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Publication number: DEN0009925MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Dezember 1954 Bekanintgemaeht am 25. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen wichtig. Kerne dieser Art werden unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« verwandt (s. beispielsweise W. N. Papian, »Proceedings of the I.R.E.«, April 1952, S. 475 bis 478, und D. R. Brown und E. Albers-Schoenberg, »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149). Solche magnetischen Speicher finden unter anderem inRechenmaschinen und automatischen Piloten Verwendung. Eine andere Anwendung finden diese Kerne bei magnetischen Schaltern.

Das Maß, welches angibt, wie weit sich die Form der Hystereseschleife der Rechteckform nähert, kann quantitativ auf verschiedene Weise zum Ausdruck gebracht werden. Ein übliches Maß ist beispielsweise

der Quotient -~- . Zur Erläuterung der Bedeutung des

el

erwähnten Quotienten wird auf Fig. 1 verwiesen, die eine schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungsmagnetisierungskurve ist. In dieser Figur stellt B₁. die remanente. Induktion dar, während B₀₁ diejenige Induktion ist, bei der sich die Hystereseschleife gerade schließt. In der Praxis ist es häufig schwierig, B₀₁ mit großer Genauigkeit zu messen. Es ergibt sich jedoch ein annäherungsweise richtiger Wert für B₀₁ 2$ dadurch, daß der Mittelwert der Induktionen nach

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teilweiser Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung) genommen wird, wobei die beiden Induktionen bei der gleichen Feldstärke gemessen Werden, die so gewählt ist, daß

. 5 die erwähnten Induktionen um mehr als i°/₀, jedoch um weniger als 3% voneinander abweichen. In dieser Weise wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse ermittelt; für die Messungen fand ein ballistisches Galvanometer Verwendung (s. Bozorth, »Ferromagnetism«, New York, 1951, S. 843). Der

Quotient —-^- wurde stets gemessen an einem ringed

förmigen Magnetkern * mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und mit einem Außendurchmesser, der höchstens das i,6fache des Innendurchmessers beträgt.

Als Maß dafür, wie weit die Form der Hysterese-. schleife der ' Rechteckform angenähert ist, läßt sich auch eine Verhältniszahl {R_s)_max angeben.,Für ,.die Bedeutung dieser Größe wird auf die vorstehend erwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber .folgt hier eine kurze Erläuterung unter Hinweis auf Fig. 2, gleichfalls eine schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve, die sich auf einen

'"' Fall bezieht, bei derri mit der Entmagnetisierung begonnen wurde, bevor die magnetische Sättigung erreicht war. Die Größe (R_s)_max wird folgendermaßen definiert: . ■

{■^■sjmax

Der Quotient

;- iSm)

B(ß_m)

ist eine Funktion der angelegten größten Feldstärke H_m. Es stellt sich heraus, daß dieser Quotient für einen bestimmten Wert von H_m, der sich meist wenig von der Koerzitivkraft H₀ unterscheidet, einen Höchstwert aufweist. Dieser Höchstwert des Quotienten wird durch das Symbol (R_s)_max angedeutet. Die zur Ermittlung von {R_s)_max erforderlichen Messungen von B(H_m) ^und B{-kn_m) können auch wieder mit Hilfe eines ballistischen Galvanometers durchgeführt werden. Als Meßobjekt dienten für die Ermittlung der im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse auch hier ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des magnetischen Materials über den ganzen Umfang des Ringes und einem Außendurchmesser, der maximal das i,6fache des Innendurchmessers beträgt.

Bei der Anwendung ferromagnetischer Materialien

mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife handelt es sich meist um Wechselströme hoher Frequenz, und es kommt darauf an, das Auftreten von Wirbelströmen soweit wie möglich zu vermeiden. Bei der Verwendung ferromagnetischer Legierungen kann dies bis zu einem gewissen Grade dadurch erfolgen, daß derMagnetkern aus voneinander isolierten, sehr dünnen Schichten des ferromagnetischen Materials aufgebaut wird. Häufig ist es jedoch sehr schwierig, aus diesen

^: dünnen Schichten Kerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife aufzubauen. Es ist somit bei > höhen Frequenzen vorteilhaft oder sogar notwendig, magnetisch weiche eisen(III)-oxydhaltige Materialien mit Spinellstruktur zu verwenden. Diese Stoffe haben nämlich von sich aus bereits eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit.,

Für die Brauchbarkeit der in.. Rede stehenden Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist es weiterhin -eine wesentliche Bedingung, daß die Koerzitivkraft "gering ist (zweckmäßig nicht höher als 10 Örsted und sogar niedriger als 4 Örsted), weil sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch sind. _

Gemäß der Erfindung hat es sich nun ergeben, daß Ferrit-Werkstoffe für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch erhalten werden können, daß ein Gemisch aus Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475⁰ G; erhitzt' wird, wobei die Anteile an Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß_; eine Verbindung der Formel

Ni₅, Mg(^_x)Fe₂O₄

entsteht, in der χ = o,2 bis 0,8 ist.

Magnetkerne, die aus mindestens einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung bestehen, erfüllen folgende Bedingungen: ^j

B_r

R,

> 0,7,

> o;e

< 4,0 Örsted.

Derartige Magnetkerne' eignen sich somit vortrefflich für die obenerwähnten Verwendungszwecke.

Ferromagnetische Ferrite der Formel Ni₀₅Mg_0j5Fe₂O₄ sind zwar als ferromagnetische Materialien bekannt; jedoch hat man bisher nicht erkannt, daß es durch die im obigen genannten besonderenHerstellungsbedingungen möglich ist, die Hystereseschleife von Ferriten dieser und. ähnlicher Zusammensetzung stärker der Rechteckform anzunähern und damit die Verwendung dieser Ferrite, für magnetische Speicher.. u. dgl. zu- ermöglichen. ......

Unter Beibehaltung der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften in den Verbindungen der angegebenen Zusammensetzung läßt sich ein kleiner Teil des Nickels bzw. Magnesiums durch Zink ersetzen, sofern die Verbindungen einen verhältnismäßig hohen Nickelgehalt im Verhältnis zum Magnesiumgehalt besitzen. Die so erzielten Verbindungen lassen sich beschreiben durch die Formel

Ni_a,Mg₍₁__a!_₁,₎Zn₁,Fe_a0₄,

wobei χ = 0,6 bis 0,8, y = 0,1 bis 0,3, χ -\- y = 0,7 bis 0,9 ist. .120

Die zinkhaltigen Verbindungen (die auf völlig analoge Weise, wie vorstehend für die nicht zinkhaltigen Verbindungen beschrieben wurde, hergestellt werden) unterscheiden sich von nicht zinkhaltigen durch eine erheblich geringere' Koerzitivkraft. Eine geringe Koerzitivkraft ist bekanntlich bei den in Rede

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stehenden Anwendungen ein Vorteil, weil sie zu einer Ersparnis an elektrischer Energie bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung der Kerne führt.

Beispiel

Ein Gemisch, aus Magnesiumkarbonat, Nickelkarbonat, Eisenoxyd und gegebenenfalls Zinkoxyd wird 8 bis 10 Stunden in reinem Alkohol oder wasserfreiem Benzol gemahlen und darauf ι Stunde bei goo° C in Luft vorgebrannt. Nach Abkühlen wird das Reaktionsprodukt dann einige Zeit, beispielsweise 2 Stunden, in reinem Alkohol gemahlen. Danach wird es zu einem Ring gepreßt, und dieser Ring wird bei angenähert 1450⁰ C in Sauerstoff gesintert.

Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht über

die Werte des Quotienten --—-, der Größe (R_s)_max und

der Koerzitivkraft H₀ der Magnetkerne mit einer in dem in den Rahmen der Erfindung fallenden Bereich liegenden Zusammensetzung:

Zusammensetzung	Bei	0,80	^Hc (in Örsted)
25 Ni₀,₈Mg₀₁₂Fe₂O₄....	0,65 bis 0,70	0,80	3,0
Ni₀₁₆Mg₀₁₄Fe₂O₄....	0,70	0,81	2,95
Ni_o,iMg₀₁₆Fe₂O₄....	o,75	0,75	3,25
• Ni_o,₂ Mg₀₁₈ Fe₂ O₄....	0,65 ·	0,80	3,75
Ni₀,₇Mg₀₎₂Zn_0;1Fe₂O₄	0,65	0,75	2,20
30 Ni_0i7Mg_0>1Zn_0;2Fe₂O₄	0,70	2,0

Claims

Patentansprüche·.

i. Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Werkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475⁰ C erhitzt wird, wobei die Anteile an Nickel-, Magnesium- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

NLMgi·, - -riFe^O« ._

entsteht, in der χ = o,2 bis 0,8 ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Ferrit-Werkstoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Nickel-, Magnesium-, Zink- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1475⁰ C erhitzt wird, wobei die Anteile an Nickel-, Magnesium-,- Zink- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

Ni_xMg(J₁- „._ J)Zn₉Fe₂O₄

entsteht, in der χ = o,6 bis 0,8, y = 0,1 bis 0,3 und χ + y = 0,7 bis 0,9 ist.
3. Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 hergestellten Verbindung besteht. ,

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Frequenz«, Bd. 5, 1951, S. 145 bis 155;
»Physica«, 1936, S. 463 bis 483;
»Proc. of the IEE«, April 1950, S. 246 bis 256.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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