CH270970A - Magnetisches Material aus ferromagnetischen Mischkristallen von Ferriten und Verfahren zur Herstellung desselben. - Google Patents

Description

  Magnetisches Material aus     ferromagnetischen    Mischkristallen von     Ferriten     und Verfahren zur Herstellung desselben.    Die Erfindung bezieht sich auf ein magne  tisches Material aus     ferromagnetischen    Misch  kristallen von     Ferriten    und auf ein Verfahren  zur Herstellung desselben.

   Dieses Material  ist     insbesondere    für Kerne geeignet, die bei  geringen Induktionen verwendet werden, wie  zum Beispiel für Radio-, Telegraphie- und       Telephoniezwecke.    Unter     Ferriten    versteht  man sowohl die Salze der     Ferritsäure        (HFe02)     als auch (eventuell nicht genau     stöchiometri-          sche)    Verbindungen mit     Ferritstruktur    von       Ferrioxyd        (Fe303)    mit andern Metalloxyden       (Me0).     



  Bekanntlich ist es für verschiedene An  wendungen eines magnetischen Materials  wichtig, über ein     Material    zu verfügen, das  einen niedrigen Wert der     Längsmagnetostrik-          tion    hat.  



  Eine niedrige     Magnetostriktion    ist unter  anderem eine Bedingung für niedrige     Hyste-          resisverluste,    die zum Beispiel bei Filter- und       Pupinspulen    erwünscht sind. Weiter ist eine       niedrige        Magnetostriktion    wichtig zur Erzie  lung einer hohen     Anfangspermeabilität.     



  Die Erfindung ermöglicht es, bei aus     Fer-          riten    gebildeten     Mischkristallen    sehr niedrige       Magnetostriktionswerte    zu erzielen, und zwar  indem dafür Sorge getragen wird, dass die       Mischkristalle    aus mindestens einem     Ferrit     mit positiver und einem     Ferrit    mit negativer       Magnetostriktion    in geeignetem Mischverhält  nis bestehen.    Zur Erläuterung der Erfindung sei er  wähnt, dass, wie jetzt festgestellt worden ist,  weitaus der     grösste    Teil der     Ferrite    negative       Magnetostriktionswerte    hat.

   Ein     Ferrit    mit  positiver     Magnetostriktion    ist zum Beispiel       Magnetit        (Fe30°    oder     Fe0    -     Fe203).    Durch  Kombination von     Ferriten    mit negativer       Magnetostriktion    mit einem     Ferrit    mit posi  tiver     Magnetostriktion    entstehen Mischkri  stalle, deren     Magnetostriktionswerte    zwischen  denen der     Mischkristallkomponenten    liegen.

    Durch Regelung des Gehaltes an der Kom  ponente mit positiver     Magnetostriktion    hat  es sich als möglich erwiesen, die     Magneto-          striktion    zu ändern und für diese     sehr    nied  rige Werte, entweder positiv oder negativ,  oder praktisch gleich Null zu erzielen.  



  Es sei bemerkt, dass bekanntlich für ein  Metall die     Magnetostriktion    bei einer Tem  peratur dicht unterhalb des     Curiepunktes    sehr  niedrige Werte annimmt. Auch für ein     Ferrit     dürfte man dies aus theoretischen Gründen  erwarten. Durch Verwendung eines     Ferrits     mit einem     Curiepunkt    gerade oberhalb der  Temperatur, bei der das     Ferrit    verwendet  wird, könnte man also diesen     niedrigen        Ma-          gnetostriktionswert    ausnutzen.  



  Unter diesen Umständen ist aber eine  niedrige     Magnetostriktion    von geringer Be  deutung, da dicht unterhalb des     Curiepunktes     die magnetische Sättigung einen niedrigen      Wert     annimmt    und     bekanntlich    für die  Praxis der Quotient
EMI0002.0003  
   wo     Jmax    die magne  tische Sättigung und     #i        die        Magnetostriktion     darstellen, wichtiger als der Wert von     .i    selbst  ist.

   Die     Anfangspermeabilität    eines magne  tischen Materials     wird    zum Beispiel durch  die Formel     ,u    -     konst   
EMI0002.0013  
   dargestellt (siehe  Becker und     Döring,        Ferromagnetismus,    1939,  S.     155),    wo     ss    der     Mittelwert    der     Material-          spannungen    darstellt.  



  Weiter hat das Arbeiten mit     Materialien,     deren     Curiepunkt    gerade oberhalb der Be  triebstemperatur,     gewöhnlich    Zimmertem  peratur, des Materials     liegt,    im     allgemeinen     den Nachteil, dass die     Anfangspermeabilität     unterhalb des     Curiepunktes    dermassen von  der Temperatur abhängig ist, dass das Mate  rial für die Praxis gleichsam unbrauchbar  wird.

   Der Verlauf der     Anfangspermeabilität     eines     Ferrits    mit der Temperatur ist     nämlich     meist derart, dass bei einem Temperatur  abfall von dem     Curiepunkt    die     Permeabilität          anfänglich    sehr schnell bis zu einem Maximum  ansteigt und beim weiteren Temperaturabfall       allmählich        absinkt.    In der Praxis wird man  den Bereich, in dem die     Permeabilität    in ho  hem Masse von der Temperatur abhängig ist,  vermeiden und daher immer Stoffe verwen  den, deren     Curietemperatur    wenigstens<B>50'</B> C  beträgt.

   Vorzugsweise arbeitet man mit Stof  fen mit einem     Curiepunkt    zwischen 50 und  <B>2950'</B> C. Unter     Curiepunkt    ist im     vorliegenden     Fall die Temperatur zu verstehen, bei der  die     Anfangspermeabilität    bis auf einen ge  ringen     Bruchteil    von etwa     100/,    des     Maxi-          mumwertes    abgefallen ist, anders gesagt, die  Temperatur, bei der ein magnetisches Mate  rial in einen für praktische Zwecke als     un-          magnetisch    aufzufassenden Zustand über  geht.

   Durch     Mischkristallbildung    von     Ferri-          ten    mit positiver und negativer     Magnetostrik-          tion    ist es     nun    gemäss der     Erfindung    möglich,       ein        Mischferrit        mit    einer     Curietemperatur    von  wenigstens     50     C, das also einen für die Praxis       hinreichend    hohen Wert von     Jmay    hat, mit    einem niedrigen     Magnetostriktionswert    zu  erhalten, derart,

   dass der absolute Wert des  Quotienten
EMI0002.0063  
   grösser ist als 2 -<B>1010.</B>  



  Bei einer Ausführungsform nach der     Er-          findung,    bei der     Eisenoxyduloxyd    als Misch  kristallkomponente mit positiver     d    verwendet  wird, wird der Gehalt an dieser Komponente,  statt durch     Zusammensinterung    eines     Ferrits          mit    negativer     #1    in einem geeigneten Mi  schungsverhältnis mit dem     Ferrit    mit posi  tiver 2, oder durch     Zusammensinterung    eines  entsprechenden Gemisches der zusammen  setzenden Oxyde, zweckmässig dadurch er  zielt,

   dass das     Ferrit    mit negativer     i    in einer  passenden Atmosphäre auf hohe Tempera  tur, zum Beispiel 1000  C oder höher, erhitzt       wird,    so dass sich eine Menge zweiwertiges  Eisen bildet, die mit der gewünschten Menge       Eisenoxyduloxyd    übereinstimmt. Wenn in  einem     Ferrit    unter Sauerstoffabspaltung ein       Teil    des Eisens von der dreiwertigen Form  in die zweiwertige übergeht, kann dies j a als  eine Bildung von     Fe304    im     Ferrit    aufgefasst  werden.

   Zweckmässig     wird    bei dieser Ausfüh  rungsform     ein        Ferrit    oder     ein-ferritbilden-          des        Gemisch        verwendet,    bei dem das Verhält  nis der Eisenatome zu den andern Metall  atomen grösser als 2 : 1 ist, das heisst, dass  zum Beispiel ein Gemisch von Oxyden, aus  denen ein     Mischferrit    durch     Sintern    gebildet  wurde, mehr als 50     Mol.-%        Fe203    und weniger  als 50     Mol.-%    anderer Metalloxyde     (Me0)    ent  hielt.

   Das Übermass an Eisenoxyd kann dann  zur     Umwandlung    in     Eisenoxyduloxyd    dienen.  Ist     kein        Übermass    vorhanden, so besteht bei  der Bildung von zweiwertigem Eisen die Ge  fahr der     Abscheidung    von einem oder meh  reren der das     Mischferrit    zusammensetzenden  Oxyde anders als     Fe2O3,    so dass gegebenen  falls kein homogener Mischkristall entstehen  würde.

   Die     Sinterung    erfolgt     zweckmässig    in  einer mindestens angenähert sauerstofffreien  Atmosphäre, zum Beispiel in      < (technischem     Stickstoff , welcher etwa 1     Vol.-%    Sauerstoff  enthält.  



  Die Atmosphäre, in der das     Mischferrit     erhitzt wird, soll theoretisch einen Sauerstoff-           gehalt    haben, der dem Sauerstoffdruck ent  spricht, mit dem der zu bildende     Ferritmisch-          kristall    bei der     Erhitzungstemperatur    in  Gleichgewicht ist ; dabei muss so lange erhitzt  werden, bis der     Ferrogehalt    überall im     Misch-          ferrit    den erwünschten Gleichgewichtswert  erreicht. In der Praxis wird man aber, zur  Erzielung eines geeigneten Erzeugnisses in  einer angemessenen Zeitdauer, abweichende  Reaktionsverhältnisse anwenden.

   Bei Ver  wendung eines     Mischferrits,    wie oben erwähnt,  mit einem Atomverhältnis von Eisen (Fe) in  andern Metallen     (Me)    grösser     als    2 : 1, unter  Erhitzung auf etwa 1200 C übersteigende  Temperaturen, ist die Zusammensetzung der  Atmosphäre verhältnismässig gleichgültig und  ist     vornehmlich    die Zeitdauer und die Tem  peratur der Erhitzung wichtig, sofern das       Mischferrit    nicht zu stark dichtgesintert ist,  so dass überall im     Mischferrit    Sauerstoffab  spaltung möglich ist.

   Es soll zweckmässiger  weise dafür Sorge getragen werden,     dqss    bei  der auf die Erhitzung folgenden Abkühlung  keine Wechselwirkung zwischen dem Misch  ferrit und der Gasatmosphäre eintreten kann,  wodurch die     Aussenschichten    des     Mischferrits     eine andere Zusammensetzung als der innere  Teil des     Mischferrits    erhalten. Solche     Inhomo-          genitäten    sind dadurch feststellbar, dass der  Aussenteil eines     Ferritkerns    entfernt wird,  zum Beispiel durch Abschleifen, und alsdann  Eigenschaftsänderungen des Kerns wahrge  nommen werden.

   Zur Vermeidung der Bil  dung einer Oberflächenschicht von abwei  chender Zusammensetzung kann in einer min  destens angenähert     sauerstofffreien    Atmo  sphäre, zum Beispiel in  technischem Stick  stoff , abgekühlt werden, oder man kann  nach der Erhitzung schnell abkühlen. Es  kann eine solche etwaige Oberflächenschicht  auch durch Wegschleifen entfernt werden.    Es sei bemerkt, dass es von manchen     Fer-          riten    bekannt ist, dass sie bei hoher Tempe  ratur     Sauerstoff    abspalten, das heisst, dass  solche     Ferrite    einen gewissen Gehalt von  zweiwertigem Eisen enthalten haben.

   Es war  aber nicht bekannt, dass durch Änderung des         Ferrogehaltes    die     Magnetostriktion    beein  flusst wurde. Insbesondere war bei diesen     Fer-          riten    der     Ferrogehalt    nicht derart, dass
EMI0003.0031  
    überall im     Ferrit    grösser als 2 -     10111    war.

    Aus der französischen Patentschrift  Nr. 887083 ist es bekannt, bei     Ferriten    für  einen möglichst hohen     Sauerstoffgehalt,    das  heisst einen möglichst geringen     Ferrogehalt    im       Ferrit,    Sorge zu tragen, damit die Verluste  des magnetischen Materials (Wirbelstrom-,       Hysteresis-    und andere Verluste) niedrig sind.

    Obwohl bei der Herstellung von beispiels  weise     Eisenoxyduloxyd    enthaltenden Misch  kristallen nach der Erfindung gerade für  einen gewissen     Ferrogehalt    Sorge getragen  wird, hat es sich gezeigt, dass im allgemeinen       die        Ferrogehalte,    bei denen die     Magnetostrik-          tionen    niedrig sind, nicht so gross sind, dass  sich die Verluste derart steigern, dass das Ma  terial infolgedessen unbrauchbar wird, ins  besondere nicht bei niedrigen Frequenzen,  zum Beispiel für Telegraphie- und     Telephonie-          zwecke        (Pupinspulen,    Filterspulen).

      <I>Aus f</I>     ührungsbeispiele:       1. Ein Gemisch von reinem     Mn02,    reinem       ZnO    und reinem     Fe203    in einem     Molekul-          verhältnis    von 25 : 25 : 50 wird während  3 Stunden in einer eisernen Kugelmühle ge  mahlen. Von dem Gemisch wird mit Wasser  als     Plastifizierungsmittel    ein Stab von  100 x 2 X 2 mm mit einem Druck von 4     Ton-          nen/cm2    gepresst. Der Stab wird während  2 Stunden bei 1300  C in reinem Stickstoff  gesintert und dann in etwa     I/2    Stunde bis auf  Zimmertemperatur abgekühlt, ebenfalls in  Stickstoff.

   Auf die gleiche     Wejse    werden     Fer-          ritstäbchen    hergestellt, bei denen von Ge  mischen im     Molekulverhältnis    23: 25: 52  und 21<B>:25</B> : 54 ausgegangen wird. Die Werte  der     Sättigungsmagnetostriktion        @,    der     Sätti-          gungsmagnetisierung        J@".g,    des Quotienten  
EMI0003.0067  
   des     Curiepunktes    und der     Anfangsper-          meabilität    dieser Stäbchen sind in der unten  stehenden Tabelle angegeben.

      
EMI0004.0001     
  
     Wie ersichtlich,     liegt    der Stab Nr. 1 be  züglich des Wertes
EMI0004.0003  
   gerade an der Grenze  der     erfindungsgemässen        Bedingungen;    er  ist zu Vergleichszwecken angeführt.  



  Aus der Tabelle ergibt sich ferner, dass  sich in dem Präparat Nr. 2 die negative Ma  gnetostriktion des     Manganzinkferrit    und die  positive     Magnetostriktion    des     Eisenoxydul-          oxyds    nahezu     völlig    ausgleichen.  



  Aus dem mit dem Präparat Nr. 2 überein  stimmenden Material wurde ein magnetischer  ringförmiger Kreis mit     einer        Effektivpermea-          bilität    von<I>125</I> hergestellt. Bei 2000 Hz und       einer        maximalen    Induktion von 7,5 Gauss  stellte sich der Wert
EMI0004.0016  
   für diesen Kreis auf  0,24. Dabei stellt Rh den     Hysteresiswider-          stand    der auf den     ringförmigen    Kern aufge  wickelten Spule und L deren     Selbstinduktion     dar.    2.

   Drei     Gemische    von     reinem        Ni0,    reinem       Zn0    und reinem     Fe203    in     Molekulverhältnis-          sen    von 15     :35:50,    13,8     :32,2:54    und  12,6: 29,4: 58 werden auf die gleiche Weise  wie im ersten Beispiel beschrieben zu     Ferrit-          stäben    umgesetzt. In der     untenstehenden     Tabelle sind die magnetischen Eigenschaften  dieser erhaltenen Materiale angegeben. Zu  gleich ist der Gehalt an zweiwertigem Eisen  angegeben.  
EMI0004.0033     
  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Aus ferromagnetischen Mischkristallen von Ferriten gebildetes magnetisches Mate rial mit einem Curiepunkt von wenigstens 50 C, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch kristalle aus mindestens einem Ferrit mit ne gativer Magnetostriktion und einem Ferrit mit positiver Magnetostriktion in einem sol chen Mischverhältnis bestehen, dass der abso lute Wert von EMI0004.0044 für die Mischkristalle grösser ist als 2 -<B>1010.</B> UNTERANSPRUCH: 1.

   Magnetisches Material nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkristallkomponente mit positiver Ma gnetostriktion aus Eisenoxyduloxyd besteht und das Verhältnis der Eisenatome zu den andern Metallatomen im Mischkristall grösser als 2 : 1 ist.

   PATENTANSPRUCH Il: Verfahren zur Herstellung eines magne tischen Materials nach Patentanspruch I aus einem Gemisch von ferritbildenden Materia lien, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an der Mischkristallkomponente mit positi ver Magnetostriktion derart eingestellt wird, dass EMI0004.0056 der Mischkristalle grösser als 2 -<B>1010</B> ist. UNTERANSPRÜCHE 2.

   Verfahren nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass ein ferritbilden- des Oxydgemisch, bei dem das Verhältnis der Eisenatome zu den andern Metallatomen grösser als 2 : 1 ist, in einer mindestens an genähert sauerstofffreien Atmosphäre gesin tert wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein ferritbilden- des Oxydgemisch, bei dem das Verhältnis der Eisenatome zu den andern Metallatomen grösser als 2 : 1 ist, gesintert wird und die Abkühlung. mach erfolgter interung . in. einer mindestens angenähert sauerstofffreien At mosphäre stattfindet. 4.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Abkühlung nach erfolgter Sinterung ebenfalls in einer mindestens angenähert sauerstofffreien At mosphäre stattfindet. 5. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass als mindestens angenähert sauerstofffreie Atmosphäre eine Stickstoffatmosphäre verwendet wird.