Verfahren zur Herstellung von Ferritkörpern Dis vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von F--rritkörpern, insbesondere von Kör- p; rn und Gebilden aus gesinterten Magnetferriten zur Verwendung in elektrischen Vorrichtungen.
Bei der üblichen Herstellung von Ferritkörpern für elektromagnetische Vorrichtungen wird Ferrit in gepul-. verter Form mit einem sogenannten Bindemittel ver mischt, um ein Gemisch zu bilden, das vollständig trok- ken oder so mit flüssigen Bindemittelbestandteilen durchfeuchtet sein kann, dass das Gemisch eine kitte ähnliche Konsistenz besitzt. Das Gemisch wird dann im allgemeinen zu einfachen Formen verpresst und der er haltene Pressling zur Entfernung der organischen Binde mittelmaterialien und zur Sinterung des Formkörpers ge brannt.
Diese üblichen Ferritherstellungsverfahren sind im allgemeinen auf die Herstellung von ziemlich ein fachen Körpern beschränkt, und die Formen müssen derart aufgebaut sein, dass irgendwelche Hinterschnei- dungen vermieden werden, damit .die Formteile leicht getrennt werden können und der PreGslina leicht ohne Beschädi-ung entfernt werden kann.
Die Anordnung von elektromagnetischen Vorrich tungen, bei denen Ferritformkörtrer als magnetische Elemente venv:n.d t werden, bringt jedoch das Problem mit sich, viele elektrische Leiter mit dem Ferritform- körper zusammenzubauen. Die Anzahl der Baukombi nationen ist besonders gross, wenn die elektromagne tische Einrichtung beispielsweise als Magnetspeicher matrix für Rechenanlagen verwendet werden soll.
Die zu lösende Aufgabe betrifft insbesondere ein Verfahren, durch welches Ferritkörper auch mit kom plizierten geometrischen Konfigurationen leicht herge stellt werden können und bei welchem die Probleme des Zusammenbaus der erforderlichen Leiter mit den Ferrit- elementen leicht gelöst werden können.
Bei früheren Versuchen zur üb rwindung der oben genannten Schwierigkeiten wurden im allgemeinen Fer- rit-Bindemittel-Zusammensetzungen verwendet, in de nen .der Ferritgehalt sehr hoch war und in der Grössen- ordnung von 98 11/0 lag und das Bindemittel nur in einer Menge von etwa 211i11 vorhanden war. Selbst bei so hohen Ferritkonzentrationen traten Hohlräume von bedenk licher Grösse in dem gesinterten Ferritendprodukt auf.
Diese Schwierigkeiten bei sehr hohen Konzentrationen an Ferriten sprachen gegen die Herstellung annehm barer Produkte aus Zusammensetzungen mit niedrigen Konzentrationen an Ferriten und insbesondere aus Zu sammensetzungen, die einen so niedrigen Gehalt aufwei sen, dass sie eine Anfangszusammensetzung ergeben, die tatsächlich eine Flüssigkeit ist.
Es wurde nun gefunden, und dies stellt ein überra schendes Ergebnis der vorliegenden Erfindung dar, dass Ferritkörper, die praktisch frei von Hohlräumen stören der Grösse sind, in komplizierten Formen durch Giess- und Beschichtungsverfahren aus einer dünnflüssigen Ausgangszusammensetzung leicht hergestellt werden können. Das Produkt ist zwar porös, doch sind die ein zelnen Poren von begrenzter Grösse, und die Qualität des Produkts ist nicht nachteilig beeinflusst.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von Ferritkörpern ist dadurch gekennzeichnet, d2 ss zu nächst durch Mischen der Anteile eine flüssige Zusam mensetzung bereitet wird, die 50 O!11 bis 80 ,,o fein zer teiltes Ferritpulver, 1,7 11i9 bis 30 i11 eines Bindemittels aus der Kombination eines Expoxyharzes mit einem Härter und zur Einstellung der Viskosität einen Anteil von einer verträglichen organischen Flüssigkeit enthält,
so dass sie eine Viskosität von 20 000 bis 80 000 eP bei 25 C besitzt, dass die flüssige Zusammensetzung durch Giessen in eine Form oder durch Beschichten eines Trägers geformt wird, dass die Zusammensetzung durch Härten d-.s Epoxyharzes in festere Konsistenz gebracht wird, dass der rohe Körper allmählich auf eine Tempera tur üb. -r 600 C erhitzt wird, die ausreicht, um das Bin demittel zu entfernen, und dass schliesslich der Rohling bei einer Temperatur bis zu 1400 C gesintert wird.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind aus .der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine Ferrit- und Bindemittelzusammensetzung verwendet, die ein Epoxyharz und einen geeib vten Härter in einem Gesamtgewicht von zumindest 1,7 % der Zusammenset- zun@ einschliesst. Dabei gehört der Härter vorzugsweise einer Art an, von der bekannt ist, dass sie ein flexibles Produkt liefert.
Der Rest der Zusammensetzung enthält orzugsweise eine verträgliche organische Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, die in ausreichender Menge vor handen ist, um die gewünschte Flüssigviskosität in dem endQülti2en Ferrit-Bindemittel-Gemisch zu ergeben.
Die obige Zusn:nm2nsetzung kann mechanisch in solchen Mengznwnteilen zusammengemischt werden, dass das g--pul : _rte Ferrrit vorzugsweise bis zu 80 Gew.- 'o des Gesamt#7emischs ausmacht und das flüssige<B>Ge-</B> misch eine Viskosität von 20 000 bis 80 000 cP auf weist.
Die Zi.-sammensetzunor wird dann geformt, indem die FlüssigKeit auf einen Träger bzw. in eine Form -e bracht ;wird, beispielsweise durch Giessen der Flüssig keit in eine Höhlung, Sprühen oder Aufstreichen der Flü-siakeit aus eine Trägeroberfläche oder durch Ein tauch2n eines Trägers in das flüssige Gemisch. Die Zu sp mmensetzung kann dann bei verhältnismässig niedri- ;en Temperaturen gehärtet werden, so dass sie zu einem festen Körper wird. Der Körper kann dann einer weite ren Formgebung durch Schneiden, Bearbeitung oder Biegen oder Formen unterworfen werden.
Die Körper können dann in begrenzter Geschwindigkeit auf eine Temperatur in der Grössenordnung von 900 C zur Ent fernung der Bindemittelbestandteile durch Verkohlung gebracht werden. Erforderlichenfalls kann .der Körper -.-on dem Träger durch Verbrennen des Trägers während <I>dies; r</I> Stufe getrennt werden, oder der Körper kann von dem Träger zuvor durch mechanische Verfahren ge trennt werden.
Der erhaltene Körper wird dann auf Fer- rWintertemperatur erhitzt, um durch Sintern mecha- nisch: Bindung zwischen den Ferritteilchen zu erzeugen und dem Endprodukt die gewünschten mechanischen und magnetischen Eigenschaften zu verleihen.
Wenn hier Prozentangaben oder Mengenangaben der Materialbestandteile erwähnt sind, so beziehen sich diese auf das Gewicht und nicht auf das Volumen.
Bei der Durchführung des Verfahrens können ver schiedene handelsübliche Ferritpulverzusammensetzun- ,-en verwendet werden, je nach den gewünschten magne tischen Eicenschaftzn des Endprodukts.
Es ist jedoch zur Erzielung bester Ergebnisse bezüglich der Festigkeit und Flexibilität des grünen (unges:naerten) Körpers und bezüglich der Endsintereigenschaften zu bevorzugen, dass die Teilchengrösse des Ferrits etwa 2 Mikron nicht übersteigt.
Ir._ jedem der folgenden Beispiele besitzen die Ferritpulverteilchen im allgemeinen eine Grössenvertei- lung von etwa iAo l./likron bis 1'-,it Mikron, wobei eine solch; Teilchengrössenverteilung vorliegt, dass etwa 50 0 o der Teilchen innerhalb des begrenzten Grössen- b2reiclis von bis 1 Mikron liegen.
Es sind in den verschiedenen Beispielen verschie dene Ferrite angegeben. Alle diese Ferritpulver können jedoch nach pralaisch dem gleichen Verfahren herge stellt werden, das wie folgt beschrieben werden kann: Geeignete Mengen der Oxyde der Metalle, die in der Endferritzusammensetzung vorliegen sollen, werden et wa 4 Stunden zusammen mit 2000 cm-' Methylalkohol je kg Metalloxydz in einer Kugelmühle gemischt.
Nach dem Mahlen in der Kugelmühle wird das Gemisch unter einer Heizlampe getrocknet und dann 1 Stunde an der Lift bei 850 C calciniert. Das calcinierte Pulver wird dann nochmals in einer Kugelmühle behandelt, um in der vorhergehenden Stufe gebildete grosse gesinterte Teilchen zu zerkleinern und allgemein die Teilchen- grösse herabzusetzen.
Weitere 1600 cm-' Methylalkohol je kg der ursprüng lichen Oxyde werden dann zu dem calcinierten Pulver zugegeben, und das Gemisch wird etwa 48 Stunden in der Kugelmühle gemahlen. Das Gemisch wird dann durch ein feines Sieb gesiebt und unter einer Heizlampe getrocknet. Das Pulver ist dann zum Mischen mit den Bindematerialien fertig, wie es in den verschiedenen Beispielen beschrieben ist.
Die zur Durchführung des Verfahrens bevorzugten Epoxyharze gehören zu der Klasse von Kondensations produkten von Epichlorhydrin und Bisphenol A, doch können auch andere Epoxyharze verwendet werden.
Ge eignete Epoxyharze sind in einer Reihe von Formen im Handel erhältlich, einschliesslich fester Harze, flüssiger Harze und Harze, die zur leichteren Handhabung mit üblichen flüchtigen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Methyläthylketon und Amylacetat, verdünnt sind (allge mein als Harze auf Lösungsmittelbasis bezeichnet).
Ein Beispiel für ein Epoxyharz auf Lösungsmittelbasis, das sich als ganz zufriedenstellend erwiesen hat und das den Epo xybestandteil in den Beispielen A-H bildet,
ist un ter .dem Handelsnamen ISOCHEMCLAD 175-Part B erhältlich. Dieses Epoxyharz enthält etwa 30 % flüch- tige Lösungsmittel und 70 % Harz (je nach der Vis-
kosität des Harzes), so dass sich eine Viskosität des Ge mischs von etwa 250 cP bei 25 C ergibt.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird ein Här ter bevorzugt, der zu einer Art gehört, von der bekannt ist, dass sie ein flexibles Produkt ergibt, wie beispiels weise ein harzmodifiziertes aromatisches Amin. Ein sehr geeigneter Härter dieser Klasse ist unter dem Handels namen ISOCHEMCLAD 175-Part A erhältlich. Dieser Härter ist in jedem der folgenden Beispiele A-H ange geben.
Es wurde gefunden, dass Terpentinöl ein ausgezeich netes Mittel zur Steuerung der Viskosität in den Zusam mensetzungen von Ferrit und Bindemittel ist, und Ter pentinöl findet sich in einer Reihe der Beispiele als Be standteil für diesen Zweck. Es kann ein handelsübliches Netzmittel zu dem Terpentinöl in einem Mengenanteil von 1 % zugegeben werden. Das Netzmittel ist nützlich, jedoch nicht unbedingt notwendig.
Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren und die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, ohne die Erfindung zu beschränken.
<I>Beispiel A</I> Eine aus sich kreuzenden Rohren bestehende Ferrit- anordnung wird durch Mischen der folgenden Materia lien hergestellt:
EMI0002.0145
30 <SEP> Teile <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,o$ <SEP> Mnl,e5 <SEP> Cro,oo <SEP> Nio,o3 <SEP> <B>0,1)</B>
<tb> 5 <SEP> Teile <SEP> Terpentinöl
<tb> 7 <SEP> Teile <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B , <SEP> Epoxyharz <SEP> (besteht
<tb> aus <SEP> etwa <SEP> 5 <SEP> Teilen <SEP> Harz <SEP> und <SEP> 2 <SEP> Teilen <SEP> flüch tiger <SEP> Lösungsmittel)
<tb> 7 <SEP> Teile <SEP> Isochemclad <SEP> 175-A ,
<SEP> Härter <SEP> für <SEP> das <SEP> Epoxy harz Diese Materialien werden zuerst in einer Spex - Mischmühle in einem Stahlbehälter mit einer Stahlkugel 15 Minuten und dann weiter in einem 3-Walzen-Farben- mischer 5 Minuten gemischt. Die Haltbarkeit dieser Zu sammensetzung sowie diejenige der Zusammensetzun gen .der späteren Beispiele liegt in der Grössenordnung von 6 Stunden bei 25 C oder 1 Woche bei -10 C. Ein Rayonfaserträger wird durch Überziehen mit einem niedrigmolekularen Polyäthylenwachs zugerichtet.
Bei dem Aufbringungsverfahren des Polyäthylen wachses wird der Rayonträger durch eine Drahtzieh- matrize zur Steuerung der Dicke des Polyäthylenüber- zugs geführt und dann mit der Zusammensetzung aus Ferrit und Bindemittelgemisch, wie es oben beschrieben ist, durch Durchführen des Trägers von unten nach oben durch einen Behälter, der diese flüssige Ferritzusam- mensetzung enthält, überzogen.
Der beschichtete Träger wird dann in gleich entfernten Windungen auf einen flachen Rahmen aus 4 Metallstäben gewickelt, und der Rahmen wird um 90 gedreht, und weitere im Abstand angeordnete Windungen werden auf den Rahmen aufge wickelt, um eine Anordnung von sich kreuzenden über zogenen Fäden zu bilden. Die Beschichtungen der sich kreuzenden Faserträger fliessen an den Kreuzungsstellen zusammen, so dass eine mechanische Verbindung erhal ten wird.
Der Rahmen wird dann 15 Minuten lang unter eine Infrarotlampe gebracht, was bewirkt, dass das Epoxy- bindemittel innerhalb der Zusammensetzung unter Bil dung einer zähen festen Struktur härtet. Die gekreuzte beschichtete Faseranordnung wird dann von dem Rah men abgetrennt und in einen Ofen gebracht, in dem sie allmählich innerhalb von 1?'3 Stunden auf eine Tempe ratur von 950 C gebracht wird, um die gesamten orga nischen Bestandteile, einschliesslich des Rayonträgers, des Polyäthylenwachses und aller Bindemittelbestand- teile,
zu verkohlen und zu entfernen. Der Körper wird dann 1,@ Stunde bei 1400 C gebrannt, um die Ferrit- teilchen aneinunderzusintern und ,die gewünschten ma- .netischen Eigenschaften zu erzielen. Der Körper wird dann aus dem Ofen entfernt und an der Luft bei Zim mertemperatur abgeschreckt.
Die, gebildete, aus ge kreuzten Rohren bestehende Ferritanordnung wird dann mit elektrischen Leitern durch die zentralen Öffnungen, die zuvor durch das Rayongarn und das Polyäthylen wachs eingenommen waren, verdrahtet, um eine elektro magnetische Vorrichtung mit einer koordinierten ma gnetischen Verbindung für jede einzelne der ursprün5 liehen Verbindungen des beschichteten Rayongarnes zu bilden.
<I>Beispiel B</I> Eine Ferritgiessmasse, die in ungesintertem Zustand verarbeitbar ist, kann unter Verwendung der folgenden Rezeptur hergestellt werden:
EMI0003.0043
701/o <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel_ssMnl"5Cro,"Ni0,030,,)
<tb> 5% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B <SEP> (3,5 <SEP> % <SEP> Epoxyharz <SEP> und
<tb> 1,5% <SEP> flüchtige <SEP> Lösungsmittel)
<tb> 5% <SEP> Isochemclad <SEP> <B>175</B> <SEP> A ,
<SEP> Härter <SEP> für <SEP> das <SEP> Epoxy harz
<tb> 20% <SEP> Terpentinöl Die obigen Bestandteile werden in einer Spex - Mischmühle 15 Minuten wie in Beispiel A gemischt und dann einem Vakuum von etwa 28 mm Hg in einem Exsiccato,r auisgeasetat, um otwaige während des Mischens der Zusammensetzung eingeschlossene Luft zu entfer nen.
Das Gemisch wird dann in ein etwa 20 cm langes Polyvinylrohr mit einem Durchmesser von etwa 8 mm gegossen und zunächst bei Zimmertemperatur etwa 16 Stunden lang an der Luft härten gelassen. Die Probe wird dann weiter in einem Ofen bei 120 C 1 Stunde gehärtet. Es wird festgestellt, .dass die Probe etwas in ihrer Grösse sowohl in der Länge als auch im Durch messer geschrumpft ist, so dass sie leicht aus der Poly- vinylform entfernt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist die Probe ganz flexibel und zäh und hat fast die Kon sistenz von weichem Kautschuk, doch ist sie nicht wirk lich elastisch.
Dann wird die Probe in ein Rohr aus Alu miniumoxyd (A1.0,) eingebracht, um sie bei der weite ren Wärmebehandlung in ihrer Form zu halten, und dann in einem Vakuum von 28 mm Hg bei 150 C wei tere 2 Stunden gehärtet. Danach ist der Epoxyharz- bestandteil offensichtlich völlig gehärtet, so dass die Probe ganz hart und zäh ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das meiste Terpentinöl entfernt.
Ein Abschnitt des Probestabs wird dann auf eine Drehbank gebracht, und die Aussenfläche wird bis zu einem Aussendurchmesser von etwa 4 mm abgedreht. Dann wird eine Mittelbohrung mit einem Durchmesser von etwa 2 mm eingebohrt, und der Prüfkörper wird dann zu einer Gesamtlänge von etwa 25 mm abgeschnit ten. Dann werden in die Seitenwandung verschiedene Löcher eingebohrt, deren Durchmesser von 0,3 mm bis zu 2,2 mm variieren. Diese Bearbeitungen zeigen, dass der Prüfkörper eine ungewöhnlich grosse Grünfestigkeit besitzt, was die Herstellung von Halbfabrikaten von komplizierten Ferritstrukturen durch Schneiden und Be arbeiten ermöglicht.
Der Prüfkörper wird dann bei einer Temperatur steigerung von etwa 100 C je Stunde von Zimmertem peratur auf eine Temperatur von 500 C in -.intim Va kuum von 28 mm Hg gebrannt, um die organischen Bindemittelmaterialien zu entfernen. Das Halten des Körpers unter Vakuum während dieser ersten Heizstufe zur Bindemittelentfernung begünstigt die Entfernung der flüchtigeren Bindemittelbestandteile und trägt zur Ver hinderung einer Entzündung solcher flüchtigen Mate rialien bei. Das Vakuum wird dann aufgehoben und die Temperatursteigerung mit der gleichen Geschwindigkeit bis auf 900 C fortgesetzt.
Die Temperatur wird 1 Stunde bei 900 C gehalten, und der Ofen wird dann abgeschaltet und vor Entfernung des Prüfkörpers ab kühlen gelassen. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Binde mittelbestandteile aus dem Prüfkörper entfernt, ohne dass irgendeine Rissbildung oder eine andere Beschädi gung eingetreten wäre.
Der Prüfkörper wird langsam in einen 900 C heis sen Ofen eingebracht, und die Temperatur des Ofens wird dann auf 1300 C erhöht und etwa 16 Stunden auf diesem Wert gehalten, wonach die Temperatur auf 1050 C herabgesetzt und die Probe aus dem Ofen ent fernt und auf einer Metallplatte an der Luft abge schreckt wird. Die Probe befindet sich dann in einem ausgezeichneten Zustand ohne sichtbare Sprünge oder Blasen.
Dieses Beispiel zeigt, wie das beschriebene Verfah ren zur Herstellung von Ferritkörpern für elektromagne tische Anordnungen mit komplizierten Formen und mit genauen Abmessungen, wie sie durch die zwischendurch ausgeführten Bearbeitungsgänge bestimmt werden, an gewendet werden kann.
<I>Beispiel C</I> Die folgenden Bestandteile werden 15 Minuten in der Spex -Mischmühle gemischt:
EMI0003.0076
64 <SEP> % <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,68Mn1,25Cro,oeNio.oa04)
EMI0004.0001
13,5 <SEP> 04 <SEP> <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B , <SEP> Epoxyharz <SEP> auf <SEP> Lö sungsmittelbasis <SEP> (9,4 <SEP> % <SEP> Harz <SEP> und <SEP> 4,1 <SEP> %
<tb> flüchtige <SEP> Lösungsmittel)
<tb> l3,5 <SEP> % <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A , <SEP> Härter
<tb> 4,511/o <SEP> Methylisobutylketon
<tb> 4,50110 <SEP> Terpentinöl Die Zusammensetzung wird dann unter verminder- t2n Atmosphärendruck von etwa 28 mm Hg gebracht,
:.m eint¯eschlossene Luftbläschen zu entfernen. Das Ge misch wird in ein Polytetrafluoräthylenrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 6 mm gegossen und etwa 16 Stunden bei Zimmertemperatur gehärtet. Der erhal <I>t2ne</I> Giessling wird dann .durch Herausschieben aus dem Rohr entfernt. Der gegossene Stab kann ohne Bruch in einem Winkel von 90 gebogen werden.
Ein weiterer Teil der Probe wird auf eine Glasplatte unter Bild.un^ eines Films von einer Dicke von etwa 0.6 mm aufgebracht. Nach etwa 16stündigem Härten des Films bei Zimmertemperatur kann dieser leicht ohne Schädigung von der Glasplatte abgezogen werden.
Beide Proben werden in einem Ofen erhitzt, dessen Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 C ; Stunde auf 950 C und dann weiter auf 1400 C er höht und bei der letztgenannten Temperatur 1/2 Stunde gehalten wird. Man erhält so zufriedenstellend gesinterte Ferrit körper.
Die gleiche Zusammensetzung kann verwendet wer- d-n, um Filme und Platten mit einer Dicke im Bereich von etwa 0.07 bis 1,5 mm zu giessen. Nach Härtung bei Zimmertemperatur während etwa 16 Stunden können diese Filme leicht ohne Rissbildung oder Bruch mit einem scharfen Messer geschnitten und mit üblichen Lochstanzen gestanzt werden. Das Material ist so zäh, dass bei einer Filmdicke von etwa 0,25 mm zwei Lö cher mit einem Durchmesser von etwa 1,6 mm sehr nah aneinander in den Film gestanzt werden können, wobei eine Filmwanddicke von nur 0,08 mm zwischen den zwei Löchern verbleibt.
<I>Beispiel D</I> Die folgenden Bestandteile werden etwa 15 Minuten lang in einer Spex -Mischmühle gemischt.
EMI0004.0028
59 <SEP> 0; <SEP> o <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,08Mnl,25Cr0,00Ni0,o30..)
<tb> 17,5 <SEP> 0;\0 <SEP> < @Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B <SEP> (enthält <SEP> 12,5 <SEP> % <SEP> Epoxy harz <SEP> und <SEP> 5,3 <SEP> % <SEP> flüchtige <SEP> Lösungsmittel)
<tb> 17,5 <SEP> 0/0 <SEP> < :
Isochemclad <SEP> 175 <SEP> <B>A-,>,</B> <SEP> Härter
<tb> 6 <SEP> 01o <SEP> Methylisobutylketon Das Gemisch wird dann einem Vakuum von etwa 28 mm HG ausgesetzt, um während des Mischens einge führte eingeschlossene Luft zu entfernen. Das Gemisch wird dann auf eine Platte gegossen und bei Zimmer- t2mper atur etwa 16 Stunden lang härten gelassen, wo nach es ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf weist, die erlauben, das Material zu schneiden und an dere Bearbeitungsgänge, wie beispielsweise die in Bei spiel C erwähnten, durchzuführen.
Der gehärtete Kör per besitzt ausgezeichnete Kohäsions- und mechanische Eigenschaften und hält Biegen und Krümmen bis 180 ohne Anzeichen von Bruch aus.
Der Prüfkörper wird dann einem Heizzyklus zum Abbrennen des Bindemittels unterworfen, bei dem die Temperatur in einer Geschwindigkeit von etwa 100 C je Stunde bis zu etwa 950 C gesteigert wird. Dann wird die Temperatur weiter auf die Sintertemperatur von etwa 1400 C erhöht und bei diesem Wert etwa Stunde gehalten. Das erhaltene Produkt ist ein Ferrit- körper mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaf ten.
<I>Beispiel E</I> Eine Zusammensetzung wird wie folgt zubereitet:
EMI0004.0042
55% <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,;Mn0,sMg0,70.1)
<tb> 17% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B , <SEP> Epoxyharz <SEP> (enthält
<tb> 12 <SEP> % <SEP> Harz <SEP> und <SEP> 5 <SEP> % <SEP> flüchtige <SEP> Bestandteile)
<tb> 17 <SEP> % <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A ,
<SEP> Härter
<tb> 1101o <SEP> Terpentinöl Diese Bestandteile werden 15 Minuten in der Spex -Mischmühle gemischt und dann vermindertem Druck von etwa 28 mm HG zur Entfernung überschüssi ger Luftbläschen ausgesetzt. Die flüssige Ferritzusam- mensetzun- wird dann zur Beschichtung eines Rayon zwirns, der mit Polyäthylenwachs von niedrigem Mole kulargewicht wie in Beispiel A zugerichtet wurde, ver wendet.
Der Überzug wird durch rasches Durchführen des Rayonfadens von unten nach oben -durch eine flüs sige Ferritzusammensetzung aufgebracht. Der mit Ferrit beschichtete Rayonzwirn wird dann auf einen Rahmen unter Bildung eines Gitters gekreuzter Fäden angeord net, und die Fäden werden in dieser Lage gehärtet, in dem man sie an der Luft etwa 16 Stunden härten lässt. Nach dieser Härtung sind sie an ihren Kreuzungsstellen fest aneinander gebunden. Das erhaltene Produkt ist recht zäh und vermag eine rauhe Behandlung, wie sie in einem Produktionsverfahren auftreten kann, auszuhal ten.
Das gehärtete Produkt wird von dem Rahmen ge schnitten und durch einen raschen Zyklus der Binde mittelentfernung geführt, indem die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 C je Stunde bis zu etwa 850 C gesteigert wird und die Probe dann 16 Stunden bei 1170 C gebrannt wird. Das erhaltene Pro dukt ist eine Anordnung von gekreuzten Rohren, da die mit Polyäthylen verstärkten Rayonfasern aus dem Pro dukt während des Heizzyklus auf 850 C zur Entfer nung des Bindemittels herausgebrannt sind. Es werden dann elektrische Leiter in die Hohlrohre der Anord nung gekreuzter Rohre eingeführt.
Die magnetischen Eigenschaften der Anordnung haben sich als<I>sehr</I> zu friedenstellend erwiesen.
<I>Beispiel F</I> Das Verfahren von Beispiel E wird wiederholt, wo bei ein Ferritpulver mit einer anderen Zusammensetzung (Fe1,0sMn0,3sCr0,l0Zno,s5Ca0,0204) verwendet wird. Die Ergebnisse sind praktisch die gleichen, obgleich das an dere Ferrtt etwas a nde,re mra,gn@@tisch@ Eigenschaften er gibt. Das Verhalten der Bindemittelzusammensetzung und die erhaltene Qualität des Endproduktes sind vom mechanischen Standpunkt aus praktisch die gleichen.
<I>Beispiel G</I> Eine Ferritzusammensetzung wird unter Verwendung der folgenden Bestandteile gemischt:
EMI0004.0072
70,7% <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,83Mn1,08Cu0.os0a)
<tb> 7,6% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B , <SEP> Epoxyharz <SEP> (enthält
<tb> 5,3% <SEP> Harz <SEP> und <SEP> 2,3% <SEP> flüchtige <SEP> Lösungs mittel)
<tb> 7,6 <SEP> 0/0 <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A , <SEP> Härter
<tb> 14,1% <SEP> Terpentinöl Die obigen Bestandteile werden in einer Spex - Mischmühle etwa 15 Minuten lang gemischt und dann vermindertem Druck von etwa 28 mm Hg ausgesetzt.
Die Zusammensetzung wird dann zur Beschichtung eines feinen Platindrahts verwendet, nachdem der Draht mit einem Polyäthylenwachs mit niedrigem Molekularge- wicht, das dem im Beispiel A verwendeten Wachs ent spricht, zugerichtet worden war. Der mit Wachs über zogene Draht wird von unten nach oben durch einen mit der obigen Zusammensetzung .gefüllten Behälter geführt. Der mit der Ferritzusammensetzung überzogene Platin draht wird dann wie in Beispiel A unter Bildung einer gekreuzten Gitteranordnung auf einen Rahmen gewik- kelt und 16 Stunden bei Zimmertemperatur gehärtet.
Die erhaltene Anordnung wird dann von dem Rahmen geschnitten und erweist sich als recht zäh und an den Kreuzungsstellen des Gitters fest verbunden. Die Proben werden dann im Vakuum bei einer Temperatursteige rung von 100 C je Stunde bis zu 500 C gebrannt. Dann wird das Vakuum aufgehoben, und das Erhitzen an der Luft mit einer grösseren Geschwindigkeit der Temperatursteigerung von etwa 100 C je Stunde bis auf 900 C wird fortgesetzt. Anschliessend werden die Proben 1 Stunde bei 1200 C gebrannt, um das Ferrit zu sintern.
Die erhaltenen, aus gekreuzten Rohren be stehenden Anordnungen sind recht zufriedenstellend und enthalten die Platindrähte als elektrische Leiter, ohne dass es erforderlich wäre, gesonderte Leiter in die Rohre einzuführsn.
<I>Beispiel H</I> Dieses Beispiel erläutert eine mit Erfolg verwendbare Ferrit-Bindemittel-Zusammensetzung mit einem niedri gen Epoxyharzgehalt, die jedoch an der Grenze liegt. Die folgenden Bestandteile werden 15 Minuten in einer Spex -Mischmühle gemischt:
EMI0005.0020
801/o <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,83Mnl,o8Cuo.os04)
<tb> 1% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B , <SEP> Epoxyharz <SEP> (besteht
<tb> aus <SEP> 0,7 <SEP> % <SEP> Harz <SEP> und <SEP> 0,3 <SEP> % <SEP> flüchtigen <SEP> Lö sungsmitteln)
<tb> 10/0 <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A , <SEP> Härter <SEP> für <SEP> Epoxyharz
<tb> <B>181/o</B> <SEP> Terpentinöl Nach Mischen wird die Zusammensetzung vermin dertem Druck von 28 mm Hg 15 Minuten lang ausge setzt, um eingeschlossene Luft zu entfernen. Die Zusam mensetzung wird dann in ein Polytetrafluoräthylenrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 11 mm gegossen und 16 Stunden bei Zimmertemperatur gehärtet. Weite res Härten erfolgt während 3 Stunden bei 120 C.
Der erhaltene (grüne) urgesinterte Giessling kann leicht ohne Schädigung aus der Form entfernt werden, doch besitzt er nicht genug Zuj und Scherfestigkeit, um ein Biegen oder wirkliches Schneiden oder Bearbeiten zu erlauben. Die Festigkeit des Körpers ist jedoch ausreichend, um zu zeigen, dass diese Zusammensetzung zum Giessen eines Körpers von komplizierter Form verwendet wer den kann, der nach Härten mit Erfolg aus der Form ent fernt und dann unter Bildung eines zufriedenstellenden Ferritkörpers gesintert werden kann.
Wegen der be grenzten Grünfestigkeitseigenschaften zeigt dieses Bei spiel annähernd die untere Grenze des Epoxyharzgehal- tes, der für die Durchführung des beschriebenen Ver fahrens noch zweckmässig ist. <I>Beispiel J</I> Dieses Beispiel zeigt die Durchführung des Verfah rens mit Harz und Härtemittelbestandteilen, die von den in den obigen Beispielen verwendeten verschieden sind.
Die folgenden Materialien werden 15 Minuten in der Spex -Mischmühle vermischt:
EMI0005.0035
801/o <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,EsMn1,25Cro,osNio,o304)
<tb> 14% <SEP> flüssiges <SEP> Epoxyharz <SEP> (wie <SEP> im <SEP> folgenden <SEP> be schrieben)
<tb> 1% <SEP> Triäthylentetramin <SEP> (Härter)
<tb> 5% <SEP> Terpentinöl Das in diesem Beispiel verwendete flüssige Epoxy- harz ist ein Kondensationsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin, das ein Epoxyäquivalent von<B>175</B> bis 210,
ein durchschnittliches Molekulargewicht von 350 bis 400 und eine Viskosität bei 25 C von 4000 bis 10 000 cP aufweist. Das Epoxyharz ist unter dem Han delsnamen Epon und der Produkt-Nr. 820 erhältlich.
Nach dem Mischen wird .die Zusammensetzung in ein Polytetrafluoräthylenrohr mit einem Innendurchmes ser von etwa 6 mm gegossen und etwa 16 Stunden bei Zimmertemperatur gehärtet. Der Giessling wird dann aus dem Rohr durch Herausstossen mit einem Stab ent fernt. Der Giessling wird dann in Scheiben von etwa 3 mm geschnitten. Diese umgesinterten Scheiben sind zäh und flexibel, und die Schnitti7ächen sind frei von Rissen und gesplitterten Kanten. Die Proben werden dann in einen Ofen eingebracht, und ihre Temperatur wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 C je Stunde auf 950 C erhöht, um die Bindematerialien zu entfernen.
Die Temperatur wird dann auf die Sintertemperatur von 1400 C erhöht und 1/-> Stunde bei diesem Wert gehal ten, um die Ferrite zu sintern. Die Proben werden dann rasch auf einer wärmeleitenden Metallplatte an der Luft abgeschreckt. Die Ergebnisse sind recht zufriedenstel- lend, da die Proben gute Dichte und die gewünschten magnetischen Eigenschaften aufweisen.
<I>Beispiel K</I> Die folgende Zusammensetzung wird 15 Minuten in einer Spex -Mischmühle gemischt:
EMI0005.0058
69 <SEP> % <SEP> Ferritpulver <SEP> (Fel,88Mnl,25Cr0,00Ni0,0304)
<tb> 15,8 <SEP> % <SEP> Epoxyharz <SEP> (wie <SEP> im <SEP> folgenden <SEP> beschrieben)
<tb> 1,4% <SEP> Triäthylentetramin
<tb> 13,8% <SEP> Mittel <SEP> zurViskositätssteuerung Das in diesem Beispiel verwendete flüssige Epoxy- harz ist ein Kondensationsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin, das ein Epoxyäquivalent von 175 bis 210,
ein durchschnittliches Molekulargewicht von 350 bis 400 und eine Viskosität bei<B>25'</B> C von 5000 bis 15 000 eP aufweist. Dieses Epoxyharz ist unter dem Handelsnamen Epon und der Produkt-iNTr. 828 er- hältlich. Acetylie:rtes expoxydiertes Rizinusöl d.i:ent als Mittel zur Einstellung der Viskosität.
Nach Vermischen wird die Zusammensetzung einer Vakuumbehandlung unterzogen, um Luftbläschen zu entfernen, und dann als Flüssigkeit in ein Polytetrafluor- äthylenrohr mit einem Durchmesser von etwa 6 mm ge gossen. Dann wird sie etwa 16 Stunden bei Zimmer temperatur an der Luft gehärtet, wonach sie eine kaut schukartige Festsubstanz ist, die ohne Schwierigkeit aus dem Polytetrafluoräthylenrohr entfernt werden kann.
Die Probe wird dann in einen Ofen gebracht, und ihrs Timperatur wird mit einer Geschwindigkeit von 100' C j2 Stunde auf 950'C erhöht, um die Bindemit- te1b2standteile zu entfernen. Die Temperatur wird dann rascher auf 1400 C erhöht und bei diesem Wert "/z Stunde gehalten, um die Ferrite zu sintern. Anschlies send werden die Proben auf einer Metallplatte an der Luft abgeschreckt.
Der erhaltene Ferritkörper ist frei von mechanischen Defekten und besitzt .die erwarteten magnetischen Eigenschaften.
Wenn Flexibilitätseigenschaften und kautschukartige Eigenschaften in dem grünen (ungesinterten) Ferrithalb- fabrikat benötigt werden, so wird bei dem beschriebenen V rfahrün die Härtung des Körpers im allgemeinen nur bei verhältnismässia niedrigen Härtungstemperaturen, beispielsweise bei Zimmertemperatur während 16 Stun den, durchgeführt. Diese Härtungsstufe ist in den mei sten B,#ispielen erläutert.
Wenn jedoch grössere Starrheit für<I>Zwecke,</I> wie beispielsweise Schneiden und maschi nelle Bearbeitung, erforderlich ist, wie es beispielsweise in Beispizl B gezeigt ist, so wird eine intensivere Här- tungsstuf2 zusätzlich angewendet. Beispielsweise kann hierfür der Körper 1 Stunde lang auf 120 C erhitzt werden.
Wenn die grössere Starrheit für eine zwischen durch durchgeführte mechanische Formung nicht erfor derlich ist, kann der Körper auch sofort dem Heiz- zyklus zum Abtreiben des Bindemittels unterworfen wer den, der im allgemeinen einen allmählichen Temperatur anstieg bis zu etwa 900<B>'</B> C umfasst.
Einer der wichtigsten Vorteile der Flexibilität des zwischendurch erhaltenen grünen (ungesinterten) Ferrit- halbfabrikats bei der Durchführung des Verfahrens ist der folgende: Nach einer anfänglichen Herstellung des grünen fle- riiblün. relativ festen Produkts kann dieses zu einer ande ren Form, die als endgültige Ferritkörperform gewünscht wird, gebogen oder deformiert werden. Der Körper wird in dieser gebogenen Form während der Bindemittel- abtreib- und Sinterstufe des Verfahrens gehalten.
Auf diese Weise ist es möglich, ungewöhnliche und kompli zierte gesinterte Ferritkörper in sehr einfacher Weise herzustellen. So können beispielsweise gegossene und dann gehärtete, dünne, kautschukartige grüne Ferrit- folien unter Bildung eines Körpers mit einem Quer schnitt einer Spirale aufgerollt werden, oder solche Fo lien können zusammengefaltet oder in anderer Weise gekrüralmt werden, was die Herstellung vieler endgültiger Ferritkörper ermöglicht. Prüfungen hierfür erfolgten durch doppelte Faltung -einer Folie, wie beispielsweise der in Beispiel C erläuterten.
Die Folie brach und riss an der Biegung während der Erhitzungszyklen nicht, und der erhaltene Ferritkörper behielt seine gefaltete Konfi guration genau bei.
Wie in den Beispielen gezeigt ist, können die Ferrit- Bindemittel-ZusammensetzLingen der vorliegenden Er findung auf fadenartige Körper oder flache oder unregel- mässige Oberflächen aufgeschichtet oder aufgestrichen werden, oder die Zusammensetzung kann auf eine Ober fläche oder in eine Form gegossen werden. Wie in den Beispielen erläutert, kann in einigen Fällen, wie bei- spielsweis-e beim überziehen eines Platindrahtes, zumin dest ein Teil des Trägers in dem Ferritkörper verbleiben.
In anderen Fällen kann der Körper von dem Träger mechanisch oder durch Verbrennendes Trägers getrennt werden.
Einer der wichtigsten Vorteile der vorliegenden Er findung ist die unerwartet hohe Qualität des Ferritend- produkts unter Berücksichtigung der verhältnismässig niedrigen Viskosität der ursprünglichen Zusammensa- zung und eines verhältnismässig niedrigen Gehalts an Ferritfeststoffen der ursprünglicher. Zusammensetzung im Vergleich zu den früher üblichen Verfahren. Es wäre zu erwarten gewesen, dass mit diesem niedrigen An fangsfeststoffgehalt eine erhebliche Porosität in dem Endprodukt erhalten würde.
Es wurde jedoch gefun den, dass die Poren innerhalb des Körpers so klein und so gleichmässig verteilt sind, dass diese Porosität das Endprodukt nicht beeinträchtigt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die gleichför mig hohe Qualität der gesinterten Ferritendprodukte, obgleich Schwi rigkeiten zu erwarten wären, die sich aus .den Bedingungen, wie beispielsweise extreme Ände rungen der Wandstärke innerhalb d- s Erzeugnisses, er geben. Es sei bemerkt, dass ein tatsächliches Sintern der Ferrite nur bei Temperaturen von 700 C und darüber auftritt, während die Bindemittelmaterialien unter 600 Celsius verkohlen.
Es wird angenommen, dass die über legenen Ergebnisse dadurch bedingt sein können, dass die gehärteten Epoxybestandteile des Bindemittels nicht endgültig verkohlen und entfernt werden, bevor ein er heblicher Temperaturanstieg erfolgt ist und eine anfäng liche Ferritsinterung oder -bindung begonnen hat. Auf diese Weise wird die Integrität des Körpers durch den gehärteten Epoxybestandteil des Bindemittels aufrecht erhalten, bis die beginnende Bindung von Ferrit zu Fer- rit eingetreten ist.
Die bevorzugten Mengenanteile der verschiedenen Bestandteile der verwendeten flüssigen Ferritzusammen- setzungen sind: ein Ferritpulvergehalt innerhalb des Be- reichs von 50 bis 80 %;
ein Gehalt an Bindemittel (Epoxyharz und Härter) von zumindest 1,7 %, jedoch nicht mehr als 30 %,
und ein Zusatz von die Viskosität regulierenden flüssigen Mitteln zur Erzielung der ge wünschten Viskosität. Die flüssigen Bestandteile der Zu sammensetzung besitzen eine solche Viskosität, dass eine Viskosität der Zusammensetzung von 20 000 bis 80 000 cP bei 25 C erhalten wird.
Dieser Viskositäts- bereich hat sich als günstig für das Beschichten von Fa sern durch vertikales Durchführen solcher Fasern von unten nach oben durch einen Behälter mit der flüssigen Ferrit- und Bindemittelzusammensetzung oder zum Tauchbeschichten von offenmaschigen Trägeranordnun gen erwiesen.
(Noch brauchbare Giesslinge wurden mit Gemischen mit Viskositäten in der Grössenordnung von 100 000 cP hergestellt.) Die die Viskosität steuernden Zusätze oder Mittel sind im allgemeinen Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität, die die Viskosität des Gemischs herabsetzen. Zu verwendbaren, die Viskosität regulie renden Zusätzen gehören Terpentinöl, verträgliche Lö sungsmittel, wie beispielsweise Isobutylketon, Butyl- carbitol und andere Lösungsmittel für Harze und den Härter.
Andere verwendbare, .die Viskosität steuernde Flüssigkeiten sind Rizinusöl, synthetische Epoxyestzr, wie beispielsweise Isooctylepoxystearat, und mit dem Epoxyharz reaktive Verdünnungsmittel, wie beispieIs- weise Butylglycidyläther und epoxyiertes Rizinusöl.
Die oben beschriebenen Flüssigkeiten, insbesondere solche mit niedriger Viskosität, werden zwar im allge meinen als .die Viskosität steuernde Mittel bezeichnet, doch wird angenommen, dass ihr Vorhandensein auch für andere Zwecke günstig ist. Sie sind im allgemeinen flüchtiger als andere Bestandteile des flüssigen Bindemit tels, und es wird angenommen, dass das Vorhandensein dieser flüchtigen Bestandteile sich während der Binde- mittelabtreibstufe des Verfahrens günstig auswirkt.
Es wird weiterhin angenommen, dass die Entfernung dieser flüchtigen Bestandteile einen gewissen Grad von Porosi- tät in dem Erzeugnis in den frühen Stufen der Binde mittelabtreibung hervorrufen kann, wobei die Poren Durchführungen liefern, die das spätere Entweichen der weniger flüchtigen Bindemittelbestandteile erleichtern.
Sowohl bei Überzugs- bzw. Beschichtungsverfahren als auch beim Giessen ist es im allgemeinen zweckmäs sig, eine so hohe Konzentration an festen Ferriten wie möglich zu haben. Ein niedriger Feststoffgehalt kann je doch bei dünnen Filmen oder überzügen eher tragbar sein als bei Giesslingen. Beim Giessen ist es jedoch von besonderer Bedeutung, einen so hohen Ferritfeststoff- gehalt wie möglich zu haben, um die Integrität des Giess- teils zu gewährleisten,
wenn dieser zur Entfernung der Bindemittehmaterialien wärmebehandelt wird, sowie für die letztlich-, Sinterung. Wie oben erwähnt, können je doch Feststoffgehalte angewendet werden, die niedriger als diejenigen der bekannten Zusammensetzungen sind, ohne dass störende Hohlräume gebildet würden. Da das Harz und der Härter im allgemeinen höhere Viskosität besitzen als die viskositätssteuernden Zusätze, ist es im allgemeinen erforderlich, die Menge an Harz und Härter zu beschränken, um die gewünschten niedrigen Viskosi- tätswerte zu erhalten.
Essei bemerkt, dass natürlich bei höheren Konzentrationen an Epoxyharz und Härter das Erzeugnis in grünem Zustand zäher und kohäsiver ist. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit kann jedoch, wenn ausreichende mechanische Eigenschaften bei verminder tem Epoxyharzgehalt erzielbar sind, die Menge an Epoxyh@arzen heirabgeseitzt werden, obgleich dies für die Zwecke der Steuerung der Viskosität nicht erforderlich ist.
Wie einige der Beispiele zeigen, können zufrieden- stellende Ergebnisse mit nur 1,7 % Epoxyharz + Här- ter, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, erzielt werden.
Wenn Epoxyharze auf Lösungsmittelbasis verwen det werden, so werden die flüchtigen Lösungsmittel bestandteile als Teil der viskositätssteuernden Mittel in der Zusammensetzung und nicht als Teil des Epoxy- harzes selbst betrachtet.
Unter Berücksichtigung dieses Faktors sind die in allen obigen Beispielen erläuterten Zusammensetzungen bezüglich des Prozentsatzes an Fer- riten, des Prozentsatzes an der Kombination von Harzen und Härter und des Prozentsatzes an viskositätssteuern- den Mitteln in der folgend= Tabelle zusammengestellt. Wie in den übrigen Ausführungen sind hier die Prozent sätze auf das Gewicht bezogen.
EMI0007.0052
<I>Tabelle</I>
<tb> Beispiel <SEP> /o <SEP> Ferrite <SEP> o/o <SEP> Harz <SEP> -I- <SEP> o/o <SEP> Mittel <SEP> zur
<tb> Härter <SEP> Visl@ositätseinstellung
<tb> A <SEP> 61 <SEP> 24,5 <SEP> 14,5
<tb> B <SEP> 70 <SEP> 8,5 <SEP> 21,5
<tb> C <SEP> 64 <SEP> 22,9 <SEP> 13,1
<tb> D <SEP> 59 <SEP> 30 <SEP> 11
<tb> E <SEP> 55 <SEP> 29 <SEP> 16
<tb> F <SEP> 55 <SEP> 29 <SEP> 16
<tb> G <SEP> 70,7 <SEP> 12,9 <SEP> 16,4
<tb> H <SEP> 80 <SEP> 1,7 <SEP> 18,3
<tb> J <SEP> 80 <SEP> 15 <SEP> 5
<tb> K <SEP> 69 <SEP> 17,2 <SEP> 13,8 Die Ausdrücke Bindemittel und Bindemittelfliis- sigkeit werden allgemein hier verwendet,
um alle @üic organischen flüssigen Bestandteile der verwendetün Fer- ritzusammensetzungen zu bezeichnen,, obgleich viele die ser Bestandteile im allgemeinen nicht adhäsionsfähig sind und in anderem Zusammenhang nicht notwendiger weise als Bindemittelmaterialien betrachtet werden.
Aus den obi5en Beispielen und der Beschreibung der Zusammensetzung und des Verfahrens ist ersichtlich, dass die Erfindung alle Ziele erfüllt und alle oben er wähnten Vorteile liefert.
Method for the production of ferrite bodies The present invention relates to a method for the production of ferrite bodies, in particular bodies p; sintered magnetic ferrite structures and structures for use in electrical devices.
In the usual manufacture of ferrite bodies for electromagnetic devices, ferrite is pulsed. vertically mixed with a so-called binding agent to form a mixture that can be completely dry or soaked with liquid binding agent components that the mixture has a consistency similar to cement. The mixture is then pressed into simple shapes in general and the compact he obtained is burned to remove the organic binder materials and to sinter the molded body.
These conventional ferrite manufacturing processes are generally limited to the manufacture of fairly simple bodies, and the molds must be constructed in such a way that any undercuts are avoided so that the molded parts can be easily separated and the PreGslina can be easily removed without damage can.
The arrangement of electromagnetic devices in which ferrite molded bodies are used as magnetic elements, however, entails the problem of assembling many electrical conductors with the ferrite molded body. The number of Baukombi nations is particularly large if the electromagnetic device is to be used, for example, as a magnetic memory matrix for computing systems.
The object to be solved relates in particular to a method by which ferrite bodies can easily be produced even with complicated geometric configurations and in which the problems of assembling the required conductors with the ferrite elements can easily be solved.
In previous attempts to overcome the above-mentioned difficulties, ferrite-binder compositions were generally used in which the ferrite content was very high and in the order of 98 11/0 and the binder only in one amount of about 211i11 was present. Even with such high ferrite concentrations, voids of alarming size appeared in the final sintered ferrite product.
These difficulties with very high concentrations of ferrites militated against making acceptable products from compositions with low concentrations of ferrites, and particularly from compositions that are so low that they give an initial composition that is actually a liquid.
It has now been found, and this represents a surprising result of the present invention, that ferrite bodies, which are practically free of cavities which interfere with the size, can easily be produced in complicated shapes by casting and coating processes from a low-viscosity starting composition. Although the product is porous, the individual pores are of limited size and the quality of the product is not adversely affected.
The method according to the invention for the production of ferrite bodies is characterized in that a liquid composition is first prepared by mixing the proportions, which is 50% 11 to 80% finely divided ferrite powder, 1.7% to 30% a binder made from the combination of an epoxy resin with a hardener and contains a proportion of a compatible organic liquid to adjust the viscosity,
so that it has a viscosity of 20,000 to 80,000 eP at 25 C, that the liquid composition is shaped by pouring it into a mold or by coating a carrier, that the composition is brought into a firmer consistency by curing the epoxy resin, that the raw body gradually over a tempera ture. -r 600 C is heated, which is sufficient to remove the binder, and that finally the blank is sintered at a temperature of up to 1400 C.
Further details of the present invention are apparent from the following description.
In carrying out the method, a ferrite and binder composition is used which includes an epoxy resin and a suitable hardener in a total weight of at least 1.7% of the composition. The hardener is preferably of a type which is known to provide a flexible product.
The remainder of the composition preferably contains a compatible, low viscosity organic liquid that is present in sufficient amount to provide the desired liquid viscosity in the final ferrite-binder mixture.
The above composition can be mechanically mixed together in such proportions that the powdered ferrite preferably makes up up to 80% by weight of the total mixture and the liquid mixture makes up one Viscosity from 20,000 to 80,000 cP has.
The zi. Composition is then formed by placing the liquid on a carrier or in a mold, for example by pouring the liquid into a cavity, spraying or brushing the liquid from a carrier surface or by dipping it a carrier into the liquid mixture. The composition can then be hardened at relatively low temperatures so that it becomes a solid body. The body can then be subjected to a wider shaping by cutting, machining or bending or shaping.
The bodies can then be brought to a temperature of the order of magnitude of 900 C at a limited speed in order to remove the binder components by charring. If necessary, .the body -.- on the wearer by burning the wearer during <I> this; r </I> stage can be separated, or the body can be separated from the carrier beforehand by mechanical methods.
The body obtained is then heated to ferrite winter temperature in order to create a mechanical bond between the ferrite particles by sintering and to give the end product the desired mechanical and magnetic properties.
If percentages or quantities of the material components are mentioned here, these relate to the weight and not to the volume.
Various commercially available ferrite powder compositions can be used in carrying out the process, depending on the desired magnetic properties of the end product.
However, for best results in terms of strength and flexibility of the green body and in terms of final sintering properties, it is preferred that the particle size of the ferrite do not exceed about 2 microns.
In each of the following examples, the ferrite powder particles generally have a size distribution of about iAo 1/1 micron to 1 '-, it micron, where such; Particle size distribution is such that about 50% of the particles are within the limited size range of up to 1 micron.
Different ferrites are given in the various examples. All these ferrite powders can, however, be produced by the same process, which can be described as follows: Suitable amounts of the oxides of the metals that are to be present in the final ferrite composition are about 4 hours together with 2000 cm- 'methyl alcohol per kg of metal oxide mixed in a ball mill.
After grinding in the ball mill, the mixture is dried under a heating lamp and then calcined on the lift at 850 ° C. for 1 hour. The calcined powder is then treated again in a ball mill in order to comminute large sintered particles formed in the previous stage and, in general, to reduce the particle size.
Another 1600 cm- 'methyl alcohol per kg of the original oxides are then added to the calcined powder and the mixture is ball milled for about 48 hours. The mixture is then sifted through a fine sieve and dried under a heat lamp. The powder is then ready to be mixed with the binding materials as described in the various examples.
The epoxy resins preferred for carrying out the process belong to the class of condensation products of epichlorohydrin and bisphenol A, but other epoxy resins can also be used.
Suitable epoxy resins are commercially available in a number of forms, including solid resins, liquid resins, and resins diluted (commonly referred to as solvent-based resins) for ease of handling with common volatile solvents such as methyl ethyl ketone and amyl acetate.
An example of a solvent-based epoxy resin which has been found to be quite satisfactory and which forms the epoxy component in Examples A-H,
is available under the trade name ISOCHEMCLAD 175-Part B. This epoxy resin contains about 30% volatile solvents and 70% resin (depending on the vis-
viscosity of the resin), so that the viscosity of the mixture is about 250 cP at 25 C.
In practicing the method, preference is given to a hardener that is of a type known to provide a flexible product, such as a resin modified aromatic amine. A very suitable hardener in this class is available under the trade name ISOCHEMCLAD 175-Part A. This hardener is given in each of the following Examples A-H.
Turpentine oil has been found to be an excellent means of controlling viscosity in the ferrite and binder compositions, and turpentine oil is found in a number of the examples as a component for this purpose. A commercially available wetting agent can be added to the turpentine oil in a proportion of 1%. The wetting agent is useful but not essential.
The following examples illustrate the method and compositions of the present invention without limiting the invention.
<I> Example A </I> A ferrite arrangement consisting of crossing tubes is made by mixing the following materials:
EMI0002.0145
30 <SEP> parts <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, o $ <SEP> Mnl, e5 <SEP> Cro, oo <SEP> Nio, o3 <SEP> <B> 0,1) </B>
<tb> 5 <SEP> parts <SEP> turpentine oil
<tb> 7 <SEP> parts <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B, <SEP> epoxy resin <SEP> (consists
<tb> from <SEP> about <SEP> 5 <SEP> parts <SEP> resin <SEP> and <SEP> 2 <SEP> parts <SEP> volatile <SEP> solvent)
<tb> 7 <SEP> parts <SEP> Isochemclad <SEP> 175-A,
<SEP> hardener <SEP> for <SEP> the <SEP> epoxy resin. These materials are first mixed in a Spex mixer in a steel container with a steel ball for 15 minutes and then further mixed in a 3-roller paint mixer for 5 minutes. The shelf life of this composition and that of the compositions of the later examples is on the order of 6 hours at 25 C or 1 week at -10 C. A rayon fiber backing is finished by covering it with a low molecular weight polyethylene wax.
In the application process of the polyethylene wax, the rayon carrier is passed through a wire drawing die to control the thickness of the polyethylene coating and then with the composition of ferrite and binder mixture, as described above, by passing the carrier from bottom to top through a container containing this liquid ferrite composition.
The coated carrier is then wrapped in equally spaced turns on a flat frame of 4 metal rods and the frame is rotated 90 and further spaced turns are wound on the frame to form an array of crisscrossing over drawn filaments . The coatings of the intersecting fiber carriers flow together at the intersections so that a mechanical connection is obtained.
The frame is then placed under an infrared lamp for 15 minutes, which causes the epoxy binder within the composition to harden to form a tough solid structure. The crossed coated fiber array is then separated from the frame and placed in an oven, in which it is gradually brought to a temperature of 950 C over 1? 3 hours in order to remove all of the organic components, including the rayon support Polyethylene wax and all binding agent components,
to char and remove. The body is then fired for 1.5 hours at 1400 C in order to sinter the ferrite particles together and to achieve the desired mechanical properties. The body is then removed from the oven and quenched in air at room temperature.
The ferrite assembly formed, consisting of crossed tubes, is then wired to electrical conductors through the central openings that were previously occupied by the rayon yarn and the polyethylene wax, to provide an electro-magnetic device with a coordinated magnetic connection for each of the original to form borrowed compounds of the coated rayon yarn.
<I> Example B </I> A ferrite casting compound that can be processed in the unsintered state can be produced using the following recipe:
EMI0003.0043
701 / o <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel_ssMnl "5Cro," Ni0,030 ,,)
<tb> 5% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B <SEP> (3.5 <SEP>% <SEP> epoxy resin <SEP> and
<tb> 1.5% <SEP> volatile <SEP> solvents)
<tb> 5% <SEP> Isochemclad <SEP> <B> 175 </B> <SEP> A,
<SEP> hardener <SEP> for <SEP> the <SEP> epoxy resin
<tb> 20% <SEP> oil of turpentine The above ingredients are mixed in a Spex mixer mill for 15 minutes as in Example A and then a vacuum of approximately 28 mm Hg in a desiccato, r auisgeasetat to remove any air trapped during mixing of the composition to remove.
The mixture is then poured into an approximately 20 cm long polyvinyl tube with a diameter of approximately 8 mm and initially allowed to cure in air at room temperature for approximately 16 hours. The sample is then further cured in an oven at 120 C for 1 hour. It is found that the sample has shrunk somewhat in size, both in length and in diameter, so that it can easily be removed from the polyvinyl form. At this point the sample is quite flexible and tough and has almost the consistency of soft rubber, but it is not really elastic.
The sample is then placed in a tube made of aluminum oxide (A1.0,) in order to keep it in its shape during the further heat treatment, and then cured in a vacuum of 28 mm Hg at 150 C for a further 2 hours. After that, the epoxy resin component is obviously completely hardened, so that the sample is very hard and tough. At this point, most of the turpentine oil is removed.
A section of the test rod is then placed on a lathe and the outer surface is machined to an outer diameter of about 4 mm. Then a central hole with a diameter of about 2 mm is drilled, and the test specimen is then cut to a total length of about 25 mm. Various holes are then drilled into the side wall, their diameters from 0.3 mm to 2.2 mm vary. These processes show that the test specimen has an unusually high green strength, which enables the manufacture of semi-finished products with complicated ferrite structures by cutting and processing.
The test specimen is then fired at a temperature increase of about 100 ° C. per hour from room temperature to a temperature of 500 ° C. in a vacuum of 28 mm Hg in order to remove the organic binder materials. Maintaining the body under vacuum during this first stage of heating to remove the binder promotes the removal of the more volatile binder components and helps prevent such volatile materials from igniting. The vacuum is then released and the temperature increase is continued at the same rate up to 900 ° C.
The temperature is held at 900 ° C. for 1 hour and the oven is then switched off and allowed to cool before removing the test specimen. At this point in time, all the binder components have been removed from the test specimen without any cracking or other damage having occurred.
The specimen is slowly placed in a 900 C hot oven, and the temperature of the oven is then increased to 1300 C and held at this value for about 16 hours, after which the temperature is reduced to 1050 C and the sample is removed from the oven and opened a metal plate is quenched in the air. The sample is then in excellent condition with no visible cracks or bubbles.
This example shows how the method described ren for the production of ferrite bodies for electromagnetic tables arrangements with complicated shapes and with precise dimensions, as determined by the machining operations carried out in between, can be applied.
<I> Example C </I> The following ingredients are mixed for 15 minutes in the Spex mixer mill:
EMI0003.0076
64 <SEP>% <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, 68Mn1,25Cro, oeNio.oa04)
EMI0004.0001
13.5 <SEP> 04 <SEP> <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B, <SEP> epoxy resin <SEP> based on <SEP> solvents <SEP> (9.4 <SEP>% <SEP> Resin <SEP> and <SEP> 4.1 <SEP>%
<tb> volatile <SEP> solvents)
<tb> l3,5 <SEP>% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A, <SEP> hardener
<tb> 4,511 / o <SEP> methyl isobutyl ketone
<tb> 4,50110 <SEP> oil of turpentine The composition is then brought under reduced atmospheric pressure of about 28 mm Hg,
: .m to remove trapped air bubbles. The mixture is poured into a polytetrafluoroethylene tube with an inner diameter of about 6 mm and cured for about 16 hours at room temperature. The obtained casting is then removed by sliding it out of the pipe. The cast rod can be bent at 90 degrees without breaking.
Another part of the sample is applied to a glass plate with a film about 0.6 mm thick. After the film has cured for about 16 hours at room temperature, it can be easily peeled off the glass plate without damaging it.
Both samples are heated in an oven, the temperature of which is at a rate of about 100 C; Hour to 950 C and then further to 1400 C it is increased and held at the latter temperature for 1/2 hour. Sintered ferrite bodies are obtained in this way.
The same composition can be used to cast films and sheets with a thickness in the range of about 0.07 to 1.5 mm. After curing at room temperature for about 16 hours, these films can easily be cut with a sharp knife without cracking or breakage and punched with conventional punching machines. The material is so tough that with a film thickness of about 0.25 mm two holes with a diameter of about 1.6 mm can be punched very close together in the film, with a film wall thickness of only 0.08 mm between the two Holes remains.
<I> Example D </I> The following ingredients are mixed in a Spex ™ mixer for approximately 15 minutes.
EMI0004.0028
59 <SEP> 0; <SEP> o <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, 08Mnl, 25Cr0,00Ni0, o30 ..)
<tb> 17.5 <SEP> 0; \ 0 <SEP> <@Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B <SEP> (contains <SEP> 12.5 <SEP>% <SEP> epoxy resin <SEP> and <SEP> 5.3 <SEP>% <SEP> volatile <SEP> solvents)
<tb> 17.5 <SEP> 0/0 <SEP> <:
Isochemclad <SEP> 175 <SEP> <B> A -,>, </B> <SEP> hardener
<tb> 6 <SEP> 01o <SEP> methyl isobutyl ketone The mixture is then subjected to a vacuum of about 28 mm HG in order to remove trapped air introduced during mixing. The mixture is then poured onto a plate and allowed to cure at room temperature for about 16 hours, after which it has excellent mechanical properties that allow the material to be cut and other operations such as those mentioned in Example C. to perform.
The hardened body has excellent cohesive and mechanical properties and can withstand bending and bending up to 180 degrees with no signs of breakage.
The test specimen is then subjected to a heating cycle to burn off the binder, during which the temperature is increased at a rate of about 100 ° C. per hour up to about 950 ° C. Then the temperature is increased further to the sintering temperature of about 1400 C and held at this value for about one hour. The product obtained is a ferrite body with excellent magnetic properties.
<I> Example E </I> A composition is prepared as follows:
EMI0004.0042
55% <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel,; Mn0, sMg0,70.1)
<tb> 17% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B, <SEP> epoxy resin <SEP> (contains
<tb> 12 <SEP>% <SEP> resin <SEP> and <SEP> 5 <SEP>% <SEP> volatile <SEP> components)
<tb> 17 <SEP>% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A,
<SEP> hardener
<tb> 1101o <SEP> turpentine oil These ingredients are mixed for 15 minutes in the Spex mixer mill and then subjected to a reduced pressure of about 28 mm HG to remove excess air bubbles. The liquid ferrite composition is then used to coat a rayon thread that has been trimmed with low molecular weight polyethylene wax as in Example A.
The coating is applied by rapidly passing the rayon thread from bottom to top through a liquid ferrite composition. The ferrite coated rayon thread is then arranged on a frame to form a crossed filament grid, and the filaments are cured in that position by allowing them to cure in air for about 16 hours. After this hardening, they are firmly bound to each other at their crossing points. The product obtained is quite tough and is able to withstand the rough treatment that can occur in a production process.
The cured product is cut from the frame and passed through a rapid cycle of binder removal by increasing the temperature at a rate of about 300 C per hour to about 850 C and then firing the sample at 1170 C for 16 hours. The product obtained is an arrangement of crossed tubes, since the polyethylene-reinforced rayon fibers from the product are burned out during the heating cycle to 850 C to remove the binder. Electrical conductors are then inserted into the hollow tubes of the arrangement of crossed tubes.
The magnetic properties of the arrangement have proven <I> very </I> to be satisfactory.
<I> Example F </I> The procedure of Example E is repeated, where a ferrite powder with a different composition (Fe1.0sMn0.3sCr0, 10Zno, s5Ca0.0204) is used. The results are practically the same, although the other Ferrtt has slightly different, re mra, gn @@ table @ properties. The behavior of the binder composition and the quality of the final product obtained are practically the same from a mechanical point of view.
<I> Example G </I> A ferrite composition is mixed using the following ingredients:
EMI0004.0072
70.7% <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, 83Mn1,08Cu0.os0a)
<tb> 7.6% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B, <SEP> epoxy resin <SEP> (contains
<tb> 5.3% <SEP> resin <SEP> and <SEP> 2.3% <SEP> volatile <SEP> solvents)
<tb> 7.6 <SEP> 0/0 <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A, <SEP> hardener
<tb> 14.1% <SEP> oil of turpentine The above ingredients are mixed in a Spex mixer for about 15 minutes and then subjected to reduced pressure of about 28 mm Hg.
The composition is then used to coat a fine platinum wire after the wire has been trimmed with a low molecular weight polyethylene wax corresponding to the wax used in Example A. The wire coated with wax is passed from bottom to top through a container filled with the above composition. The platinum wire coated with the ferrite composition is then wound onto a frame as in Example A to form a crossed grid arrangement and cured for 16 hours at room temperature.
The arrangement obtained is then cut from the frame and proves to be quite tough and firmly connected at the intersections of the grid. The samples are then fired in a vacuum at a temperature increase of 100 C per hour up to 500 C. Then the vacuum is released and the heating in air with a higher rate of temperature increase of about 100 ° C. per hour up to 900 ° C. is continued. The samples are then fired at 1200 C for 1 hour in order to sinter the ferrite.
The arrangements obtained, consisting of crossed tubes, are quite satisfactory and contain the platinum wires as electrical conductors without it being necessary to introduce separate conductors into the tubes.
<I> Example H </I> This example illustrates a successfully usable ferrite-binder composition with a low epoxy resin content, but which is on the limit. The following ingredients are mixed in a Spex mixer mill for 15 minutes:
EMI0005.0020
801 / o <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, 83Mnl, o8Cuo.os04)
<tb> 1% <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> B, <SEP> epoxy resin <SEP> (consists
<tb> made of <SEP> 0.7 <SEP>% <SEP> resin <SEP> and <SEP> 0.3 <SEP>% <SEP> volatile <SEP> solvents)
<tb> 10/0 <SEP> Isochemclad <SEP> 175 <SEP> A, <SEP> hardener <SEP> for <SEP> epoxy resin
<tb> <B> 181 / o </B> <SEP> Oil of turpentine After mixing, the composition is subjected to reduced pressure of 28 mm Hg for 15 minutes to remove trapped air. The composition is then poured into a polytetrafluoroethylene tube with an inner diameter of about 11 mm and cured for 16 hours at room temperature. Further hardening takes place for 3 hours at 120 C.
The resulting (green) fully sintered casting can easily be removed from the mold without damage, but it does not have enough tensile strength and shear strength to allow bending or actual cutting or machining. However, the strength of the body is sufficient to show that this composition can be used to cast a body of complex shape which, after hardening, can be successfully removed from the mold and then sintered to form a satisfactory ferrite body.
Because of the limited green strength properties, this example shows approximately the lower limit of the epoxy resin content that is still useful for carrying out the method described. <I> Example J </I> This example shows how to perform the process with resin and curing agent ingredients different from those used in the examples above.
The following materials are mixed in the Spex Mixer Mill for 15 minutes:
EMI0005.0035
801 / o <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, EsMn1,25Cro, osNio, o304)
<tb> 14% <SEP> liquid <SEP> epoxy resin <SEP> (as described in <SEP> in <SEP> the following <SEP>)
<tb> 1% <SEP> triethylenetetramine <SEP> (hardener)
<tb> 5% <SEP> turpentine oil The liquid epoxy resin used in this example is a condensation product of bisphenol A and epichlorohydrin, which has an epoxy equivalent of <B> 175 </B> to 210,
has an average molecular weight of 350 to 400 and a viscosity at 25 C of 4,000 to 10,000 cP. The epoxy resin is available under the trade name Epon and the product no. 820 available.
After mixing, the composition is poured into a polytetrafluoroethylene tube with an inner diameter of about 6 mm and cured for about 16 hours at room temperature. The casting is then removed from the pipe by pushing it out with a rod. The casting is then cut into slices of about 3 mm. These re-sintered discs are tough and flexible, and the cut surfaces are free of cracks and splintered edges. The samples are then placed in an oven and their temperature is increased to 950 ° C at a rate of about 100 ° C per hour to remove the binding materials.
The temperature is then increased to the sintering temperature of 1400 C and held at this value for 1 / -> hour in order to sinter the ferrites. The samples are then rapidly air quenched on a thermally conductive metal plate. The results are quite satisfactory because the samples have good density and the desired magnetic properties.
<I> Example K </I> The following composition is mixed for 15 minutes in a Spex mixer mill:
EMI0005.0058
69 <SEP>% <SEP> ferrite powder <SEP> (Fel, 88Mnl, 25Cr0.00Ni0.0304)
<tb> 15.8 <SEP>% <SEP> epoxy resin <SEP> (as described in <SEP> in <SEP> following <SEP>)
<tb> 1.4% <SEP> triethylenetetramine
<tb> 13.8% <SEP> agent <SEP> for viscosity control The liquid epoxy resin used in this example is a condensation product of bisphenol A and epichlorohydrin, which has an epoxy equivalent of 175 to 210,
has an average molecular weight of 350 to 400 and a viscosity at <B> 25 '</B> C of 5000 to 15,000 eP. This epoxy resin is available under the trade name Epon and the product iNTr. 828 available. Acetylated, expoxidized castor oil as an agent for adjusting viscosity.
After mixing, the composition is subjected to a vacuum treatment to remove air bubbles, and then poured as a liquid into a polytetrafluoroethylene tube with a diameter of about 6 mm. Then it is cured in air for about 16 hours at room temperature, after which it is a chewing-like solid substance that can be removed from the polytetrafluoroethylene tube without difficulty.
The sample is then placed in an oven and its temperature is increased at a rate of 100 ° C for 2 hours to 950 ° C to remove the binder constituents. The temperature is then increased more rapidly to 1400 ° C. and maintained at this value ½ hour in order to sinter the ferrites. The samples are then quenched in air on a metal plate.
The ferrite body obtained is free from mechanical defects and has the expected magnetic properties.
If flexibility properties and rubber-like properties are required in the green (unsintered) ferrite semi-finished product, in the process described the hardening of the body is generally only carried out at relatively low hardening temperatures, for example at room temperature for 16 hours. This hardening stage is explained in most of the games.
However, if greater rigidity is required for purposes such as cutting and machining, as shown for example in Example B, a more intensive hardening level is additionally used. For example, the body can be heated to 120 C for 1 hour for this purpose.
If the greater rigidity is not required for a mechanical shaping carried out in between, the body can also immediately be subjected to the heating cycle to drive off the binder, which generally increased a gradual temperature up to about 900 <B> '</ B> C includes.
One of the most important advantages of the flexibility of the green (unsintered) ferrite semi-finished product obtained in the meantime when carrying out the process is the following: After an initial production of the green meat-blue. relatively solid product, it can be bent or deformed into any other shape desired as the final ferrite body shape. The body is held in this curved shape during the binder stripping and sintering stages of the process.
In this way it is possible to produce unusual and complex sintered ferrite bodies in a very simple manner. For example, cast and then cured, thin, rubber-like green ferrite sheets can be rolled up to form a body with a cross-section of a spiral, or such sheets can be folded up or otherwise curved, which enables many final ferrite bodies to be produced. Tests for this were carried out by folding a film twice, such as that explained in Example C.
The foil did not break or tear at the bend during the heating cycles, and the resulting ferrite body precisely retained its folded configuration.
As shown in the examples, the ferrite-binder composites of the present invention can be coated or painted onto thread-like bodies or flat or irregular surfaces, or the composition can be poured onto a surface or into a mold. As explained in the examples, in some cases, for example when coating a platinum wire, at least part of the carrier can remain in the ferrite body.
In other cases, the body can be separated from the carrier mechanically or by incinerating the carrier.
One of the most important advantages of the present invention is the unexpectedly high quality of the ferrite end product, taking into account the relatively low viscosity of the original composition and a relatively low ferrite solids content of the original. Composition compared to the previously common methods. It would have been expected that with this low starting solids level, significant porosity would be obtained in the final product.
However, it was found that the pores within the body are so small and so evenly distributed that this porosity does not affect the end product.
Another advantage of the invention is the consistently high quality of the sintered ferrite end products, although difficulties would be expected resulting from the conditions, such as extreme changes in the wall thickness within the product. It should be noted that actual sintering of the ferrites only occurs at temperatures of 700 ° C. and above, while the binder materials char below 600 ° C.
It is believed that the superior results may be due to the fact that the cured epoxy constituents of the binder are not definitively charred and removed before a substantial increase in temperature has occurred and initial ferrite sintering or bonding has begun. In this way the integrity of the body is maintained by the hardened epoxy component of the binding agent until the beginning of the binding of ferrite to ferrite has occurred.
The preferred proportions of the various constituents of the liquid ferrite compositions used are: a ferrite powder content within the range of 50 to 80%;
a content of binder (epoxy resin and hardener) of at least 1.7%, but not more than 30%,
and an addition of the viscosity-regulating liquid agents to achieve the desired viscosity. The liquid constituents of the composition have such a viscosity that a viscosity of the composition of 20,000 to 80,000 cP at 25 C is obtained.
This viscosity range has proven to be favorable for coating fibers by passing such fibers vertically from bottom to top through a container with the liquid ferrite and binder composition or for dip-coating open-meshed carrier arrangements.
(Castings that can still be used were produced with mixtures with viscosities in the order of magnitude of 100,000 cP.) The viscosity-controlling additives or agents are generally liquids of low viscosity which reduce the viscosity of the mixture. Usable viscosity regulating additives include turpentine oil, compatible solvents such as isobutyl ketone, butyl carbitol and other solvents for resins and the hardener.
Other fluids that can be used to control the viscosity are castor oil, synthetic epoxy esters, such as, for example, isooctyl epoxystearate, and diluents which are reactive with the epoxy resin, such as, for example, butyl glycidyl ether and epoxy-coated castor oil.
Although the liquids described above, particularly those with low viscosity, are generally referred to as viscosity control agents, it is believed that their presence is also beneficial for other purposes. They are generally more volatile than other components of the liquid binder, and it is believed that the presence of these volatile components is beneficial during the binder stripping step of the process.
It is further believed that the removal of these volatiles may induce some degree of porosity in the product in the early stages of binder ablation, with the pores providing passageways that facilitate the later escape of the less volatile binder components.
It is generally expedient to have as high a concentration of solid ferrites as possible, both in coating processes and in casting. However, a low solids content may be more acceptable with thin films or coatings than with castings. When casting, however, it is particularly important to have as high a ferrite solids content as possible in order to ensure the integrity of the casting,
if this is heat treated to remove the binder materials, as well as for the eventual sintering. As mentioned above, however, solids contents can be used which are lower than those of the known compositions without disturbing voids being formed. Since the resin and hardener generally have a higher viscosity than the viscosity-controlling additives, it is generally necessary to limit the amount of resin and hardener in order to obtain the desired low viscosity values.
It should be noted that, of course, at higher concentrations of epoxy and hardener, the green product will be tougher and more cohesive. For reasons of economy, however, if sufficient mechanical properties can be achieved with reduced epoxy resin content, the amount of epoxy resins can be reduced, although this is not necessary for the purpose of controlling the viscosity.
As some of the examples show, satisfactory results can be achieved with only 1.7% epoxy resin + hardener, based on the total composition.
When solvent based epoxy resins are used, the volatile solvent components are considered part of the viscosity control agents in the composition and not part of the epoxy resin itself.
Taking this factor into account, the compositions explained in all of the above examples with regard to the percentage of ferrites, the percentage of the combination of resins and hardeners and the percentage of viscosity-controlling agents are compiled in the table below. As in the other remarks, the percentages here are based on weight.
EMI0007.0052
<I> table </I>
<tb> Example <SEP> / o <SEP> Ferrite <SEP> o / o <SEP> Resin <SEP> -I- <SEP> o / o <SEP> Medium <SEP> for
<tb> hardener <SEP> viscosity setting
<tb> A <SEP> 61 <SEP> 24.5 <SEP> 14.5
<tb> B <SEP> 70 <SEP> 8.5 <SEP> 21.5
<tb> C <SEP> 64 <SEP> 22.9 <SEP> 13.1
<tb> D <SEP> 59 <SEP> 30 <SEP> 11
<tb> E <SEP> 55 <SEP> 29 <SEP> 16
<tb> F <SEP> 55 <SEP> 29 <SEP> 16
<tb> G <SEP> 70.7 <SEP> 12.9 <SEP> 16.4
<tb> H <SEP> 80 <SEP> 1.7 <SEP> 18.3
<tb> J <SEP> 80 <SEP> 15 <SEP> 5
<tb> K <SEP> 69 <SEP> 17.2 <SEP> 13.8 The terms binder and binder liquid are generally used here,
to denote all of the organic liquid constituents of the ferrite compositions used, although many of these constituents are generally non-adhesive and are not necessarily considered binder materials in other contexts.
From the above examples and the description of the composition and the method it can be seen that the invention meets all of the objects and provides all of the advantages mentioned above.