (R₈) _max und den Wert von H_c an.

Zusammensetzung	Br	(Rs>max	Hc (in Oersted)
Cu0,01Ni0,99Fe2C>4 ···· Cu0,e3Ni0,97Fe2O4 ·■·· Cu0,05Ni0.95Fe2°4 ····	Bd	0,65 O,7O 0,70	3.2 3.O 2,8
O,7O 0,78 O,70

Beispiel 2

Ein Gemisch aus Kupferoxyd CuO, Nickelkarbonat NiCOo und Eisenoxyd Fe₂O₃ mit einem Mischungsverhältnis entsprechend der endgültigen as Zusammensetzung Cu_0i03Ni₀₉₇Fe₂O₄ wurde vier Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen, 140 Minuten bei 775⁰ C vorgebrannt, daraufhin abgekühlt und sechzehn Stunden lang wieder in der Kugelmühle gemahlen. Anschließend wurde die Masse granuliert, in die Form von Ringkernen gepreßt und für die Dauer von 15 Minuten bei 1415⁰ C in einer Gasatmosphäre aus 50 Volumprozent Sauerstoff und 50 Volumprozent Luft gesintert. Die erhaltenen Sinterkörper hatten einen Außendurchmesser von 2 mm, einen Innendurchmesser von 1,3 mm und eine Höhe von 0,6 mm.

Die an diesen Kernen durchgeführten Messungen lieferten folgende Ergebnisse:

^- = 0,86

(Rs) max = 0,79

H_c = 2,5 Oersted.

Claims (1)

1. Patentanspruch.

   Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerkstoffes für Magnetkerne, bei dem die Anteile an Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

   CUiNi(J-^)Fe₂O₄

   entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer nahezu rechteckförtnigen Hystereseschleife in der Formel der Verbindung für χ ein Wert von ο,οΐ bis 0,05 gewählt wird und diese Anteile an Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1450⁰ C erhitzt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentanmeldung St 4840 VIb/80 b (bekanntgemacht am 9. 7. 1953);

   »Electronics«, v. April 1953, S. 149;

   VDE-Fachberichte, 16, S. 6 und 15 (1952), Teil I;

   »Frequenz«, 9, S. 306 (1955);

   Mitteilungen für Patentanwälte, 1939, S. 61;

   AEG-Mitteilungen, 41, S. 135 bis 142 (1951);

   Physica, S. 463 bis 483 (1936);

   Tele-Tech, Mai 1952, S. 52.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 660/369 10.56 (609 581/2 5.66)