NO119666B - - Google Patents

Description

Ferromagnetisk, keramisk materiale.

Foreliggende oppfinnelse vedrører ferromagnetiske, keramiske materialer av den art som har i det vesentlige rektangulær hysteresissløyfe og som kan anvendes i magnetiske registreringsanordninger som er kjent som «erindringsanordninger», magnetiske styredeler, magnetiske forsterkere osv. Ved disse anvendelser brukes materialet i henhold til oppfinnelsen i al-minnelighet i form av toroidale kjerner eller iallfall lukkede magnetiske kretser uten luftgap.

Materialer med en hysterisiskurve av

rektangulær form er allerede kjent, spesielt legeringer av jern og nikkel eller jern og silisium, hvis. magnetiske egenskaper ofte gjøres anisotrope, enten ved koldvalsing eller ved varmebehandling i et magnetisk felt. Disse materialer har rent generelt høy metningsinduksjon og svake koersitivfelt.

Den store mangel ved disse metalliske

materialer er, tiltross for deres i alminne-lighet høye metningsinduksjon, deres lille spesifike motstand, hvilket fører til be-traktelige hvirvelstrømtap. Disse store tap resulterer i en øket reaksjonstid og en de-formasjon av hysteresiskurven som da mis-ter sin rektangulære form såsnart frekven-sen øker. Hvis det er ønskelig å bruke kjernene ved frekvenser på flere Mp/s, må kjernene fremstilles meget tynne, av stør-relsesordenen noen få \ i, og prisen utgjør således et betydelig problem.

Før oppfinnelsen forklares, skal der

først gis noen definisjoner av de størrelser som er knyttet til hysterisissløyfen, og andre magnetiske størrelser som anvendes i det følgende.

En i det vesentlige rektangulær hyste-resissløyfe trukket opp for et magnetisk felt som praktisk talt når metningen, defi-neres ved følgende koeffisienter: B8 = den magnetiske induksjon ved

metningen, uttrykt i Gauss,

Br = den remanente magnetiske induksjon svarende til metningsperioden, i Gauss,

Hc = koersitivfeltet svarende til metningsperioden, i Ørsted,

P = Br/B8 = forholdet mellom rema-nent induksjon og induksjon ved metning.

Videre svarer de følgende koeffisienter til en arbeidsperiode som går fra et maksimalfelt Hm til feltet Hm,

Bm = den induksjon som tilsvarer feltet Hm i Gauss,

Brm = den remanente induksjon, 1

Gauss,

Hcm = koersitivfeltet, i Ørsted,

Pm =<B>rm/Bin = «rektangularitetskoeffisienten»,

B(hn = sluttverdien for induksjon når mag-netiseringsfeltet bringes til å gå fra en verdi <H>in som ligger mellom HCI11 og 2 Hem, til verdien — H„/2,

Rm = B(lm/Bnl = «rektangularitetsforholdet»,

Det er også mulig i visse tilfelle å reg-ne ut steilheten av de i det vesentlige ver-tikale og horisontale deler av hysteresis-sløyfen.

Størrelsene: i

hvor A B og A H er små variasjoner av induksjonen og av det magnetiske felt nær et gitt punkt, er definert i nærheten av skjæringen mellom den kurve som repre-senterer hysteresissløyfen, og koordinat-aksene, idet Ph tilsvarer feltet null og Pv tilsvarer null induksjon.

For en ideell rektangulær kurve vil de respektive verdier av Ph og Pv nærme seg én og uendelig.

Den magnetiske permeabilitet define-res som begynnelsespermeabiliteten i av-magnetisert tilstand.

De magnetostriktive virkninger kan

karakteriseres ved verdien av magnetostriksjonskoeffisienten ved metningen XB som fåes ved ekstrapolasjon ved den av-magnetiserte tilstand av kurven for den relative variasjon av lengden av forholdet Al/l opptegnet for meget høye feltstyrker.

«Reaksjonstiden» bestemmes ved be-traktning av to vindinger med forsvinden-de liten tidskonstant, anbragt på en kjerne

av vedkommende magnetiske materiale. Denne kjerne utsettes for det magnetiske felt Hm som ligger mellom Hcm og 2 Hcm og deretter for feltet -Hm/2. Derpå påtryk-kes en av vindingene en strømpuls hvis stigningstid er meget kort, (f. eks. mindre enn 0,1 |is) og bevirker at magnetfeltet går over til verdien — Hni. «Reaksjonstiden» x er den tid uttrykt i ^s som trenges for at den spenning som frembringes i den annen vinding, hvilken spenning begynner med null, skal gå over et maksimum og vende tilbake til 10 % av verdien av dette maksimum.

Formålet med oppfinnelsen er å til-veiebringe ferromagnetiske, keramiske materialer som på den ene side har i det vesentlige rektangulær hysteresissløyfe med en rektangularitetskoeffisient |3m som minst er lik 0,85, og som på den annen side har høy spesifik motstand (p > IO<3> ohm-cm).

På grunn av sin høye spesifike motstand vil disse materialer ha forsvinnende små hvirvelstrømtap, hvilket gjør det mulig å bruke dem ved høye frekvenser med meget korte reaksjonstider (t<j 5 us).

Materialene i henhold til oppfinnelsen

har induksjoner ved metning B9 av størrel-sesordenen 1 500 til 4 500 Gauss ved omtrent 20° C og koersitivfelt mellom 0,2 og 4

Ørsted. Curie-punktet ligger alltid høyere enn 120° C.

Oppfinnelsen angår således ferromagnetiske, keramiske materialer av ferritt-

typen med i det vesentlige rektangulær hysteressissløyfe og inneholdende tre-ver-

dige og to-verdige metalloksyder. Det sær-

egne ved oppfinnelsen er at materialet inneholder en slik mengde oxygen at der i det vesentlige fåes likhet mellom antallet molekyler som inneholder metaller av tre-verdig form og antallet molekyler som inneholder metaller i to-verdig form, idet det keramiske materiale inneholder ferrioksyd,

oksyd av tre-verdig mangan og oksyd av to-verdig mangan, hvor andelen av tre-verdig manganoksyd i det minste er 0,2 molprosent, slik at materialet får en hy-steresissløyfe hvis rektangularitetskoeffisient er større enn 0,85. Et annet særtrekk ved oppfinnelsen er at det ferromagnetiske materiale kan fremstilles ved sammenpres-

sing og varmebehandling av en blanding av oksyder som inneholder fra 23 til 52 molprosent ferrioksyd med eller uten aluminiumoksyd og/eller kromoksyd, idet minst tre fjerdedeler er ferrioksyd, fra 0

til 15 molprosent sinkoksyd og/eller kadmiumoksyd, fra 0 til 20 molprosent magnesiumoksyd og resten maganoksyd, og at sinkoksydet og/eller kadmiumoksydet er mellom 5 og 15 molprosent og i alle tilfelle i overskudd i vektprosent i forhold til mag-nesiumoksydet, når magnesiumoksyd er til-

stede med mellom 8 og 20 molprosent, at sammenpressingen foretas ved et trykk på mellom 0,5 til 15 tonn/cm<2> og at varmebehandlingen foretas i løpet av 2 til 6 timer ved en temperatur på mellom 1200 og 1350°

C i en atmosfære av nitrogen som innehol-

der opp til 2 volumprosent oxygen, etter-

fulgt av avkjøling i ren nitrogen i løpet av

15 timer hvorved krystallene har i det vesentlige konstante dimensjoner på mellom 10 og 100 u.

For enkelthets skyld skal i det følg-

ende på vanlig måte begynnelsesblan-dingen av oksydene angis ved uttrykket x Fe20.!, y AI2O3, z Cr203, u MnO, v MgO,

s ZnO, t CdO, hvor x, y s og t er molprosent, slik atx + y s + t = 100.

Molekylarprosentene for oksydene i begynnélsesblandingen oppfyller i henhold til oppfinnelsen følgende betingelser:

Ferromagnetiske, keramiske materialer av blandinger av denne art skal i det følgende omtales som værende av ferritt-typen, selvom innholdet av andre oksyder av treverdige metaller enn jern i slutt-blandingen gjør denne betegnelse noe unøyaktig.

I henhold til oppfinnelsen oppnåes den rektangulære form av hysteresissløyfen ved hjelp av blandinger som fører til materialer av ferritt-typen som har en negativ magnetostriksjonskoeffisient. Under sintringen og avkjølingen av ferrittkjerner med i det vesentlige negativ magnetostriksjonskoeffisient opptrer der en viktig line-ær innskrumpning på minst 8 % som kan gå opp til 30 %, og der opptrer mekaniske belastninger som er meget viktige for oppfinnelsen.

Det er vel kjent at magnetostriksjonen for et blandet ferrittmateriale avhenger av magnetostriksjonen for hver av de ferritter hvorav blandingen er sammensatt. Blant ferittene har bare ferritter av jern eller magnetiske oksyder av jern FeO.FeaOs (dvs. FeaOO en positiv magnetostriksjonskoeffisient.

I henhold til oppfinnelsen fåes et materiale med en i det vesentlige rektangulær hysteresissløyfe ved å fremstille en ferritt som har litet eller overhodet intet toverdig jern. I en ferritt som er fremstillet av en blanding av oksyder hvor mengden av Fe2 O3 i molprosent er mindre eller lik 52, vil alt finne sted i det endelige produkt som om en del av manganoksydet var på for-

men MnoO.i, slik at der er tilnærmet like mange molekyler som inneholder metaller

i treverdig tilstand, som molekyler som inneholder metaller i toverdig tilstand.

Kjemiske analyser har i virkeligheten bekreftet at de ferritter hvis hysteresiss-sløyfe har tilnærmet rektangulær form, alltid har overskudd av oxygen, hvilket er påvist ved de analyser som er gjengitt i den etterfølgende tabell, se kolonne 4.

For forskjellige utgangsbetingelser skal oxygenoverskuddet som angitt i kolonne 4, være forskjellig ettersom mangelen på FeaOs vil være slik at der vil dannes mere aller mindre Mn203.

Oxygenoverskuddet er definert som det kvantum oxygen angitt i vektprosent, som er blitt frigjort for at all mangan i prøven skal gå over til toverdig tilstand. Oxygenoverskuddet bestemmes ved at prøven utsettes for virkningen av saltsyre under tilstedeværelse av en viss mengde ferrosulfat i en inert atmosfære. Deler av ferrosulfatet går over til ferrisulfat, hvis konsentrasjon deretter bestemmes.

Begynner man med oxygenoverskuddet er det mulig å beregne den molekylære sammensetning i prosent, idet det antas at dette overskudd av oxygen bevirker at en del av MnO går over i tilstanden MnoOa.

Kolonne 9 viser at antallet molekyler som inneholder metaller i treverdig tilstand, er meget nær 50, selv om man begynner med en sammensetning som bare inneholder 25 % FeaOs.

Kornstrukturen av materialene i henhold til oppfinnelsen er også blitt studert. For å vise denne struktur har man gått frem på følgende måte. Etter avpolering og påvirkning av prøvens overflate med en oppløsning sammensatt av 75 % saltsyre og 25 % alkohol i 30 min., undersøkes den således preparerte prøve under et mikro-skop.

Det ble funnet at mens kornene i bløte ferritter er små med dimensjoner mindre enn 20 |x, har ferritter med rektangulær hysteresissløyfe en homogen struktur og er dannet av større krystaller hvis dimensjoner ligger mellom 10 og 100 u. Disse korn er innbyrdes adskilt ved forbindelser med en tykkelse av størrelsesordenen 1 u.

Ved alle de i den følgende beskrivelse angitte sammensetninger er utgangssam-mensetninger før oksydmaterialet er blitt redusert, malt til pulver. Da den økning av jerninnholdet som skyldes slitasjen av møllen og som for en middels mølle er omkring 0,8 mol Fei>Os for 100 mol utgangs-materiale, vil blandingen med Fe2Os etter malingen være øket med denne mengde. Korreksjoner må foretas hvis den mølle som brukes, slites langsommere eller hur-tigere.

Oppfinnelsen skal beskrives i detalj i det følgende under henvisning til tegnin-gene, hvor fig. 1 viser en i det vesentlige rektangulær hysteressisløyfe og fig. 2 variasjoner av noen karakteristikker som funksjon av MgO i molprosent for eksempler av materialer i henhold til oppfinnelsen, fig. 3 hysteresissløyfer for materialer i henhold til oppfinnelsen med forskjellige mengder Al20-s i molprosent, fig. 4 og 5 variasjonene av noen av karakteristikkene og hysteresissløyfene som funksjon av stempeltrykket for et materiale med gitt sammensetning, fig. 6 variasjonen av noen karakteristikker som funksjon av varme-behandlingstemperaturen og fig. 7 hyste-resissløyfer for et materiale som består av 50 % Fe203 og 50 % MnO. Fig. 8, 9 og 10 viser for et materiale sammensatt av 50 % Fe20:s og 50 % MnO hysteresissløyfer for forskjellige arbeidstemperaturer, variasjoner av Bm og <H>om som funksjon av ar-beidstemperatur og variasjonen av Rm som funksjon av Hm for forskjellige arbeidstemperaturer. Fig. 11, 12, 13 og 14 viser hyste-resissløyfer for eksempler på materialet i henhold til oppfinnelsen, fig. 15 variasjoner av noen karakteristikker som funksjon av masimalfeltet Hm for et materiale i henhold til oppfinnelsen, og fig. 16 til 23 hys-teresissløyfer for materialer med forskjellige sammensetninger.

På fig. 1 som viser en rektangulær hysteresissløyfe som tilsvarer et felt Hm, er de tidligere definerte karakteristikker angitt, dvs. induksjonen Bm = OR, den remanente induksjon Bim = OP, induksjonen Bdm = OS som tilsvarer feltet — Hm/2, samt koersitivfeltet Hcm.

«Rektangularitetskoeffisienten» er |3m = B,.m/Bni = OP/OR, «rektangularitetsfor-hnlriet» er R = R. /R = OR /OR n? for-

holdet Km :

Det bemerkes at hvis |3m = 1 — a, er R... ^ 1 — 3 a/2-

De viktigste metalloksyder i en blanding av oksyder som skal gi et ferromagnetisk materiale i henhold til oppfinnelsen, er ferrioksyd og manganoksyd. Tilføyelse av sinkoksyd eller magnesiumoksyd har innenfor visse grenser praktisk talt ingen innflytelse på rektangulariteten av hyste-resissløyfen, men gjør det mulig å påvirke andre egenskaper ved det ferromagnetiske materiale, som induksjonen ved metning og koersitivfeltet. Det samme gjelder når en del av ferrioksydet erstattes med et annet metalloksyd, hvilket gjør det mulig å øke verdien av koersitivfeltet.

I tilfelle utgangsblandingen av oksyder, som skal gi det ferromagnetiske materiale i henhold til oppfinenlsen, omfatter sinkoksyd, må mengden av dette oksyd være maksimum lik 15 molprosent hvis mengden av magnesiumoksyd er maksimalt lik 8 molprosent, men hvis mengden av magnesiumoksyd ligger mellom 8 og 20 molprosent, må mengden av sinkoksyd ligge mellom 5 og 15 molprosent.

I tilfelle utgangsblandingen av oksyder hverken inneholder sinkoksyd eller oksyder av andre treverdige metaller enn ferrioksyd, må mengden av ferrioksyd, manganoksyd og magnesiumoksyd ligge mellom følgende grenser (i molprosent): 50,2 <; x <; 52, 40 <: u <; 48,8, v <; 8 eller 47 <: x <; 52, 47 <: u <^ 53, v ^ 1.

Det bemerkes at i alle de gitte utgangs-blandinger kan sinkoksydet helt eller delvis erstattes med kadmiumoksyd uten praktisk talt å forandre egenskapene ved det produkt som fåes.

Ved angivelsene i denne beskrivelse er det slik å forstå at molprosenten av manganoksyd vanligvis refererer seg til antallet atomer i manganet. Følgelig vil manganoksydet i den følgende beskrivelse på vanlig måte bli betegnet med MnO, skjønt man i praksis kan benytte forskjellige oksyder såsom Mn02, MmO* osv.

Tilføyelsen av en viss mengde sinkoksyd til en blanding av ferrioksyd og manganoksyd som ifølge det ovenfor anførte ikke har noen innflytelse på rektangulariteten av hysteresissløyfen, gjør det mulig å øke den induksjon Bm som fåes ved et gitt felt Hm. Til gjengjeld vil tilføyelse av en viss mengde magnesiumoksyd innenfor visse grenser heller ikke påvirke rektangularitetskoeffisienten Bm, redusere induksjonen Bm men øke koersitivfeltet Hcm, som vist på fig. 2 som angir karakteristikkene Bm, aIlm og pm for Hm = 2 Ørsted som en funksjon av molprosent MgO som er erstat-tet med samme prosent ved følgende ut-gangssammensetninger: 50 % Fe20:i, 50 % MnO (heltrukne kurver).

45% FesOs, 50% MnO, 5% ZnO (strekede kurver).

Der ble funnet at under visse omsten-digheter kan en høy rektangularitetskoeffisient opprettholdes så langt som til at 20 % MnO erstattes med MgO. I alle tilfelle viser de eksempler som er gitt i det følgende, at tilstedeværelsen av MgO ikke er nødvendig for å oppnå en høy rektangularitetskoeffisient.

Det er også blitt konstantert at det er mulig med bibehold av rektangulariteten å få et materiale med et sterkt koersitivfelt ved delvis å erstatte FeaO.i molekyler med et like stort antall molekyler av andre oksyder av treverdige metaller, såsom AI2O3 og CraOs. Virkningen er lik den man får ved å erstatte er visst antall MnO molekyler med et like stort antall MgO molekyler.

Ved å øke molprosenten AI2O3 som er-statning for den samme molprosent FeaOs, viste det seg at rektangularitetskoeffisienten (5m forblir praktisk talt konstant, idet induksjonen Bm som tilsvarer et gitt felt Hm avtar og koersitivfeltet Hcm tiltar. Den molprosent AI2O3 som kan erstatte Fe203, må derfor være begrenset hvis induksjonen Bm ikke skal få for lav verdi, særlig hvis det ferromagnetiske materiale allerede inneholder en viss mengde MgO molekyler.

Fig. 3 viser hylsteresissløyfer for et felt Hm på 2 Ørsted for fire materialer som er behandlet ut fra blandinger med følgende utgangssammensetning: 50 % Fe203, 50 % MnO,

48 % FeaOa 2 % AI2O3, 50 % MnO,

45 % Fe203, 5 % AI2O3, 50 % MnO, 40 % Fe203, 10 % AI2O3, 50 % MnO. Virkningen av å erstatte en viss mengde Fe203 med den samme mengde kromoksyd (Cr203), i molprosent, er den samme som ved å erstatte Fe203 med AI2O3.

Fremstillingsmetode.

Sammensetningen og arten av de anvendte oksyder.

I blandinger av ferrioksyd Fe203 brukes surt manganoksyd Mn304 eller et annet manganoksyd og eventuelt sinkoksyd ZnO, aluminiumoksyd AI2O3, kromoksyd Cr203 som kan fåes av kromsyreanhydrid CrOs, magnesiumoksyd MgO. Disse oksyder må være rene og blandingen må ikke inneholde mere enn 0,5 % forurensninger. Det magnesiumoksyd som kan anvendes, fåes av mere eller mindre vannfrit magnesium som kalsineres ved 500° C for å omformes til MgO.

Maling.

Oksydblandingen males i en jernmølle med stålkuler vanligvis i 12 til 24 timer, sammen med omtrent den dobbelte vekt-mengde destillert vann. Malingen, pressin-gen og varmebehandlingen forandres ikke ved eventuell tilstedeværelse av oksydet AI2O3 eller Cr203. Når oksydene er blitt malt, vil jerninnholdet være øket på grunn av avslitt jern fra møllen, hvilken økning for en vanlig mølle utgjør omkring 0,8 mol Fe203 pr. 100 mol malt materiale. Den mengde Fe203 i molprosent som er angitt for sammensetningen før malingen, må økes med denne mengde for at blandingen etter malingen skal få det forutsatte pro-sentuale forhold.

Pressing.

Det trykk som utøves under presseoperasjonen, spiller en betraktelig rolle. Det må være tilstrekkelig høyt til at det endelige produkt får en tilstrekkelig høy metningsinduksjon og på den annen side tilstrekkelig lavt til at materialet under sintringen kan skrumpe inn i betraktelig grad. Et trykk på omkring 15 %, har gitt gode resultater. Det er mulig å variere mellom 0,5 og 15 tonn/cm<2>.

Fig. 4 gir egenskapene Bin (for Hm = 2 Ørsted), |3ni og innskrumpningen r som

funksjon av det under presseoperasjonen utøvede trykk for sammensetningen 46,8 % Fe20:,, 32,8 % MnO, 13,5 % MgO, 6,9 % ZnO.

Fig. 5 viser for denne sammensetning hysteresissløyfer som svarer til forskjellige trykk under presseoperasjonen.

Varmebehandling.

Det på denne måte oppnådde produkt underkases en varmebehandling som va-rer fra 2 til 6 timer ved en temperatur som ligger mellom 1 200° C og 1 350° C i rent nitrogen med tilføyelse av 0 til 2 volumprosent oxygen etterfulgt av en langsom av-kjøling som foregår i løpet av omkring 15 timer i rent nitrogen. For å oppnå optimale egenskaper må varmebehandlings-temperaturen eksperimentalt tilpasses for hver sammensetning. Rent generelt kan man si at jo mere magnesiumoksyd MgO som inneholdes i ferritten, jo nødvendigere er det at varmebehandling foregår ved en høy temperatur. Hvis mengden magnesiumoksyd er null, kan fåes meget gode resultater ved omkring 1 250° C, for 10 % MgO må varmehandlingen skje ved 1 275° C og for 16 % gir en temperatur på 1 300° C tilfredsstillende resultater.

Fig. 6 viser hvorledes karakteristikkene

Bm, <H>cm, pm, Rm og Km (for.Hm = 0,9 Ørsted) varierer når temperaturen varierer fra 1 220 til 1 350° C for en blanding med følgende sammensetning: 46,8 % FeaOii, 32,8 % MnO, 13,5 % MgO, 6,9 % ZnO.

Som det fremgår ligger den optimale temperatur for denne ferritt mellom 1 275 og 1 300° C. Det er derfor ønskelig at varmebehandlingen foregår ved omkring 1 290° C, den optimale temperatur ved hvilken karakteristikkens spredning er minst.

Ved andre utførelseseksempler på oppfinnelsen kan utgangspulveret før pres-singen utsettes for en forsintring ved mellom 900 og 1 100° C, derpå må det igjen males før pressing og så tilslutt varmebe-handles. Temperaturen ved denne forsintring må tilpasses slik at den endelige innskrumpning av materialet i det minste er høyere enn 8 %, idet denne innskrumpning øker påkjenningene og derfor forbe-drer rektangularitetsegenskapene.

Det ble konstatert at for en blanding

som behandlet på normal måte oppviser gode egenskaper med hensyn til rektangu-laritet, vil en forsintring ved en for høy temperatur (f. eks. > 1 200° C) som fører til en innskrumpning av størrelsesordenen 4 %, gi et materiale som ikke har rektangulær hysteresissløyfe.

Eksempel 1:

Fig. 7 viser hysteresissløyfer som er

opptatt ved likestrøm for maksimalfelt på 2 og 10 Ørsted med et toroideformet legeme med en yttre diameter på 34,1 mm, en indre diameter på 26,9 mm og en høyde på 12,2 mm.

Utgangsblandingen av materialet inneholdt 50 molprosent FeaOs og 50 molprosent MnO. Malingen ble utført i 48 timer i en jernmølle som hadde et volum på 16 liter og inneholdt ca. 3 kg blanding, ca. 6 liter vann og ca. 20 kg kuler.

Varmebehandlingen ble utført ved

1 240° C i 4 h i rent nitrogen som inneholdt 1 % oxygen, og avkjølingen fant sted i rent nitrogen. Innskrumpningen var 14,8 % og materialet viste for Hm = 10 Ørsted et svakt koersitivfelt Hm på 0,5 Ørsted, en induksjon B„, = 3 660 Gauss, en «rektangularitetskoeffisient» pm -

= oU uuu.

Magnetostriksjonskoeffisienten Xs ved metning var for dette materiale — 4. 10—°,

og analyser viste at materialet ikke inne-

holdt noe ferrojern. Curie-punktet Øc lå

på omkring 280° C.

Fig. 8 viser hysteresissløyfer for dette materiale ved 2 Ørsted og forskjellige arbeidstemperaturer, fig. 9 angir variasjon-

ene og Bm og <H>cm som funksjon av ar-beidstemperaturen og fig. 10, som viser variasjonen av «rektangularitetsforholdet»

Rm som funksjon av feltet Hm for forskjel-

lige arbeidstemperaturer, angir tempera-

turens innflytelse på valget av det felt Hm for hvilket rektangulariteten er best.

Til bruk i magnetiske registreringsanordninger av «erindrings»-typen må for-

holdet Rm variere så lite som mulig med temperaturen for at anordningen skal vir-

ke på tilfredsstillende måte. Ferrittene som er formålet for oppfinnelsen, er spesielt eg-

net til denne anvendelse. «Rektangularitetsforholdet» Rm varierer meget lite med temperaturen.

Dette materiale brukes i form av toroi-

der i magnetiske styredeler, magnetiske koblere, magnetiske forsterkere etc.

Eksempel 2:

Fig. 11 viser en hysteresissløyfe opp-

tatt ved likestrøm for en utgangssammensetning 48 molprosent FesOs, 45,2 molpro-

sent MnO og 6,8 molprosent ZnO for Hm =

2 Ørsted. Følgende verdier ble oppnådd:

= 330, Bm == 3 580 Gauss, Hum = 0,35 Ør-

sted, pm = 0,94, <B>rm = 3 300 Gaus og Øc = 260° C.

Fremstillingsmåten var den samme

som ved eksempel 1. Tilføyelsen av sink har den virkning at koersitivfeltet Hcm re-duseres.

Eksempel 3:

Fig. 12 viser en hysteresissløyfe opp-

tatt ved likestrøm og et felt Hm = 2 Ørsted med en toroidkjerne med samme dimen-

sjoner som i eksempel 1. Utgangsblandin-

gen hadde sammensetningen: 50 molpro-

sent Fea03, 40 molprosent MnO, 5 molpro-

sent MgO og 5 molprosent ZnO. Frem-gangsmåten ved fremstillingen var den samme som ved eksempel 1. Følgende ver-

dier ble oppnådd ved Hm = 2 Ørsted:

Bm = 3 260 Gauss, Brm = 3 120 Gauss, Hcm

= 0,45 Ørsted og pm = 0,96.

Eksempel 4:

Fig. 13 viser to hysteresissløyfer opp-

tatt ved likestrøm for Hm = 2 Ørsted henh.

for det optimale felt Hm = 1,4 Ørsted med

en toroideformet kjerne med de samme dimensjoner som i eksempel 1. Utgangsblan-dingens sammensetning var 40 molprosent FeaO.i, 45 molprosent MnO, 8 molprosent ZnO og 7 molprosent MgO. Materialet ble behandlet på samme måte som i eksempel 1. Med dette materiale ble oppnådd følg-ende verdier ved Hm = 2 Ørsted: Bm = 2 300 Gauss, Brm = 2 140 Gauss, Hcm<= >0,9 Ørsted og |3m = 0,93 og følgende verdier ved optimalfeltet Hm = 1,4 Ørsted: Bm = 2 100 Gauss, Bnn = 1,960 Gauss, H,m = 0,8 Ørsted pm = 0,93, Rm= 0,77 og Km = 12,0.

Eksempel 5:

Fig. 14 viser to hysteresissløyfer for et materiale med følgende utgangssammensetning: 46,8 molprosent Fe2Oa, 32,8 molprosent MnO, 13,5 molprosent MgO og 6,9 molprosent ZnO. Varmebehandlingen ble utført ved 1 300° C under samme forhold som for eksempel 1. Fig. 15 viser betydningen av valget av feltet Hm for verdien av Rm og for Km. Ved optimum, dvs. Hm = 0,9 Ørsted (den indre sløyfe på fig. 14) når «rektangularitetskoeffisienten» (3m verdien 0,97 og forholdet Kin verdien 70. Curie-punktet 0(. er 260° C.

Eksempel 6:

Fig. 16 viser to sløyfer opptatt ved like-strøm for Hm = 9 henh. 10 Ørsted med en toroidef ormet kjerne med samme dimen-sjon som i eksempel 1. Utgangssammensetningen besto av 51 molprosent Fe20:i, 44 molprosent MnO og 5 molprosent MgO. Malingen og varmebehandlingen var som ved eksempel 1.

Materialet hadde følgende magnetiske verdier ved Hm = 10 Ørsted: Hcm = 0,6

Ørsted, Bm = 3 500 Gauss og |3m = 0,92 og ved Hm = 2 Ørsted: Hcm = 0,6 Ørsted, Bm = 3 060 Gauss og Pm = 0,95.

Eksempel 7:

Fig. 17 viser sløyfer opptatt ved like-strøm for Hm = 3 Ørsted henh. optimalt felt Hm = 1,8 Ørsted med en toroidekjerne med de samme dimensjoner som i eksempel 1.

Begynnelsessammensetningen besto av 40 molprosent Fe2Oa, 55 molprosent MnO og

5 molprosent AbOs, maling og varmebehandling som for eksempel 1. Materialet viste følgende verdier. Ved Hm = 3 Ørsted: Hcm = 1,15 Ørsted, Bm = 2,260 Gauss og P,„ = 0,94 og ved Hm = 1,8 Ørsted: Hcni =

1,0 Ørsted, Bm = 1,960 Gauss, <p>ra<=> 0,94, <R>m = 0,77 og Kin = 12.

Hysteresissløyfene for noen eksempler på ferromagnetisk materiale som omfatter FeaO:), AbO.i og MnO-molekyler, er vist på fig. 3 for forskjellige mengder AbO.i i molprosent for å vise virkningen av disse mengder.

Eksempel 8:

Fig. 18 viser to sløyfer opptatt ved likestrøm for Hm = 3 Ørsted henh. optimalverdien Hm = 2 Ørsted med en toroidekjerne med samme dimesnjoner som i eksempel 1. Utgangssammensetningen av oksydblandingen er 45 molprosent FeaOs, 50 molprosent MnO og 5 molprosent Cr203. Materialet behandles på samme måte som ved eksempel 1, og følgende verdier ble oppnådd ved Hm = 3 Ørsted og Bm = 2,200

Gauss, Hcra = 1,40 Ørsted og |3m = 0,94, og ved Hm = 2 Ørsted: Bm = 1,880 Gauss, H,.m = 1,15 Ørsted, pm = 0,93 og Rm = 0,70.

Fig. 19 viser hysteresissløyfen opptatt ved likestrøm for optimalverdien Hm = 2

Ørsted med en kjerne av samme form og størrelse som i eksempel 1. Utgangssammensetningen av blandingen besto av 41,7 molprosent Fe20:s, 5 molprosent Cr20:t, 32,8 molprosent MnO, 13,5 molprosent MgO og 7 molprosent ZnO. Varmebehandlingen ble

utført i løpet av 4 timer ved 1,275° C i rent nitrogen med tillegg av 1 % oxygen, og kjø-lingen fant sted i løpet av 15 timer i rent nitrogen. Maling som ved eksempel 1. Materialet viste følgende magnetiske karakteristikker for Hm = 2 Ørsted: Hnn = 1,2 Ørsted, Bm = 1,960 Gauss, p,n = 0,93, Rm = 0,77 og Km = 12.

Eksempel 10:

Fig. 20 viser hysteresissløyfen opptatt ved likestrøm for feltet Hm = 1 Ørsted med en kjerne av samme form og størrelse som i ekempel 1.

Utgangssammensetningen av blandingen var 36 molprosent Fe20.), 9 molprosent AbO.t, 25 molprosent MnO, 15 molprosent MgO og 15 molprosent ZnO. Maling som ved eksempel 1. Varmebehandlingen ble utført i løpet av 4 timer ved 1 300° C i rent nitrogen med tillegg av 1 % oxygen, og kjølingen fant sted i omkring 15 timer i rent nitrogen. Materialet viste følgende magnetiske karakteristikker for Hm = 1

Ørsted: H(.m = 0,25 Ørsted, Bm = 1,320

Gauss og pin = 0,91.

Eksempel 11: Fig. 21 viser hysteresissløyfen opptatt ved likestrøm for optimalfeltet Hm = 2

Ørsted med en kjerne av form og størrelse som ved eksempel 1. Utgangssammensetningen av blandingen var 45 molprosent Fe203, 5 molprosent AI2O3, 42 molprosent MnO, 5 molprosent MgO og 3 molprosent ZnO. Maling og varmebehandling som ved eksempel 1. Materialet viste følgende magnetiske karakteristikker for Hm = 2 Ørsted: Huin = 1,2 Ørsted, = 2,320 Gauss, = 0,94, Rm = 0,74 og Km = 10,0.

Eksempel 12: Fig. 22 viser hysteresissløyfen opptatt ved likestrøm for optimalfeltet Hm = 2,4 Ørsted med en kjerne som i eksempel 1. Utgangssammensetningen av blandingen var 45 molprosent Fe20.3, 5 molprosent Cr2 Os, 42 molprosent MnO, 5 molprosent MgO og 3 molprosent ZnO. Maling og varmebehandling som i eksempel 1. Materialet viste følgende magnetiske karakteristikker for Hm = 2,4 Ørsted: H(.m= 1,5 Ørsted, Bm = 1,800 Gauss, |3m = 0,91, Rm = 0,73 og Km = 10,7.

Eksempel 13: Dette eksempel vedrører tilskudd av kalsiumoksyd. Et tilskudd av en liten mengde kalsiumoksyd på opp til 5 % forandrer ikke rektangularitetskoeffisienten, men gjør det mulig å oppå et svakere koersitivfelt uten økning av varmebehandlingstem-peraturen. Den heltrukne kurve på fig. 23 viser en hysteresissløyfe opptatt med et materiale hvis utgangssammensetning var 45 molprosent Fe203, 31,7 molprosent MnO, 16,7 molprosent MgO og 6,6 molprosent ZnO. Varmebehandlingen fant sted ved 1,240° C under samme forhold som i eksempel 1. De strekede kurver viser hystere-siskurver opptatt med et materiale med samme utgangssammensetning som ovenfor med tillegg av 2 molprosent CaO. Varmebehandlingen uforandret. En tilsetning av kalsiumomsyd gjør det mulig å utføre varmebehandlingen ved en lavere temperatur enn 1,300° C. Det er følgelig mulig å oppnå gode resultater ved 1,240° C.

Claims (3)

1. Ferromagnetisk keramisk materiale med en i det vesentlige rektangulær hyste-resissløyfe og inneholdende tre-verdige og to-verdige metalloksyder, karakterisert ved at materialet inneholder en slik mengde oxygen at der i det vesentlige fåes likhet mellom antallet molekyler som inneholder metaller av treverdig form og antallet molekyler som inneholder metaller i to-verdig form, idet det keramiske materiale inneholder ferrioksyd, oksyd av tre-verdig mangan og oksyd av to-verdig mangan, hvor andelen av treverdig manganoksyd i det minste er 0,2 molprosent, slik at materialet får en hysteresissløyfe hvis rektangularitetskoeffisient er større enn 0,85.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av ferromangetisk keramisk materiale ifølge påstand 1, karakterisert ved at blandingen av oksyder inneholder fra 23 til 52 molprosent ferrioksyd med eller uten aluminiumoksyd og/eller kromoksyd, idet minst tre fjerdedeler er ferrioksyd, fra 0 til 15 molprosent sinkoksyd og/eller kadmiumoksyd, fra 0 til 20 molprosent magnesiumoksyd og resten manganoksyd, og at sinkoksydet og/eller kadmiumoksydet er mellom 5 og 15 molprosent og i alle tilfelle i overskudd i vektprosent i forhold til mag-nesiumoksydet, når magnesiumoksyd er til-stede med mellom 8 og 20 molprosent, at sammenpressingen foretas ved et trykk på mellom 0,5 til 15 tonn/cm<2> og at varmebehandlingen foretas i løpet av 2 til 6 timer ved en temperatur på mellom 1200 og 1350° C i en atmosfære av nitrogen som inneholder opp til 2 volumprosent oxygen, etterfulgt av avkjøling i ren nitrogen i løpet av 15 timer hvorved krystallene har i det vesentlige konstante dimensjoner på mellom 10 og 100 |x.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at andelen av sinkoksyd og/eller kadmiumoksyd i blandingen av oksyder er fra 0,1 til 15 molprosent og at andelen av magnesiumoksyd i blandingen er fra 3 til 20 molprosent.