Opublikowano: 27.IV.1964 48186 KI. 21 g 31/03 MKP H 01 UKD Pi-iJOTFKA 5Pm i ^eczypespGiKej Luja** Wspóltwórcy wynalazku: dr inz. Aleksander Braginski, mgr inz. Jacek Kulikowski Wlasciciel patentu: Zaklad Materialów Magnetycznych „Polfer", War¬ szawa (Polska) Rdzen magnetyczny Wynalazek dotyczy rdzenia magnetycznego wy¬ konanego z ferrytu perminwarowego, którego prze- nikalnosc magnetyczna pozostaje stala przy wzro¬ scie natezenia pola co najmniej do 1 ersteda i któ¬ rego punkt Curie przekracza 250°C.Dotychczas znane rdzenie z ferrytów niepermin- warowych wykazuja zmiennosc przenikalnosci magnetycznej w funkcji natezenia pola takze i po¬ nizej 1 ersteda. Znany rdzen perminwarowy (U-17) posiada mala przenikalnosó równa 10 gausów na ersted i dosc duza wartosc wspólczynnika tempe¬ raturowego przenikalnosci.Rdzen magnetyczny wedlug wynalazku wykona¬ ny jest z ferrytu perminwarowego, który moze miec przenikalnosc wynoszaca od kilku do kilku¬ nastu gausów na ersted i wykazuje te zalete, iz mozna mu nadac male wartosci wspólczynnika temperaturowego przenikalnosci magnetycznej, a takze duze wartosci granicznej czestotliwosci pracy, przy której wartosc tg<5 mierzona w pier¬ scieniowym rdzeniu jest równa 0,02.Rdzenie magnetyczne z ferrytu perminwaro¬ wego nadaja sie szczególnie do stosowania w tele¬ komunikacji, jako czesci skladowe elementów in¬ dukcyjnych, które powinny cechowac sie niezalez¬ noscia wlasnosci od zmian natezenia pola magne¬ tycznego, temperatury oraz niskim katem strat- nosci tg<5 w szerokim zakresie czestotliwosc pracy. 10 15 20 Korzystne wlasciwosci ferrytu perminwarowego uzyskuje sie przez tak zwane uporzadkowanie magnetyczne jonów kobaltu dodawanego w nie¬ wielkiej ilosci do zasadniczego skladu ferrytu, w sposób nizej opisany.Do mieszaniny tlenków lub soli zelaza jednego lub wiecej metali dwuwartosciowych wzietych w takiej proporcji, aby zawartosc zelaza w przeli¬ czeniu na Fe203 byla wieksza od 50% w stosunku molowym i aby punkt Curie ferrytu nie byl nizszy od 250°C, dodaje sie 0,3°/o w stosunku molowym lub wiecej kobaltu w postaci tlenku lub soli. Metalami dwuwartosciowymi moga byc nikiel, mangan, cynk lub inne. Po wymieszaniu wszystkich skladników i otrzymaniu sproszkowanej mieszaniny tlenków prasuje sie rdzen, stosujac cisnienie jednostkowe wzglednie niskie, aby przy spiekaniu ulatwic wy¬ miane tlenu miedzy otaczajaca atmosfera i wne¬ trzem rdzenia. Przed sprasowaniem mozna tez mieszanine spiec wstepnie i ponownie zemlec.Spiekanie rdzenia przeprowadza sie w atmosferze tak dobranej, aby otrzymac ferryt utleniony, lecz posiadajacy strukture spinelu bez domieszek fazy obcej, takiej jak na przyklad tlenek zelazowy i za¬ dana zawartosc jonów, zelaza dwuwartosciowego.Po spieczeniu i powolnym ochlodzeniu do tempe¬ ratury otoczenia, rdzen poddaje sie wygrzewaniu przy temperaturze tak dobranej, aby zapewnic48186 dostateczna predkosc djrfuzji jonów kobaltu, pozo¬ stajac zarazem ponizej punktu Curie ferrytu.W procesie powolnego ochladzania i wygrzewania nastepuje uporzadkowanie magnetyczne ferrytu, w wyniku czego nabywa on wlasciwosci permin- 5 warowych.Wlasciwosci perminwarowe objawiaja sie w ten sposób, ze przy wzroscie natezenia pola magnetycz¬ nego przenikalnosc magnetyczna pozostaje stala lub prawie stala az do natezenia pola zwanego polem 10 wlasnym lub polem otwarcia, Hg. W zakresie nate¬ zen pola ponizej Hg nie wystepuja lub prawie nie wystepuja straty na histereze magnetyczna, dzieki czemu mozliwe jest otrzymanie wysokich dobroci elementów indukcyjnych o rdzeniu perminwaro- 15 wym. Po przekroczeniu natezenia pola HB przeni¬ kalnosc magnetyczna wzrasta gwaltownie i wyste¬ puja znaczne straty na histereze magnetyczna.Petla histerezy wykazuje wtedy charakterystyczne przewezenie w zakresie natezen pola ± H8. Przy 2o nadmiernym przekroczeniu natezenia pola wlasne¬ go nastepuja nieodwracalne zmiany wlasnosci rdzenia, spowodowane naruszeniem uporzadkowa¬ nia magnetycznego. Rdzen taki przestaje byc uzy¬ teczny, lecz moze zostac przywrócony do stanu 25 pierwotnego uporzadkowania przez ponowne wy¬ grzanie przy temperaturze nizszej od punktu Curie ferrytu. Jak widac z powyzszego, zakres zastoso¬ wania rdzenia perminwarowego powinien byc ograniczony do natezen pól nie przekraczajacych 30 wartosci Hs. Warunek ten moze byc latwo spelnio¬ ny w wiekszosci zastosowan telekomunikacyjnych./Ferryt, w którym uzyskano uporzadkowanie magnetyczne, wykazuje znacznie wieksza wartosc czestotliwosci granicznej, niz ten sam ferryt nie- 35 uporzadkowany. Dzieje sie tak dlatego, ze uzyska¬ na przez uporzadkowanie dodatkowa anizotropia magnetyczna zapewnia zwiekszenie czestotliwosci rezonansu ferrimagnetycznego, przy której wyste¬ puje maksimum strat. Przenikalnosc ferrytu nie 40 zawierajacego kobaltu wzrasta na ogól przy wzro¬ scie temperatury, az do punktu Curie.Dodatek kobaltu powoduje pojawienie sie lokal¬ nego maksimum na charakterystyce temperaturo¬ wej przenikalnosci ponizej punktu Curie. Tempe- 45 ratura, przy której wystepuje to maksimum wzra¬ sta wraz z zawartoscia kobaltu w ferrycie. W ogra¬ niczonym zakresie temperatur wyzszych od tem¬ peratury wystepowania maksimum charaktery¬ styka temperaturowa przenikalnosci ma przebieg 50 plaski, odpowiadajacy malym wartosciom wspól¬ czynnika temperaturowego przenikalnosci magne¬ tycznej. Mozna zatem dodac do ferrytu taka ilosc kobaltu, aby przebieg plaski przenikalnosci przy¬ padal w wybranym zakresie temperatur roboczych 55 rdzenia z ferrytu perminwarowego.Okazuje sie, ze wszystkie opisane wyzej korzyst¬ nie wlasnosci ferrytu perminwarowego sa skutkiem obecnosci w ferrycie odpowiednio dobranej ilosci kobaltu i uporzadkowania magnetycznego jego jo- 60 nów.Nalezy zauwazyc, ze uzyte okreslenie „rdzen magnetyczny z ferrytu perminwarowego" obejmu¬ je ogólnie wszystkie wykonane z tego ferrytu cze¬ sci konstrukcji elektromagnetycznych, zadaniem 65 których jest skupianie linii sil pola magnetycznego* Przyklad I. Mieszanirie technicznego, uwodnio¬ nego tlenku zelazowego, tlenku niklu i tlenku ko¬ baltu, wzietych w stosunku molowym 58:41:1, prze¬ liczonych na czyste tlenki Fe203, NiO i CoO miele sie w ciagu 24 godzin w stalowym mlynie kulowym zawierajacym kule stalowe i wode. Stosunek cie¬ zaru tlenków, wody i kur wynosi 1:2:6. Mieszanine odwadnia sie nastepnie i suszy przy temperaturze okolo 180°C. Wysuszony proszek spieka sie wstep¬ nie w atmosferze powietrza przy temperaturze 1200°C, w czasie 4 godzin. Po ostygnieciu spieku rozdrabnia sie go wstepnie w gniotowniku kolo¬ wym i poddaje ponownemu przemialowi w warun¬ kach podanych wyzej. Wysuszony produkt prze¬ mialu prasuje sie z dodatkiem wody i spoiwa orga¬ nicznego w postaci pierscienia o srednicy zewnetrz¬ nej 20 mm i przekroju 4X4 mm, pod cisnieniem 500 kg/cm2. Pierscien ten spieka sie nastepnie przy temperature 1160°C w piecu elektrycznym, w obec¬ nosci tlenu. Po 5 godzinach piec chlodzi sie wraz z zawartoscia w czasie 8 godzin, az do temperatury 400°C, w której wygrzewa sie pierscien przez 20 go¬ dzin. Po wygrzaniu piec stygnie powoli do tempe¬ ratury otoczenia. Uzyskany ferryt perminwarowy posiada punkt Curie 585^, przenikalnosc w tem¬ peraturze 20*C równa 10 Gs/Oe przy natezeniach pola nie przekraczajacych pola otwarcia Hg = 12 Oe, wspólczynnik temperaturowy przenikalnosci = 40 • 10—6 0e/Gs°C w zakresie temperatur miedzy 20 i 60°C, czestotliwosc granicz¬ na 250 MHz.Przyklad II. Mieszanine czystego tlenku zela¬ zowego, itlenku niklu, tlenku cynku i tlenku ko¬ baltu, wzietych, w stosunku molowym 58:21:20:1, miele sie w sposób opisany w pierwszym przykla¬ dzie. Wysuszony produkt przemialu prasuje sie cisnieniem 2,5 ton/cm2 jak w przykladzie pierw¬ szym i spieka w atmosferze powietrza, w tempe¬ raturze 1250°C, przez 5 godzin. Nastepnie piec chlodzi sie wraz z zawartoscia do temperatury 300°C, w której przeprowadza sie 20 godzinne wy¬ grzewanie. Po wygrzewaniu piec stygnie powoli do temperatury otoczenia.Uzyskany ferryt perminwarowy posiada punkt Curie 370°C, przenikalnosc w temperaturze 20°C równa 105 Gs/Oe przy natezeniach pola nie prze¬ kraczajacych pola otwarcia Hs = 2 Oe, wspólczyn¬ nik temperaturowy przenikalnosci P = 2,5 • 10—• 0e/Gs°C w zakresie temperatur miedzy 20 i 60°C, czestotliwosc graniczna 20 MHz.Przyklad III. Mieszanina czystego tlenku zela¬ zowego, tlenku manganu i tlenku kobaltu, wzietych w stosunku molowym 59:40,05:0,95 sluzy do przy¬ gotowania rdzenia w sposób opisany w drugim przykladzie z ta róznica, ze jako atmosfere pieca podczas chlodzenia stosuje sie azot o zawartosci tlenu nie wiekszej od 0,01°/o objetosci. Uzyskany ferryt perminwarowy posiada punkt Curie 380°C, przenikalnosc w temperaturze 20°C równa 34 Gs/Oe przy natezeniach pola nie przekraczajacych pola otwarcia Hg = 3 Oe, wspólczynnik temperaturowy przenikalnosci fi = 8 • 10—6 Oe/Gs^C w zakresie temperatur miedzy 20 i 60PC, czestotliwosc granicz¬ na 80 MHz.48186 5 PL