Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials mit nahezu geradliniger blagnetisierungskurve. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung eines magnetischen Materials mit einer nahezu geradlinigen Magnetisierungskurve für eine Magnetisie- rungsrichtung, das sich dementsprechend durch geringe Hystereseverluste auszeichnet. Das Material eignet sich zur Herstellung von Spulenkernen.
Magnetische Materialien mit geringem Hystereseverlust sind insbesondere in der Fernmeldetechnik, zur Herstellung von Über trägern, Pupinspulen, Relais, elektroakusti schen Einrichtungen usw. von grösster Be deutung, und man hat bereits für diese Zwecke brauchbare Materialien in den Nickeleisenlegierungen gefunden. Insbeson dere diejenigen Legierungen, welche neben Nickel und Eisen noch Kobalt, Kupfer oder Aluminium enthalten, zeichnen sich durch geringe Hystereseverluste aus.
Man hat auch schon versucht, die Hy- stereseverluste magnetischer Kerne, insbe- sondere solcher aus Eisennickellegierungen, dadurch herabzusetzen, dass man geeignete Druck- oder Zugkräfte entweder in der Richtung der Kraftlinien oder senkrecht dazu auf den Kern von aussen her einwirken liess. Die das Kernmaterial bildenden Kri stalle werden durch solche äussern Kräfte elastisch deformiert, wodurch Vorzugsrich tungen der Magnetisierung zustandekommen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt nun, dem magnetischen Material Vorzugsrichtun gen der Magnetisierung ohne dauernde An wendung von äusserer mechanischer Zug- oder Druckspannung in Richtung der Kraft linien oder senkrecht dazu zu erteilen.
Das gemäss .der Erfindung anisotrop ge machte Material wird man zweckmässiger weise so in Spulenkerngestalt bringen, dass die Richtung der Kraftlinien praktisch ge sprochen senkrecht zur Richtung der grössten Magnetisierfähigkeit verläuft. Zum besseren Verständnis der vorliegen den Erfindung seien die nachfolgenden Er läuterungen gegeben.
Bei einem ferromagnetischen, aus einem vollkommen spannungsfreien Einkristall mit würfelförmigem Raumgitter bestehenden Körper zeigen sich bekanntlich drei Vor- zugsrichtungen der Magnetisierung, die mit den drei Kantenrichtungen .des Würfels (100 Richtungen) zusammenfallen.
Denkt man sich in einem solchen Einkristall ein kartesisches Koordinatensystem derart fest gelegt, dass die X-, Y- und Z-Richtungen mit je einer Kantenrichtung zusammenfallen, so ist somit der Einkristall in den positiven wie negativen X-, Y- und Z-Richtungen gleich gut magnetisierbar. Wie bei jedem ferromagnetischen Körper hat man sich in einem Einkristall eine Anzahl Bezirke (die sogenanute Weissschen Komplexe) zu den ken, derart, .dass innerhalb eines jeden solchen Bezirkes das innere oder molekulare Feld überall gleich gerichtet ist.
Bei einem Ein kristall fallen diese Richtungen der spon tanen Magnetisierung der Komplexe mit den Würfelkanten zusammen, so dass man sich dieselben in den positiven und negativen X-, Y- und Z-Richtungen denken kann. Da die Positiven und negativen Richtungen gleich berechtigt sind, werden sich die Wirkungen der einzelnen Komplexe nach aussen hin zu nächst aufheben.
Unter dem Einfluss eines von aussen an gelegten magnetischen Feldes stellen sich die Richtungen der spontanen Magnetisierung in der Feldrichtung ein, und dieser Vorgang verläuft bei einem idealen Einkristall voll kommen frei von Hysterese, was man durch die Annahme sogenanuter reversibler Wand schiebungen und Drehprozesse, die an sich schon reversibel verlaufen, zu deuten ver sucht.
Wie bereits erwähnt, fallen die Vorzugs richtungen der Magnetisierung beim Eisen einkristall mit den Kantenrichtungen des würfelförmigen Raumgitters zusammen. Beim idealen Einkristall würde bereits ein sehr kleines, in eine der Kantenrichtungeu fallendes äusseres Feld genügen, die Vek toren der spontanen Magnetisierung in die Feldrichtung zu drehen; die Permeabilitä.t wäre demnach fast unendlich gross.
Die in der Praxis zur Verfügung stehenden, auf künstlichem Wege hergestellten grösseren Einkristalle weichen vom idealen infolge der immer darin vorkommenden Verunreinigun gen merklich ab, so dass zur Sättigungs- magnetisierung ein Feld endlicher Stärke erforderlich ist. Immerhin zeigen auch solche Eiseneinkristalle in den Vorzugsrichtungen eine recht hohe Anfangspermeabilität. Den gleichen Verunreinigungen ist es zuzuschrei ben, dass die praktisch herstellbaren Ein kristalle Hystereseverluste, wenn auch nur in geringem Masse aufweisen.
Nach dem Obigen könnte man meinen, dass der aus einem Einkristall hergestellte ferromagnetische Körper das geeignete Kern material für Spulen, Überträger und der gleichen wäre. Jedoch für manche Zwecke, beispielsweise für Pupinspulen, ist eine sehr hohe Anfangspermeabilität durchaus nicht erwünscht. Zwar würde auch bei einem aus einem Einkristall hergestellten magnetischen Kern durch das Anbringen von Luftspalten die Möglichkeiten bestehen, die effektive Permeabilität herabzusetzen, aber zu dieser Massnahme wird man wegen anderer damit verknüpfter Nachteile vielfach nur ungerne Zuflucht nehmen.
Die Erfindung geht nun von der Er kenntnis aus, dass die künstliche Unterdriik- kung einer der Vorzugsrichtungen der Mag netisierung eines Einkristalles, und damit die Herabsetzung der Permeabilität in die ser Richtung möglich ist. Die Ausnützung dieser Erkenntnis erfolgt nun, indem durch eine geeignete mechanische und thermische Behandlung ein ferromagnetisches Material, zum Beispiel eine Eisennickellegierung, zu nächst in einen solchen Zustand gebracht wird, dass die Struktur jener eines Einkri- stalles annähernd entspricht.
Durch eine weitere mechanische Behandlung wird dann die erwünschte magnetische Anisotropie er- halten, wobei das Material nur noch zwei Vorzugsrichtungen der Magnetisierung be sitzt. Diese Eigenschaft hängt mit dem in- nern mechanischen Spannungszustand zu sammen, in welchen das Material infolge des Bearbeitungsvorganges gebracht worden ist.
Gute Resultate wurden beispielsweise durch Anwendung des nachstehenden Ver fahrens erhalten: Als Ausgangsmaterial diente ein aus <B>50%</B> Nickel und 50A Eisen zusammenge setztes Band von einer Dicke von mindestens 1 mm. Dieses wurde kalt ausgewalzt auf 110 Mikron. Die magnetische Untersuchung ergab zwei Vorzugsrichtungen der Magneti- sierung, nämlich in Richtungen, die einen Winkel von nahezu 45 mit der Walzrich- tung bildeten. Hiernach wurde das Band bei 1100 C ausgeglüht, wobei Rekristallisation eintrat.
Nunmehr lagen die Kristalle in sehr geordnetem Zustand, und zwar so, dass eine der Würfelflächen parallel zur äussern Be grenzung des Bandes lag und somit die Struktur jener eines Einkristalles annähernd entsprach. Dementsprechend zeigt die mag netische Untersuchung zwei ausgesprochene Vorzugsrichtungen der Magnetisierung, eine in der Walzrichtung, also in der Längsrich tung des Bandes, die andere senkrecht dazu in der Richtung der Breite des Bandes. Ob schon die dritte Vorzugsrichtung also senk recht zur Bandfläche ebenso vorhanden sein muss, wurde wegen der geringen Dicke dar auf verzichtet, dieselbe durch eine magne tische Untersuchung festzustellen.
Nach der Wärmebehandlung bei<B>1100'</B> C wurde das Band abermals auf etwa 60 Mikron Dicke ausgewalzt und es zeigte sich, dass die Per meabilität in der Walzrichtung jetzt be deutend verringert war, wogegen die Perme- abilität senkrecht zur Walzrichtung in der Richtung der Bandfläche sich nicht nennens wert geändert hatte. Ebenso dürfte die Per tneabilität senkrecht zur Bandfläche dieselbe geblieben sein'. Mit der Verringerung der Pertneäbilität in der Walzrichtung geht eine Erhöhung der Hysterese, für zwischen gege benen Werten der Induktion verlaufende Zyklen einher, .die jedoch innerhalb zulässi gen Grenzen bleibt.
Bei einem nach obigem Verfahren hergestellten Band ergaben sich die in F'ig. 1 dargestellten Magnetisierungs- kurven, bei welchen die Breiten der Schlei fen deutlichkeitshalber stark übertrieben gezeichnet sind. Als Abszisse ist die Feld stärke H, als Ordinate die Magnetisierung I aufgetragen.
Man erkennt ohne weiteres, dass in der Längsrichtung des Bandes für die die Magnetisierungskurve W massgebend ist, die Permeabilität in einem weiten Feld stärkenbereich nahezu konstant ist, dies im Gegensatz zu der Permeabilität in der Quer richtung des Bandes, die wie die Magneti- sierungskurve U für diese Richtung zeigt, stark von der Feldstärke abhängig ist. Die Anfangspermeabilität in der Walz- oder Längsrichtung des Bandes beträgt ungefähr 40. Die Permeabilität in der Querrichtung ist dagegen durch die Behandlung kaum be einflusst worden.
Durch die Anwendung des erfinderischen Verfahrens geht die Rema- nenz in der Walzrichtung bis auf 3 % der Sättigung herab, während sie senkrecht dazu ihren ursprünglichen hohen Wert von 80 der .Sättigung beibehält. Das Verhältnis der Magnetisierungsenergien (S <I>H d l)</I> für die Längs- und Querrichtung das ein Mass für die Anisotropie des Bandes darstellt, beträgt etwa 30.
Gegebenenfalls kann der zuletzt erwähn ten, mechanischen Behandlung eine ther mische bei etwa 400' C folgen, wodurch die innern Spannungen zum Teil wieder auf gehoben werden und die Permeabilität in der Walzrichtung wieder zunimmt, die Hysterese aber nahezu ungeändert bleibt.
Um den Einfluss dieser letzten Glühbe- handlung auf die Permeabilität und die Hysteresisverluste zu veranschaulichen, ist in Fig. 2 die Änderung der Anfangsperme- abilität (OTdinate) als Funktion der Glüh- temperatur (Abszisse) und in Fig. 3 der Hysteresisverlust für B,pg1 - 8 Gauss, aus gedrückt in 10-8 Erg pro cm' pro Periode (Ordinate)
als Funktion der Glühtemperatur (Abszisse) aufgetragen. Aus Fig. 3 ist er- sichtlich, dass der Hysteresisverlust bei etwa 400' C Glühtemperatur ein Minimum er reicht, während wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Permeabilität durch diese Glühbe- handlung bei 4000, deren Dauer etwa 2 Stunden betrug, von 40 auf 80 gestiegen ist.