DEN0009926MA

DEN0009926MA -

Info

Publication number: DEN0009926MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Dezember 1954 Bekanntgemacht am 31. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Magnetkerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife sind für verschiedene Anwendungen von Bedeutung. Diese Art von Kernen wird unter anderem für sogenannte »magnetische Speicher« verwendet (siehe z. B. 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 verwendet man z. B. in Rechenmaschinen und bei Selbsttätigen Piloten. Weiter werden diese Kerne in magnetischen Schaltern verwendet.

Das Maß, welches angibt, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform nahekommt, läßt

sich auf verschiedene Weise quantitativ ausdrücken.

Ein üblicher Maßstab ist z. B. der Quotient -~- .

B_ci

Die Bedeutung dieses Quotienten wird an Hand der Fig. ι erläutert, die eine schematische Darstellung eines Teiles einer Sättigungsmagnetisierungskurve ist. In dieser Figur bezeichnet B₁. die remanente Induktion während B₀₁ die Induktion bezeichnet, bei welcher die Hystereseschleife sich gerade schließt. In der Praxis ist es oft nicht einfach, B₀₁ mit großer Genauigkeit zu messen. Es läßt sich jedoch leicht ein annähernd richtiger Wert von B _ol finden, indem der mittlere Wert der Induktionen nach teilweiser

609 660/369

N 9926 VIIIc/21g

Magnetisierung bzw. teilweiser Entmagnetisierung (mit zwischenzeitlicher Sättigung) angenommen wird, wobei beide Induktionen bei derselben Feldstärke gemessen werden, die derart gewählt wird, daß die erwähnten Induktionen mehr als i%, jedoch weniger als 3 °/₀ voneinander abweichen. Nach diesem Meßprinzip wurden auch die im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse ermittelt. Für die Messungen wurde . ein ballistisches Galvanometer verwendet (s. Bozorth: ίο »Ferromagnetism«, New York, 1951, S. 843). Der

Quotient -^- wurde stets gemessen an einem ring-

förmigen Magnetkern mit einem konstanten Querschnitt des ferromagnetischen Materials längs des ganzen Ringumfanges und mit einem Außendurchmesser, der maximal dem i,6fachen des Innendurchmessers entspricht.

Als Maß dafür, wie weit die Form der Hystereseschleife der Rechteckform angenähert ist, läßt sich auch eine Verhältniszahl (R_s)_max angeben. Für die Bedeutung dieser Größe wird auf die vorerwähnte Literatur verwiesen. Vollständigkeitshalber folgt nachstehend eine kurze Erläuterung an Hand der Fig. 2, die auch eine schematische Darstellung eines Teiles einer Magnetisierungskurve ist, die sich auf einen Fall bezieht, in dem mit der Entmagnetisierung begonnen wurde, bevor die magnetische Sättigung erreicht war. Die Größe (R_s)_max wird folgendermaßen definiert:

B₁

(H_m)

Der Quotient

'(-■*Η«ι)

m)

ist eine Funktion der angelegtenhochstenFeldsta.rke.ffm. Es ergibt sich, daß dieser Quotient für einen bestimmten Wert von H_m, der meistens wenig von der Koerzitivkraft H₀ verschieden ist, einen Maximalwert besitzt. Dieser maximale Wert des Quotienten wird durch das Symbol (R_s)_max bezeichnet. Die zur Bestimmung von (R₃) max erforderlichen Messungen von B_(Bm) und B(-iE_m) können wieder mittels eines ballistischen

Galvanometers durchgeführt werden. Als Meßobjekte für die Ermittlung der im folgenden mitgeteilten Meßergebnisse dienten auch in diesem Falle ringförmige Magnetkerne mit einem konstanten Querschnitt des magnetischen Materials längs des ganzen Umfangs des Ringes ' und mit einem Außendurchmesser, der maximal das i,6fache des Innendurchmessers beträgt.

Bei den Anwendungen ferromagnetischer Materialien mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife handelt es sich meist um Wechselströme hoher Frequenz, und es sollen also Wirbelströme möglichst unterdrückt werden. Bei der Verwendung ferromagnetischer Legierungen kann dies in gewissem Ausmaß dadurch erreicht werden, daß der Magnetkern aus gegeneinander isolierten, sehr dünnen Schichten des ferromagnetischen Materials zusammengesetzt wird. Es ist jedoch oft äußerst schwierig, aus diesen dünnen Schichten Kerne mit einer nahezu rechteckförmigen Hystereseschleife zusammenzusetzen. Bei hohen Frequenzen ist es daher vorteilhaft oder sogar erforderlich, magnetisch weiche, ferrioxydhaltige Materialien mit Spinellstruktur zu verwenden. Diese Materialien haben nämlich an sich bereits eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit.

Für die Brauchbarkeit der betreffenden Magnetkerne für magnetische Speicher und magnetische Schalter ist weiter eine wesentliche Bedingung, daß die Koerzitivkraft (H _e) niedrig (zweckmäßig nicht höher als 10 Örsted, vorzugsweise sogar niedriger als 4 Örsted) sein soll, da sonst die elektromagnetischen Verluste zu hoch sind.

Gemäß der' Erfindung hat es sich nun ergeben, daß Ferritwerkstoffe für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch erhalten werden können, daß ein Gemisch aus Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1450⁰C erhitzt wird, wobei die Anteile an Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

Cu₃₃Ni(^ _x) Fe₂ O₄

entsteht, in der χ = ο,οΐ bis 0,05 ist.

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

B^ B_rl

> 0,7

{R_S)max >.0,6

H_c <4 Örsted.

Derartige Magnetkerne eignen sich somit vortrefflich für die obenerwähnten Verwendungszwecke.

Ferromagnetische Ferrite der allgemeinen Formel CUaNi₁^Fe₂O₄ sind zwar als ferromagnetische Materialien bekannt; jedoch hat man bisher nicht erkannt, daß es durch die Verwendung eines sehr geringen Kupferanteils und durch besondere Herstellungsbedingungen, wie sie im obigen beschrieben wurden, möglich ist, die Hystereseschleife von Ferriten dieser Zusammensetzung der Rechteckform anzunähern und damit die Verwendung dieser Ferrite für magnetische Speicher u. dgl. zu ermöglichen.

Beispiel

Ein Gemisch aus Kupferoxyd CuO, Nickelcarbonat NiCO₃ und Eisenoxyd Fe₂O₃ wird 5 Stunden in Alkohol gemahlen und darauf 1 Stunde auf 900⁰ C in Luft vorgesintert. Nach Abkühlung wird das Reaktionsprodukt wieder 2 Stunden in Alkohol gemahlen, worauf das gemahlene Produkt in Form eines Ringes gepreßt wird. Dieser Ring wird 2 Stunden auf etwa 1400⁰C in Sauerstoff gesintert.

Durch Änderung des Verhältnisses zwischen den Kupferoxyd- und Nickelcarbonatmengen im Ausgangsmaterial können Ringkerne verschiedener. Zusammensetzung hergestellt werden. Von einigen dieser

660/369

N 9926 VIIIc/21g

Magnetkerne gibt nachstehende Tabelle die Zusammensetzung, den Wert des Quotienten ■—-, den Wert von (R_s)_max und den Wert von H₀.

Zusammensetzung	B_r	[■Kslmax	(inörsted)
Cu_0i01Ni₀.₉₉Fe₂O₄ Cu_Oi O₃ Ni₀,₉₇Fe₂0₄ ^Cuo, 05 Ni₀, D₅Fe₂ O₁	Bd	0,65 0,70 0,70	3,2 3>o 2,8
0,70 0,78 0,70

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Herstellung eines Ferritwerk-■ stoffes für Magnetkerne, die eine nahezu rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen in einer Gasatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 50 Volumprozent auf eine Temperatur von 1375 bis 1450⁰ C erhitzt wird, wobei die Anteile an Kupfer-, Nickel- und Eisenverbindungen so gewählt werden, daß eine Verbindung der Formel

entsteht, in der χ — ο,οΐ bis 0,05 ist.
2. Magnetkern, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Verbindung besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: »AEG-Mitteüungen«·, 41, 1951, S. 135 bis 142; »Physica«, 1936, S. 463 bis 483.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen