Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Materials Es ist bekannt, dass ferromagnetische Eisenoxyd verbindungen (sogenannte Ferrite) mit Spinellstruktur hohe Anfangspermeabilitätswerte aufweisen können (siehe z. B. J. J. Went und E. W. Gorter, Philips Technical Review , Band 13, Seite 181 (1952)). Dies trifft jedoch nicht zu bei sehr hohen Frequen zen (z. B. 50 MHz und mehr).
Es wurde nun gefunden, dass eine Verbindung, deren Zusammensetzung annähernd 17,6 Mol. % Ba0, 11,8 Mol. % CoO und 70,6 Mol. % Fe203 entspricht, sich dadurch von den bisher bekannten Ferriten mit Spinellstruktur unterscheidet, dass sie auch bei Frequenzen von 50 MHz und oft wesent lich höheren Frequenzen verhältnismässig hohe Werte der Anfangspermeabilität aufweisen kann.
Aus Röntgenstrahlenprüfungen ergab es sich, dass diese Verbindung durch eine Kristallstruktur gekennzeich net wird, deren Elementarzelle im hexagonalen Kri stallsystem mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A beschrieben werden kann. Die chemische Zusammensetzung dieser Ver bindung kann durch die Formel Ba3Co2Fe24041 an gegeben werden.
Aus weiteren Untersuchungen ergab es sich, dass in der vorerwähnten Formel die Ba-Io- nen teilweise durch Sr-, Ca-, Pb-Ionen oder eine Kombination dieser Ionen ersetzt werden können, und zwar zu maximal ein Drittel.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Materials, das mindestens teilweise aus ferromagnetischen Kristal len besteht, insbesondere für Frequenzen von min destens 50 MHz, welches Verfahren dadurch gekenn zeichnet ist, dass ferromagnetische Kristalle der Formel in welcher Formel 0 < _a:
_1 0_ < b < _1 O < c < _1 <I>O < </I> j-b+c <I> < 1</I> ist, und welche Kristalle dem hexagonalen Kristall system angehören und aus Elementarzellen mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen, hergestellt werden, indem ein feinteiliges Stoffgemisch erhitzt wird, das die Oxyde der in den Kristallen enthaltenen Metalle, beim Er hitzen in diese Oxyde übergehende Verbindungen und/oder Verbindungen dieser Oxyde untereinander im erforderlichen Gewichtsverhältnis enthält.
Theoretisch gesprochen ist es selbstverständlich am besten, wenn das ferromagnetische Material aus- schliesslich aus den genannten ferromagnetischen Kristallen hergestellt wird. Es kann aber erwünscht sein, Sintermittel oder Bindemittel zuzusetzen. Auch können unter Umständen beim Erhitzen uner wünschte Reaktionsprodukte gebildet werden, wel che im fertigen Material als Verunreinigungen vor handen sind. Trotzdem ist es klar, dass der Gehalt an anderen Stoffen als den ferromagnetischen Kristal len in jedem Fall sehr gering sein wird.
Verbindungen, die beim Erhitzen in die Metall oxyde übergehen, sind z. B. die Carbonate, Oxalate und Azetate. Ausserdem kann man ein Gemisch er hitzen, das mindestens teilweise aus mindestens zwei Metalle enthaltenden Oxydverbindungen, wie z. B. BaFe"04 oder BaFe1201s, besteht.
In diesem Fall geht man vorzugsweise von einem Gemisch aus, das eine Verbindung der Formel QnFe019 enthält, in 12 welcher Formel Qu mindestens eines der Metalle Ba, Sr, Pb oder Ca bedeutet, jedoch zu höchstens 40% aus Ca besteht. Diese letztere Verbindung hat eine Kristallstruktur, welche derjenigen des Minerals Ma- gnetoplumbit entspricht; sie wird vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb 1100 C hergestellt, weil sie dann reaktionsfähiger ist.
Gegebenenfalls kann man das feinverteilte Ge misch zunächst bei einer Temperatur von etwa 800 bis 1100 C vorsintern, das Reaktionsprodukt wieder fein mahlen und das so erhaltene Pulver wieder sin tern ; diese Reihe von Behandlungen kann gegebe nenfalls einmal oder mehrere Male wiederholt wer den, wobei vorzugsweise am Schluss auf eine Tem peratur von mehr als 1200 C erhitzt wird. Ein sol ches Sinterungsverfahren ist an sich bekannt, z. B.
bei der Herstellung der vorstehend erwähnten ferro- magnetischen Ferrite mit Spinellstruktur. Auch bei der Herstellung dieser bekannten Verbindungen ist es üblich, die Vorsinterung bei einer verhältnismäs- sig niedrigen Temperatur (etwa 800 bis 11000 C) durchzuführen.
Um die Sinterung weiter zu erleichtern, kann man selbstverständlich noch Sintermittel, z. B. Sili kate oder Fluoride, zusetzen.
Die die vorstehend erwähnten ferromagnetischen Materialien enthaltenden Magnetkerne lassen sich dadurch herstellen, dass das Gemisch der Metall oxyde unmittelbar in der erwünschten Form gesintert oder das Reaktionsprodukt der Vorsinterung fein gemacht und nach etwaigem Zusatz eines Bindemit tels in die erwünschte Form gebracht und gegebenen falls nachgesintert oder nachgehärtet wird.
Bei Sinterung bei einer Temperatur erheblich über 1200,1 C oder bei Sinterung in einer weniger sauerstoffreichen Gasatmosphäre kann eine zweiwer tiges Eisen enthaltende Verbindung als Verunreini- gung gebildet werden, während die erfindungsgemäss hergestellten Magnetkerne vorzugsweise kein zwei wertiges Eisen enthalten. Die infolgedessen auftre tende elektrische Leitfähigkeit ist jedoch sehr gering im Vergleich zu der der ferromagnetischen Metalle.
Wie bereits bemerkt, können die nach dem erfin- dungsgemässen Verfahren hergestellten Magnetkerne Anfangspermeabilitätswerte von mehr und oft sogar wesentlich mehr als 2 aufweisen, auch bei Frequen zen von 50 MHz und häufig erheblich höheren Fre quenzen. Bei diesen Kernen sind die elektromagneti schen Verluste (ausgedrückt durch den Verlustfaktor tg 8) besonders bei Frequenzen über 50 MHz im allgemeinen geringer als die Verluste bei aus den bekannten ferromagnetischen Ferriten mit Spinell- struktur bestehenden Körpern.
Zur Erläuterung des vorstehend angewandten Begriffes tg 8 sei folgendes bemerkt: Im allgemeinen wird ein magnetisches Wechselfeld kleiner Amplitude in einem ferromagnetischen Körper eine nahezu si- nusförmig verlaufende Induktion hervorrufen. Infolge der elektromagnetischen Verluste wird jedoch ein Phasenunterschied zwischen der Feldstärke H und der Induktion B auftreten, und es ist daher üblich,
die Anfangspermeabilität [t = B/H des ferromagneti- schen Körpers als eine komplexe Grösse darzustellen.
Dies lässt sich ausdrücken durch die Beziehung @@ = #J- ju". Aus dieser Beziehung ist ersichtlich, dass die Induktion als aus zwei Komponenten beste hend gedacht werden kann, von denen eine mit dem angelegten Feld in Phase ist, während die andere dazu um 901# nachläuft. Die Grösse p' bezeichnet den reellen Teil der Anfangspermeabilität ; sie wird in den Ausführungsbeispielen angegeben. Der Ver lustwinkel 8 wird durch die Beziehung tg 8 = u "/u' angegeben.
Die Bezeichnung tg 8 ist in diesem Falle der Verlustfaktor tg 8 der ferromagnetischen Mate rialien und wird in den zu den Ausführungsbeispielen gehörenden Figuren als Funktion der Frequenz an gegeben. <I>Beispiel 1</I> Ein Gemisch aus 62,7 g BaC0", 197,5 g Fe.,0.; und 25,1g CoCO" wird während einer halben Stunde mit Äthylalkohol in einer Porzellankugelmühle ge mahlen. Nach dem Trocknen wird das Oxydgemisch während 15 Stunden in Luft auf eine Temperatur von etwa 1000 C erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird wieder während einer halben Stunde gemahlen.
Darauf werden Ringe mit einem Aussendurchmesser von etwa 35 mm, einem Innendurchmesser von etwa 25 mm und einer Höhe von etwa 4 mm gepresst. Diese Ringe werden während einer Stunde in Sauer stoff bei einer Temperatur von 1280 C gesintert, um ringförmige Magnetkerne zu bilden. Die so herge stellten Magnetkerne bestehen überwiegend aus fer- romagnetischen Kristallen, die dem hexagonalen Kri stallsystem angehören und aus Elementarzellen mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen. Die Eigenschaften der ge sinterten Magnetkerne sind in der Tabelle unter Nr. 1 erwähnt.
<I>Beispiel 11</I> Von einem Gemisch von 62,7g BaCO.;, 200 g Fe.03 und 21,3g CoCO.; werden Ringe gepresst, welche auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhitzt werden, um Magnetkerne herzustellen. Die so her gestellten Magnetkerne bestehen überwiegend aus ferromagnetischen Kristallen, die dem hexagonalen Kristallsystem angehören und aus Elementarzellen mit einer c-Achse von etwa 52_,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen.
Die Eigenschaften der Ma gnetkerne sind in der Tabelle unter Nr. 2 angegeben, und das Diagramm nach Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung bezieht sich ausserdem auf diese Eigen schaften. <I>Beispiel l11</I> Ein Gemisch aus 23,0 g BaCO., , 72,5 g Fe.,03 und 7,95g CoC03 wird während einer halben Stunde mit Äthylalkohol in einer Porzellankugelmühle ge mahlen. Das getrocknete Gemisch wird während 15 Stunden in Luft auf 1000 C erhitzt und darauf wie- der während einer halben Stunde gemahlen. Das erhaltene Pulver wird während einer Stunde in Sauer stoff auf 1200 C erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird wieder während einer Stunde gemahlen.
Von dem Pulver werden nach Zusatz einer geringen Menge eines organischen Bindemittels Ringe gepresst, die während 3 Stunden in Sauerstoff bei 1275 C erhitzt werden, darauf auf 12000 C abgekühlt, während einer Stunde auf dieser Temperatur gehalten und dann im Verlauf von 4 Stunden auf Zimmertempera tur weiter abgekühlt werden, wodurch man ringför mige Magnetkerne erhält. Diese Magnetkerne be stehen überwiegend aus ferromagnetischen Kristallen, die dem hexagonalen Kristallsystem angehören und aus Elementarzellen mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen. Die Eigenschaften dieser Magnetkerne sind in der Tabelle unter Nr. 3 und weiter in Fig. 2 angegeben.
<I>Beispiel IV</I> Ein Gemisch aus 98,7 g BaCQ, , 326,6 g Fe203 und 43,3 g CoC08 (mit 45,4 Gewichtsprozent Co) wird während 16 Stunden mit Äthylalkohol in einer eisernen Kugelmühle gemahlen. Das getrocknete Ge misch wird während zwei Stunden auf 10500 C vor gesintert, und das Reaktionsprodukt wird wieder während 16 Stunden gemahlen. Von dem getrockne ten Pulver werden Ringe mit einem Aussendurch messer von etwa 35 mm, einem Innendurchmesser von etwa 25 mm und einer Höhe von etwa 4 mm gepresst, welche während zwei Stunden auf 12600 C in Sauerstoff gesintert werden, um ringförmige Ma gnetkerne zu erzeugen.
Gemäss einer Röntgenstrah- lenprüfung ergibt es sich, dass die Magnetkerne ganz aus ferromagnetischen Kristallen bestehen, die dem hexagonalen Kristallsystem angehören und aus Ele mentarzellen mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen. Ihre Eigen schaften sind in der Tabelle unter Nr. 4 angegeben. <I>Beispiel V</I> Man stellt vorerst die Verbindung BaFe1201o her, indem man ein Gemisch aus BaC0;3 und Fe203 im richtigen Verhältnis während 15 Stunden auf 1000"C erhitzt.
Mit BaC03 und CoC03 wird mit dem erhaltenen Produkt ein Gemisch in dem Ver hältnis von 2 Mol. BaFe1201" 1 Mol. BaC03 und 2 Mol. COCO" gemacht, was der gewünschten Formel
EMI0003.0029
<I>Tabelle</I>
<tb> Nr.
<SEP> Hauptbestandteil <SEP> d <SEP> 0 <SEP> <I>K</I> <SEP> <B>1 <SEP> 1</B> <SEP> Fig.
<tb> g/cm <SEP> Q <SEP> cm <SEP> Niederfrequenz <SEP> 50 <SEP> MHz <SEP> 500 <SEP> MHz
<tb> 1 <SEP> Ba3C<U>0</U>2Fe24041 <SEP> 4,5 <SEP> <B>1</B>00 <SEP> 12 <SEP> <B>10</B>
<tb> 2 <SEP> Ba3Co2Fe#)4041 <SEP> 4,1 <SEP> <B>1</B>00 <SEP> 10 <SEP> 9 <SEP> 11 <SEP> 1
<tb> 3 <SEP> Ba3Co2Fe24041 <SEP> 4,1 <SEP> 10% <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> 2
<tb> 4 <SEP> Ba3Co2Fe24041 <SEP> 21 <SEP> 19 <SEP> 15
<tb> 5 <SEP> Ba3Co2Fe24041 <SEP> 9,5 <SEP> 9,5 <SEP> 9,6
<tb> 6 <SEP> Ba",.Sro,8Co2Fe24041 <SEP> 8,9 <SEP> 8,2 <SEP> 8,9 Ba3Co2Fe@4041 entspricht.
Das Gemisch wird wäh rend 4 Stunden mit Alkohol in einer Schwingmühle gemahlen. Es werden von dem Produkt Ringe ge- presst, die während einer Stunde auf 12700 C in Sauerstoff erhitzt werden, um ringförmige Magnet kerne zu erzeugen. Eine Röntgenprüfung erwies, dass die Magnetkerne aus ferromagnetischen Kristallen bestehen, die dem hexagonalen Kristallsystem ange hören und aus Elementarzellen mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen. Die Eigenschaften der Magnetkerne sind in der Tabelle unter Nr. 5 angegeben.
<I>Beispiel</I> V1 Vorerst wird die Verbindung Bao,oSro,4Fe1201s dadurch hergestellt, dass ein Gemisch aus BaC03, SrC03 und Fe203 im richtigen Verhältnis während 15 Stunden auf 10000C erhitzt wird.
Mit BaC03 und CoC03 wird von dem erhaltenen Produkt ein Gemisch in einem Verhältnis von 2 Mol. Bao,GSro,4 Fe1201@;, 1 Mol. BaCO;i und 2 Mol. CoC03 gemacht, was der gewünschten Verbindung Baz,2Sro,8CozFe24 <B>0,1</B> entspricht. Das Gemisch wird während 4 Stun den mit Alkohol in einer Schwingmühle gemahlen. Es werden von dem Produkt Ringe gepresst, die während einer Stunde auf 12600 C in Sauerstoff erhitzt werden, um ringförmige Magnetkerne zu er halten.
Eine Röntgenprüfung erwies, dass die Ma gnetkerne aus ferromagnetischen Kristallen bestehen, die dem hexagonalen Kristallsystem angehören und aus Elementarzellen mit einer c-Achse von etwa 52,3 A und einer a-Achse von etwa 5,9 A bestehen. Die Eigenschaften der Magnetkerne sind in der Ta belle unter Nr. 6 angegeben.
In der Tabelle ist in Spalte 2 unter der Bezeich nung Hauptbestandteil eine chemische Formel angegeben, die aus der Zusammenstezung des Aus gangsgemisches und aus der Röntgenprüfung abge leitet ist. Alle Messergebnisse sind durch Messungen an ringförmigen Magnetkernen im entmagnetisierten Zustand gemäss dem von C.M. v.d. Burgt, M. Gevers und H.P.J. Wijn in Philips Technical Review , Band 14, Seite 245 (1952, 1953) beschriebenen Ver fahren erhalten.
Die Eigenschaften der Magnetkerne Nr. 2 und Nr. 3 sind ausführlicher in den betreffen den Fig. 1 und 2 angegeben. Diese Figuren veran schaulichen den Einfluss der Messfrequenz auf die Werte @i und tg B.