Verfahren zur Herstellung eines Naterials für magnetische Kerne. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung eines Materials für magnetische Kerne, insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich für die magnetischen Kerne von Belastungsspulen für Fernmelde stromkreise und ähnliche Vorrichtungen, und auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes Material.
Bei der Fabrikation magnetischer Kerne < ius mit einer isolierenden Substanz ver mischten, fein unterteilten magnetischen Partikelchen war es schon bisher üblich, den zusammengepressten Kern Einer Wärmebe handlung zu unterwerfen, um auf diese Weise gleichmässige. möglichst hohe und über einen möglichst grossen Induktions bereich konstante Werte der Permeabilität zu erzielen.
Diese Wärmebehandlung wurde gewöhn lich bei der verhältnismässig niedrigen Tem peratur von ungefähr 93 bis 110 C durchgeführt und erstreckte Sieh über die verhältnismässig lange Zeitdauer von etwa 12 Stünden. Wird für die Kerne ein mag netisches Material mit hoher Permeabilität, beispielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung mit hoher Anfangspermeabilität verwendet, so erhält man einen Kern, dessen elektrische und magnetische Eigenschaften bedeutend weniger befriedigen, als man aus den Eigen schaften des Ausgangsmaterials schliessen könnte.
Diese nachteilige Wirkung, welche :ich zum Beispiel in einer Herabsetzung der Permeabilität und einer Erhöhung des Hvsteresisverlustes äusserte, muss dem Press- vorgang, bei unzureichender Wirkung der darauf folgenden Wärmebehandlung zuge schrieben werden.
Gemäss dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines Materials für magnetische Kerne wird ebenfalls eine gepulverte Nickel- Eisen-Legierung mit isolierendem Material (yemischt; letzteres ist ,jedoch derart be schaffen, dass dessen isolierende Eigen schaften bei Temperaturen zwischen 450 und 800 C nicht zerstört werden, und die zusammengepresste Mischung wird einer Wärmebehandlung mit einer zwischen den genannten Grenzen liegenden Temperatur nntenvorfen. gerne, die aus dem gemäss vorliegender Erfindung hergestellten Material bestehen,
können zugleich sehr niedrige Wirbelstrom- verluste, eine verhältnismässig hohe Permea- bilität und eine beträchtliche Stabilität auf weisen, welche Eigenschaften besonders bei Kernen für Belastungsspulen und ähnliche Vorrichtungen erwünscht sind. Wird ein sol cher Kern während oder nach dem Press- vorgang einer Wärmebehandlung mit hoher Temperatur unterworfen, so kann der Ver lust der magnetischen Eigenschaften wäh rend des Pressvorganges verhütet oder wieder zurückgewonnen werden.
Ein gemäss dem Verfahren hergestellte, in erster Linie in Betracht kommendes Ma terial ist dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Isolationsmaterial Kaolin und ein Flussmittel enthält.
In den nachstehend beschriebenen Aus führungsbeispielen des Verfahrens kommt ein solches Isoliermaterial zur Anwendung, doch soll dadurch nicht gesagt sein, dass nicht auch andere hitzebeständige, isolierende Stoffe mit Erfolg benützt werden könnten.
Nachstehend wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung anhand einiger Aus führungsbeispiele beschrieben.
In einer Ausführungsform werden die metallischen Partikelchen mit einer Mi schung aus einem Flussmittel, beispielsweise Borsäure, und Kaolin in kolloidaler Suspen sion behandelt, wobei die einzelnen Legie- rungspartikelchen isoliert werden, worauf sie durch Pressen zu Kernen von gewünschter Gestalt und Grösse geformt weiden.
Hierauf werden die gerne mit einer Zinkhydroxyd- lösung imprägniert und zum Austreiben der Feuchtigkeit erwärmt und schliesslich auf die für die bestimmte Legierung die besten Ergebnisse bewirkende Temperatur erwärmt, um den Isolator zu festigen und in den, meist ringförmigen, Kernen die verlangte Permea- bilität, niedrige Hysteresisverluste und hohen spezifischen Widerstand und damit niedrige Wirbelstromverluste zu erhalten.
Bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens wird das magnetische Material auf folgende Weise vorbereitet: Das anzu wendende magnetische Material wird vor zugsweise aus einer gewöhnlich unter dem Namen "Permalloy" bekannten Nickel-Eisen- Legierung zubereitet, wobei diese Legierung in geeigneter Weise gepulvert wird.
Die Erfahrung zeigte, dass in denjenigen Fällen, in welchen niedrige Wirbelstromverluste ge wünscht werden, die Partikelchen sehr klein und von solcher Grösse sein müssen, dass sämtliche leicht durch ein sogenanntes "120- maschiges Sieb" und ein grosser Prozentsatz durch ein "200-maschiges Sieb" hindurch gehen. Für eines der Ausführungsbeispiele der Erfindung wird die Legierung derart zubereitet, dass ungefähr 78i% Teile. Nickel und 211/2 Teile Eisen in einer oxydierenden Atmosphäre miteinander geschmolzen wer den, worauf die so gewonnene Legierung in eine Form gegossen wird.
Die durch dieses Verfahren zubereitete Legierung ist ausser ordentlich brüchig und kann deshalb leicht zu kleinen Partikelchen, bezw. Pulver redu ziert werden, aus welchem dann die Kerne geformt werden.
Das Zerkleinern der Legierung kann dabei in irgend einer geeigneten Weise durchgeführt werden. Bevor das isolierende Material hinzugefügt wird, werden die fein unterteilten Panikelchen der Nickel-Eisen- Legierung in einem abgeschlossenen Behälter bei einer Temperatur von ungefähr<B>750'</B> C bis<B>980'</B> C ausgeglüht, wobei eine Tempe ratur von 925 C besonders gute Ergebnisse zeitigte. Hierauf muss die ausgeglühte Le gierung, deren Teilchen beim Ausglühen zusammenbacken, neuerdings zerkleinert wer den. Hierauf wird sie mit dem Isolator ge mischt.
Gemäss einer besonderen Ausführungs- form der Erfindung wird der Isolator für die Pulverpartikelchen durch Mischen der Bestandteile auf folgende Art hergestellt: Ein Teil Kaolin wird in drei Gewichtsteilen Wasser durch Erwärmen auf ungefähr 95 C vollständig aufgelöst und durchgeschüttelt, bis es eine dünne, gleichmässige kolloidale Masse bildet. Hierauf wird dieser Masse ein Flussmittel, beispielsweise Borsäure, in einer Menge, welche gleich vier Gewichts prozenten des Kaolins ist, beigegeben, um- die Schmelztemperatur zu erniedrigen und die Adhäsionsfähigkeit des Kaolins zu ver grössern.
Die Borsäure wird vorzugsweise im heissen destillierten Wasser, vor dem Bei fügen des Kaolins gelöst. Hierauf wird das gepulverte Permalloy zu dieser Mischung hinzugefügt. Die Pulvermenge richtet sich nach der gewünschten Permeabilität und dem bestimmten Verwendungszweck des fer tigen Kernes. Das Pulver wird mit der Kaolinlösung durch starkes Schütteln von Hand oder durch Wälzen in einer rotieren den Trommel gemischt, wobei die Tempe ratur dieser Mischung ungefähr 100 C sein soll, solange, bis alles mechanisch zurück gehaltene Wasser ausgetrieben ist.
Die ge trockneten isolierten Pulverpartikelchen wer den hierauf in eine für das Pressen der Kerne geeignete Form gebracht und mit einem Druck von ungefähr 14000 Kilogramm pro cm' geformt. Der hohe Druck beim Formen der Ringe wird deshalb angewendet, da es sich herausgestellt hat, dass, wenn die Dichte des Kernes, bezw. des Ringes erhöht wird, seine Permeabilität ebenfalls zunimmt.
Die gepressten Kerne, welche wie bereits erwähnt worden ist, die Form von Ringen besitzen mögen, werden hierauf in einer Lö sung von Zinkhydroxyd, welche einen Über schuss an Ammoniak besitzt, je nach der Grösse des Kernes während der Dauer von zwei bis sechs Minuten imprägniert, um dieser Lösung zu gestatten, sich ebenfalls um die einzelnen Pulverpartikelchen zu verteilen.
Das dabei hinzugefügte Zinkhydrogyd zer fällt bei der hohen Temperatur des nach folgenden Ausglühprozesses und bildet auf den Partikelchen eine Oxydschicht. Die Ringe werden hierauf bei 100 C während mehreren Stunden im Ofen getrocknet, um das hygroskopisch zurückgehaltene Wasser und Ammoniak zu entfernen, worauf sie in einen Ofen gestellt und während mehreren Stunden bei ungefähr<B>260'</B> C erwärmt wer den, um den Gehalt an chemisch gebun- denem Wasser zu reduzieren.
Nachdem die Ringe getrocknet sind, werden sie vorzugs weise in geschlossenen Töpfen auf die in diesem Falle geeignete Ausglühtemperatur von ungefähr 675 C (bezw. auf eine zwi schen 450 und<B>800'</B> C liegende) Temperatur erhitzt, um das Kaolin teilweise zu schmel zen und den Ringen die grösstmögliche Per meabilität zusammen mit niedrigen Kern verlusten zu geben. Man kann dabei zu nächst eine kleine Anzahl R.rüfringe aus dem nach obigem Verfahren isolierten Pulver her stellen und ihre Permeabilität messen.
Sollte diese zu niedrig sein, so kann sie dadurch erhöht werden, dass vor dem Pressen der zur Verwendung gelangenden Ringe, zu dem nach dem Verfahren isolierten Perma.Jloy- pulver, eine geeignete Menge von nicht oder nur wenig isoliertem Pulver hinzugefügt wird.
Die Wärmebehandlung kann so durch geführt werden, dass entweder das geformte Material gerade vor dem Zusammenpressen auf die gewünschte Temperatur gebracht wird und heiss gepresst wird. worauf dann die heissen Kerne in geeignete Ofen oder Kühlkammern gebracht werden, in welchen sie innerhalb der richtigen Zeit auf Zimmer temperatur abgekühlt werden, oder indem die fertigen Kerne zu irgend einer Zeit nach Durchführung des mechanischen Prozesses einer geeigneten Wärmebehandlung unter worfen werden.
Durch Anwendung verschiedener Wärme behandlungen nach dem Zusammenpressen können die magnetischen und elektrischen Eigenschaften verbessert werden und ferner können die Permeabilität und die Hysteresis- verluste verbessert und kontrolliert werden.
Die magnetischen Partikelchen werden vor dem Pressen isoliert, um dadurch den elektrischen Widerstand der Kerne erheb lich zu vergrössern und die Wirbelstromver- luste zu -vermindern, wenn der Kern einem wechselnden magnetischen Feld unterworfen wird. Der beim Pressen zum Verdichten des Materials angewendete Druck genügt, um seine. Dichte derjenigen des Metalles,_ aus welchem die Partikelchen bestehen, zu nä hern, und leere Räume zwischen den Par- tikelchen zu beseitigen, so dass der gepresste Kern praktisch eine feste gleichartige Masse bildet.
Es hat sich herausgestellt, dass der Pressprozess die Isolation verletzen oder ab reiben kann, -wodurch der elektrische Wider stand der geformten Masse verkleinert wird. Dies kann dadurch vermieden werden, dass man vor dem Pressprozess die isolierten Mag netpartikelchen durch Beifügen einer kleinen Menge eines Schmiermittels, beispielsweise Paraffinöl, mit dem Schmiermittel umgibt. Bei richtiger Anwendung eines dazu geeig neten Schmiermittels lässt sich die Festig keit des Kernes bei gleichzeitig höherem elektrischen Widerstand aufrechterhalten.
Zur Bildung eines Kernes werden eine An zahl der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Ringe gleichachsig aufgestapelt und darauf die torroidförmigen Wicklungen angebracht. Die Zahl der Ringe ist dabei von den gegebenen elektrischen Eigenschaf ten des Fdinmeldestromkreises, in den die Belastungsspulen eingeschaltet werden, ab h ängig.
Es ist klar, dass, obschon in der obigen Beschreibung für die Mittel, womit die Permalloypartikelchen isoliert werden, be stimmte Bestandteile und bestimmte Pro portionen dieser Bestandteile genannt wur den, andere Proportionen oder Bestand teile dafür gewählt werden können. Ebenso ist die Anwendung des genannten Fluss- inittels nicht unerlässlich, sondern es können zwecks Herabsetzung der Schmelztemperatur des Kaolins andere Fluss'mittel, wie zum Beispiel Borax, gewöhnliches Salz oder Mag nesiumsulfat an Stelle der Borsäure ange wendet werden.
Durch Anwendung derartiger Kerne bezw. Ringe können Induktanzeinheiten ge bildet werden, deren Kernpermeabilität hö her und deren Hysteresis- und Wirbelstrom verluste gleich oder kleiner sind, als bei Kernen, die nach irgend einem der bekann ten Verfahren hergestellt wurden; mit sol chen Kernen gebildete Tnduhtionseinheiten erfordern auch, dementsprechend, ein gerin geres Volumen für den Kern und die Wick lung.