DE1198270B - Process for the production of ferromagnetic ferrite cores with a largely rectangular hysteresis loop and very short switching time - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

C04bC04b

Deutsche Kl.: 80 b - 8/09 German class: 80 b - 8/09

Nummer: 1198 270Number: 1198 270

Aktenzeichen: L 24751VT b/80 bFile number: L 24751VT b / 80 b

Anmeldetag: 28. April 1956Filing date: April 28, 1956

Auslegetag: 5. August 1965Opening day: August 5, 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Ferritkernen mit weitgehend rechteckförmiger Hysteresisschleife und sehr geringer Schaltzeit, bei dem eine homogene Mischung von feingemahlenem Ferrioxydpulver und den ebenfalls feingemahlenen Pulvern von mindestens zwei weiteren Oxyden zweiwertiger Metalle aus der Gruppe Mn, Co, Zn und Cd zusammengepreßt und die komprimierte Mischung einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1300°C unterworfen wird, an die sich eine langsame Abkühlung in inerter Atmosphäre anschließt.The invention relates to a method of manufacture of ferromagnetic ferrite cores with a largely rectangular hysteresis loop and very little Switching time in which a homogeneous mixture of finely ground ferric oxide powder and the too finely ground powders of at least two other oxides of divalent metals from the group Mn, Co, Zn and Cd pressed together and the compressed mixture subjected to heat treatment at one temperature between 1200 and 1300 ° C is subjected to slow cooling in inert Atmosphere.

Es sind bereits Ferrite mit weitgehend rechteckförmiger Hysteresisschleife bekannt, bei denen ebenfalls von Eisenoxyd, Manganoxyd und Kobaltoxyd ausgegangen wurde. Diese Ferrite haben jedoch einen höheren Gehalt an Manganoxyd als die Ferrite, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden, und ihre Koerzitivkraft ist auch wesentlich geringer als bei den Ferriten nach dem Verfahren gemäß der Erfindung.Ferrites with a largely rectangular hysteresis loop are already known, in which also iron oxide, manganese oxide and cobalt oxide were assumed. However, these ferrites have one higher content of manganese oxide than the ferrites obtained by the process according to the invention and their coercive force is also much lower than that of the ferrites after the process according to the invention.

Es wurde jedoch erkannt, daß durch Erhöhung der Koerzitivkraft bei Rechteckferriten wesentlich kürzere Schaltzeiten erhalten werden können. Die Schaltzeiten bei den bekannten Ferriten sind größer als 1 Mikro-Sekunde, während die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Ferrite Schaltzeiten haben, die kleiner sind als 0,7 Mikrosekunden.However, it has been recognized that by increasing the coercive force in rectangular ferrite significantly shorter Switching times can be obtained. The switching times with the known ferrites are greater than 1 microsecond, while the ferrites produced by the method according to the invention have switching times, that are less than 0.7 microseconds.

Es sind weiter Ferrite bekannt, die aus Eisenoxyd, Manganoxyd, Zinkoxyd und Kobaltoxyd hergestellt wurden, jedoch handelt es sich hierbei um weichmagnetische Ferrite. There are also known ferrites made from iron oxide, manganese oxide, zinc oxide and cobalt oxide were, however, these are magnetically soft ferrites.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird hingegen von einem Oxydgemisch ausgegangen, das einen Härter enthält. Unter einem Härter wird jedes Oxyd eines zweiwertigen Metalls verstanden, das mit dem Oxyd eines dreiwertigen Metalls insbesondere mit Eisenoxyd ein Ferrit bildet, dessen Magnetostriktionskoeffizient einen verhältnismäßig hohen, aber negativen Wert hat und das gegebenenfalls die Antisotropiekonstante des verhältnismäßig weichen Ferrites, in dem es gelöst ist, beträchtlich verändert.In the method according to the invention, however, is based on an oxide mixture, the one Contains hardener. A hardener is understood to mean any oxide of a divalent metal that has the oxide of a trivalent metal, especially with iron oxide, forms a ferrite whose magnetostriction coefficient has a relatively high but negative value, and possibly the antisotropy constant of the relatively soft ferrite in which it is dissolved, changed considerably.

Vor der Beschreibung der vorliegenden Erfindung sollen zunächst einige Größen bezüglich der Hysteresisschleife und andere magnetische Größen, die in der Folge Verwendung finden, definiert werden.Before describing the present invention, a few variables relating to the hysteresis loop should first be considered and other magnetic quantities that are used in the following are defined.

Eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife, die für eine Feldstärke gezeichnet ist, welche die Sättigung praktisch erreicht, ist durch die folgenden Werte gekennzeichnet:A substantially rectangular hysteresis loop drawn for a field strength which is the Saturation practically reached is characterized by the following values:

Bs = Magnetische Sättigungsinduktion in Gauß. Bs = Magnetic saturation induction in Gauss.

Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Ferritkernen mit weitgehend rechteckiger
Hysteresisschleife und sehr geringer SchaltzeitProcess for the production of ferromagnetic ferrite cores with largely rectangular
Hysteresis loop and very short switching time

Anmelder:Applicant:

Lignes Telegraphiques & Telephoniques, ParisLignes Telegraphiques & Telephoniques, Paris

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,

Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Andre Pierrot,Andre Pierrot,

Yves Charles Eugene Lescroel,Yves Charles Eugene Lescroel,

Bogdan Grabowski,Bogdan Grabowski,

Conflans Ste-Honorine, Seine-et-OiseConflans Ste-Honorine, Seine-et-Oise

(Frankreich)(France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 3. Mai 1955 (690 886)France of May 3, 1955 (690 886)

Br = Remanenz, entsprechend der Sättigungsschleife, in Gauß. Br = remanence, corresponding to the saturation loop, in Gauss.

H₀ = Koerzitivkraft, entsprechend der Sättigungsschleife, in Oersted. H ₀ = coercive force, corresponding to the saturation loop, in Oersted.

β = -^- — Verhältnis der Remanenz zur Sättigung. β = - ^ - - ratio of remanence to saturation.

-DS-DS

Ferner entsprechen einem Arbeitszyklus, der von einem maximalen Magnetisierungsfeld H_m bis zur Feldstärke (—H_m) verläuft, die folgenden Werte:Furthermore, the following values correspond to a duty cycle that runs from a maximum magnetization field H _m to the field strength (- H _m ):

B_m = Der Feldstärke H_m entsprechende Induktion, in Gauß. B _m = induction corresponding to the field strength H _{m, in Gauss.}

Brm = Remanenz in Gauß.
Hem = Koerzitivkraft in Oersted. Brm = remanence in Gauss.
Hem = coercive force in Oersted.

ß_m = ^L ₌ Formfaktor. ß _m = ^ L ₌ form factor.

Bam = Endwert der Induktion, wenn die Magnetisierungsfeldstärke von einem Maximalwert Hm zwischen H_cm und 2 H_em Bam = final value of the induction when the magnetization field strength has increased from a maximum value Hm between H _cm and 2 H _em

auf den Wert [— —-) geändert wird. Rm =-jr^ = Rechteckverhältnis.is changed to the value [- - -) . Rm = -jr ^ = square ratio.

509629/415509629/415

3 43 4

Man kann außerdem in gewissen Fällen die Steigung Die rechteckförmige Hysteresisschleife wird dadurchIn certain cases, you can also use the gradient. The rectangular hysteresis loop becomes

der im wesentlichen senkrechten und waagerechten erreicht, daß man von Ferritwerkstoffen mit negativemthe essentially vertical and horizontal achieved that one of ferrite materials with negative

Seiten der Hysteresisschleife berechnen. Magnetostriktionskoeffizienten ausgeht und in diesenCalculate sides of the hysteresis loop. Magnetostriction coefficient assumes and in these

Die Größen: Werkstoffen durch eine Wärmebehandlung, die eineThe sizes: materials through a heat treatment, the one

5 erhebliche lineare Schrumpfung von mindestens 8 bis5 significant linear shrinkage of at least 8 to

ρ _ ( AB \ zu 30% ergibt, mechanische Spannungen erzeugt.ρ _ (AB \ results in 30%, mechanical stresses generated.

\ΔΗ jn Hierin liegt eines der Hauptmerkmale des erfindungs- \ ΔΗ jn This is one of the main features of the invention

_un(j gemäßen Verfahrens. _{un (} j according to the procedure.

ι λώ\ Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung ι λώ \ The method according to the invention for production

P_v = ll , ίο von ferromagnetischen Ferritkernen mit weitgehend P _v = ll, ίο of ferromagnetic ferrite cores with largely

\ΔΗ j _υ rechteckförmiger Hysteresisschleife und sehr geringer \ ΔΗ j _υ rectangular hysteresis loop and very low

Schaltzeit ist dadurch gekennzeichnet, daß von einerSwitching time is characterized by the fact that one

worin Δ B und Δ H kleine Änderungen der Induktion Mischung ausgegangen wird, in derwhere Δ B and Δ H are assumed to be small changes in the induction mixture in the

und der Magnetisierungsfeldstärke in der Umgebung _{50 bis % M}olprozent Fe₂O₃,and the magnetization field strength in the area _{50 to% M} olprozent Fe ₂ O _3,

eines gegebenen Punktes darstellen, sind in der Nahe 15 17 bis 45 Molprozent MnO (oder eine bezüglich des des Schnittpunktes der Hysteresisschleife mit den Mangangehaltes äquiva-represent a given point, 15 is approximately 17 to 45 mole percent MnO (or one relative to the of the intersection of the hysteresis loop with the manganese content equiva-

Koordinatenachsen definiert, wobei P% einer ver- lente Menge eines anCoordinate axes defined, where P% is a relative amount of an

schwindenden Feldstärke und P_v verschwindender deren Manganoxydes),decreasing field strength and P _v decreasing their manganese oxide),

Induktion entspricht. 1 bis 6 Molprozent CoO undInduction corresponds. 1 to 6 mole percent CoO and

Be₁ einer idealen Rechteckschleife wurde der ao ₀ bis 25 Molprozent ZnO und/oder CdO
Wert Pn gegen ems und derjenige von P_v gegen Unendlich streben. Der Formfaktor ß_m und das Recht- enthalten sind, wobei die Summe der MnO- und eckverhältnis R_n, würden den Wert eins annehmen. CoO-Anteile einem Anteil von 22 bis 47 MolprozentBe _{1 of} an ideal rectangular loop the ao would be ₀ to 25 mole percent ZnO and / or CdO
The value Pn tends towards ems and that of P _v towards infinity. The form factor ß _m and the right - are included, where the sum of the MnO and corner ratio R _n , would assume the value one. CoO proportions in a proportion of 22 to 47 mol percent

Die magnetische Permeabilität μ ist als Anfangs- an der Gesamtmischung entsprechen, daß dieseThe magnetic permeability μ is the initial to correspond to the total mixture that this

permeabilität im unmagnetischen Zustand definiert. 25 Mischung in einer eisernen Kugelmühle mit Stahl-defined permeability in the non-magnetic state. 25 Mixing in an iron ball mill with steel

Der Wirbelstromverlustkoeffizient F_n, ausgedrückt kugeln und etwa doppelt so viel Wasser, wie demThe eddy current loss coefficient F _n , expressed spheres and about twice as much water, as that

in 0hm je Henry, bezogen auf die Frequenz von Gewicht der Oxydmischung entspricht, 12 bis 48 Stun-in 0hm per Henry, based on the frequency of the weight of the oxide mixture, 12 to 48 hours

800 Hz, wird zwischen 100 und 200 kHz bei einer den lang vermählen, anschließend mit einem Druck800 Hz, is ground between 100 and 200 kHz for one long, then with one pressure

Feldstärke von 2 Millioersted und einer Temperatur von 0,5 bis 15 t/cm² zu Kernen verpreßt wird, undField strength of 2 Millioersted and a temperature of 0.5 to 15 t / cm ^{2 is} pressed into cores, and

von etwa 20⁰C gemessen, wobei der Querschnitt des 30 diese Kerne 2 bis 6 Stunden lang in einem Gemisch ausmeasured from about 20 ⁰ C, the cross section of the 30 these cores for 2 to 6 hours in a mixture

Prüflings etwa 0,3 cm² beträgt. reinem Stickstoff und 0 bis 2 Volumprozent SauerstoffTest object is about 0.3 cm ² . pure nitrogen and 0 to 2 percent by volume oxygen

Die Magnetostriktionswirkungen können durch den auf 1200 bis 1300 ⁰C erhitzt und hierauf innerhalbThe magnetostriction effects can be ^{heated to 1200 to 1300 0} C and then within

Wert des Magnetostriktionskoeffizienten bei Sätti- einer Zeit von 15 Stunden in reinem Stickstoff abge-Value of the magnetostriction coefficient at saturation after a time of 15 hours in pure nitrogen

gung λ₈ gekennzeichnet werden, den man erhält, kühlt werden. λ ₈ , which is obtained, must be cooled.

indem man die Kurve der relativen Längenverände- 35 Bei den obigen Angaben sind, wie üblich, die MoI-by plotting the curve of the relative changes in length.

rung eines Probestückes in Richtung der angelegten prozente von Manganoxyd auf die Atomzahl vontion of a sample in the direction of the applied percentage of manganese oxide on the atomic number of

Feldstärke in Abhängigkeit von dieser Feldstärke, Mangan bezogen. Infolgedessen wird im folgenden dasField strength as a function of this field strength, related to manganese. As a result, in the following the

gemessen für sehr große Feldstärken, auf den un- Manganoxyd in bekannter Weise mit MnO bezeichnet,measured for very high field strengths, on which un- manganese oxide is referred to in a known way as MnO,

magnetischen Zustand extrapoliert. obwohl man in der Praxis verschiedene Oxyde wiemagnetic state extrapolated. although in practice there are various oxides such as

Die Ansprechzeit wird bestimmt, indem man zwei 40 MnO, MnO₃O₄ usw. verwenden kann.
Wicklungen von vernachlässigbarer Zeitkonstante auf Der verhältnismäßig hohe Eisengehalt bringt zwei einen Kern aus dem zu untersuchenden Werkstoff bedeutende Vorteile mit sich; einerseits wird der Curieaufbringt. Dieser Kern wird einer Magnetisierungs- Punkt Θ_ο erhöht, woraus sich eine bessere Stabilität feldstärke H_m, die zwischen Hem und 2 H_cm liegt, der Eigenschaften in Abhängigkeit von der TemperaturThe response time is determined by using two 40 MnO, MnO ₃ O ₄ and so on.
Windings with a negligible time constant. The relatively high iron content has two major advantages; on the one hand, the curi is applied. This core is increased to a magnetization point Θ _ο , which results in a better stability of the field strength H _m , which is between Hem and 2 H _cm , the properties depending on the temperature

jt.· ij τ- υ *.- 1 ( H_m\ . c _. 45 ergibt, und andererseits ist die Sättigungsinduktionjt. · ij τ- υ * .- 1 (H _m \. c _. 45 results, and on the other hand is the saturation induction

und hierauf der Feldstarke (- -^j unterworfen. Dann ^ ^ _{gie erreicht Werte yon 25Q0}%_{is 4500 Gauß}_and then the field strength (- - ^ j subject. Then ^ ^ _{gie reaches values of 25Q0} % _{is 4500 Gauss.}

legt man an die eine Wicklung einen Stromimpuls an, Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herdessen Anstiegsflanke sehr steil ist (beispielsweise gestellten Ferrite haben einen spezifischen elektrischen kleiner als 0,1 Mikrosekunde) und der das Magneti- Widerstand von mindestens 10^B Ohm · cm, so daß der sierungsfeld auf den Wert (—H_m) bringt. Die An- 50 Wirbelstromkoeffizient F_n höchstens den Wert 0,20 Sprechzeit τ ist die Zeit in Mikrosekunden, die ver- hat und häufig unter 0,10 liegt. Wegen dieser vernachstreicht, bis die Spannung in der anderen Wicklung lässigbar geringen Wirbelstromverluste können diese von Null ausgeht, durch ein Maximum läuft und auf Werkstoffe bei hohen Frequenzen mit sehr geringen 10% dieses Maximums zurückkehrt. Ansprechzeiten verwendet werden. Die Ansprechzeita current pulse is applied to one winding which, according to the method according to the invention, has a very steep rising edge (for example ferrites made have a specific electrical less than 0.1 microsecond) and which has a magnetoresistance of at least 10 ^B ohm · cm so that the sizing field brings to the value (-H _m ) . The 50 eddy current coefficient F _{n is} at most 0.20 speaking time τ is the time in microseconds that has passed and is often below 0.10. Because of this, until the voltage in the other winding is negligibly low eddy current losses, this can start from zero, run through a maximum and return to materials at high frequencies with a very low 10% of this maximum. Response times are used. The response time

Die Ansprechzeit bei dem magnetischen Material, 55 ist in jedem Falle geringer als 0,7 Mikrosekunden.The response time for the magnetic material 15, 55 is in each case less than 0.7 microseconds.

das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten Diese Werkstoffe besitzen ferner Sättigungsinduk-obtained by the method according to the invention. These materials also have saturation induction

wird und das in den Ausführungsbeispielen näher be- tionen B₈ zwischen 2500 und 4500 Gauß bei etwaand that in the exemplary embodiments is closer to B ₈ between 2500 and 4500 Gauss at approximately

schrieben ist, wurde an Ringkernen mit einem äußeren 2O⁰C, Koerzitivkräfte H₀ zwischen 1 und 4 Oersted,was written on toroidal cores with an outer 2O ⁰ C, coercive forces H ₀ between 1 and 4 Oersted,

Durchmesser von 2,0 mm, einem inneren Durchmesser Formfaktoren ß_m von mehr als 0,80 und Curie-Tempe-Diameter of 2.0 mm, an inner diameter form factors ß _m of more than 0.80 and Curie-Tempe-

von 1,3 mm und einer Höhe von 0,7 mm gemessen, ⁶° raturen 6>_e von über 150⁰C.of 1.3 mm and a height of 0.7 mm measured, ⁶ ° ratures 6> _e of over 150 ⁰ C.

indem durch den Stromleiter eine Serie von Impulsen Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird hin-by a series of pulses through the conductor.

mit der Amplitude / geschickt wurde. gegen von einem Oxydgemisch ausgegangen, das einenwith the amplitude / was sent. against assumed a mixture of oxides, the one

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung Härter enthält. Unter einem Härter wird jedes OxydThe aim of the invention is to provide a method for producing hardeners. Every oxide becomes under a hardener

von magnetischen Werkstoffen vom Ferrittyp, die eine eines zweiwertigen Metalls verstanden, das mit demof ferrite-type magnetic materials, which are understood to be a divalent metal associated with the

weitgehend rechteckförmige Hysteresisschleife mit 65 Oxyd eines dreiwertigen Metalls insbesondere mitlargely rectangular hysteresis loop with 65 oxide of a trivalent metal in particular with

einem Formfaktor ß_m von mindestens = 0,80 und eine Eisenoxyd ein Ferrit bildet, dessen Magnetostriktions-a form factor ß _m of at least = 0.80 and an iron oxide forms a ferrite whose magnetostriction

Ansprechzeit (Schaltzeit) von weniger als 1 Mikro- koeffizient einen verhältnismäßig hohen aber negativenResponse time (switching time) of less than 1 micro-coefficient is a relatively high but negative one

Sekunde haben. Wert hat und das gegebenenfalls die Antisotropiekon-Second have. Has value and that, if applicable, the antisotropy con-

stante des verhältnismäßig weichen Ferrites, in dem es gelöst ist, beträchtlich verändert.constant of the relatively soft ferrite in which it is dissolved has changed considerably.

In der gesamten nachfolgenden Beschreibung stellen die angegebenen Zusammensetzungen die Ausgangsmischung dar, bevor die Oxydmischung zu Pulver vermählen wird. Da die Vermehrung des Eisengehaltes durch Abnutzung der Mühle für eine mittlere Mühle etwa 0,8 Molprozent Fe₂O₃, bezogen auf das gemahlene Material, beträgt, sind die angegebenen Prozentsätze an Fe₂O₃ um diesen Wert zu erhöhen, um den Anteil an Fe₂O₃ nach dem Vermählen zu erhalten.Throughout the following description, the compositions given represent the starting mixture before the oxide mixture is ground to a powder. Since the increase in the iron content due to wear and tear on the mill for a medium-sized mill is about 0.8 mol percent Fe ₂ O ₃ , based on the ground material, the specified percentages of Fe ₂ O ₃ must be increased by this value in order to increase the proportion of Obtain Fe ₂ O ₃ after milling.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Hierin zeigt:Further details of the invention emerge from the description of some exemplary embodiments Hand of the drawings. Herein shows:

F i g. 1 eine praktisch rechteckige Hysteresisschleife,F i g. 1 a practically rectangular hysteresis loop,

F i g. 2 die Molprozentsätze von Ferrioxyd in Abhängigkeit von Molanteil des Zinkoxydes in einem erfindungsgemäßen Werkstoff,F i g. 2 the mole percentages of ferric oxide as a function of the mole fraction of zinc oxide in one material according to the invention,

F i g. 3 die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Werkstoffes in Abhängigkeit von* Gehalt an Kobaltoxyd, F i g. 3 the properties of a material according to the invention as a function of * content of cobalt oxide,

F i g. 4 die gleichen Eigenschaften für einen anders zusammengesetzten Werkstoff,F i g. 4 the same properties for a differently composed material,

F i g. 5 dieselben Eigenschaften für einen anderen Werkstoff in Abhängigkeit von seinem Gehalt an Fe₂O₃,F i g. 5 the same properties for another material depending on its Fe ₂ O ₃ content,

F i g. 6, 7 und 8 je eine Hysteresisschleife, die einem Werkstoff mit bestimmter Zusammensetzung entspricht. F i g. 6, 7 and 8 each have a hysteresis loop that corresponds to a material with a certain composition.

In Fig. 1, die eine rechteckige Hysteresisschleife darstellt, welche einer maximalen Feldstärke H_m entspricht, ist die maximale Induktion B_m bei R, die Remanenz bei P und die Induktion B&_m bei S ange-In Fig. 1, which shows a rectangular hysteresis loop, which corresponds to a maximum field strength H _m , the maximum induction B _m at R, the remanence at P and the induction B & _m at S are shown.

(TT — außerdem ist die Koerzitivkraft Hem angegeben. (TT - the coercive force Hem is also given.

Für den Formfaktor gilt:The following applies to the form factor:

ο Brm ο Brm

Pm = Pm =

OPOP

B_m ORB _m OR

und für das Rechteckverhältnis:and for the square ratio:

Rm — Rm -

BdmBdm

OSOS

B_7n OR " B _7n OR "

Wenn man setzt ß_m = 1 — π, erhält man offenbarObviously, if one sets ß _m = 1 - π, one obtains

κ < 1 ^3π κ < 1 ^3π

Km ^l — Km ^ l -

Die jeweiligen Anteile von Eisen, Mangan und Kobalt in der zur Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes verwendeten Oxydmischung sind ziemlich kritisch. Insbesondere darf für einen bestimmten Zinkoxydgehalt der Gehalt an Ferrioxyd sich vom Optimalwert nicht um mehr als 3 % entfernen. In dem Diagramm der F i g. 2, in dem der Zinkoxydgehalt in Abszissenrichtung und der Fe₂O₃-Gehalt in Ordinatenrichtung aufgetragen ist, ist eine schraffierte Zone zwischen den beiden Kurven C₁ und C₂ dargestellt. Die Stellen innerhalb dieser Zone zeigen die Gehalte an Fe₂O₃, die man der Anfangsmischung der Oxyde bei einem bestimmten Zinkoxydgehalt zusetzen muß.The respective proportions of iron, manganese and cobalt in the oxide mixture used to produce the material according to the invention are quite critical. In particular, for a certain zinc oxide content, the ferric oxide content must not deviate from the optimum value by more than 3%. In the diagram of FIG. 2, in which the zinc oxide _{content is plotted in the direction of the abscissa and the Fe 2} O ₃ content in the direction of the ordinate, a hatched zone is shown between the two curves C ₁ and C ₂ . The points within this zone show the contents of Fe ₂ O ₃ which must be added to the initial mixture of oxides at a certain zinc oxide content.

F i g. 2 zeigt, daß bei einem Molprozentanteil von Zinkoxyd in der Größenordnung von 20% der günstigste Ferrioxydanteil etwa 52,5% beträgt, während er etwa 54% betragen muß, wenn kein Zinkoxyd vorhanden ist. Dieser optimale Fe₂O₃-GeImIt kann je nach dem Anteil des anwesenden Kobaltoxydes etwas schwanken, darf jedoch etwa 3% Schwankungen nicht übersteigen.F i g. Figure 2 shows that with a molar percentage of zinc oxide of the order of 20% the most favorable ferric oxide content is about 52.5%, while it must be about 54% if no zinc oxide is present. This optimal Fe ₂ O ₃ -GeImIt can fluctuate somewhat depending on the proportion of cobalt oxide present, but must not exceed about 3% fluctuations.

F i g. 3 und 4 zeigen einen Einfluß der SubstitutionF i g. 3 and 4 show an influence of the substitution

einer gewissen Molekülzahl CoO für eine gleiche Molekülzahl MnO auf die Kennwerte ß_m, H_cm und B_m für eine Schleife, die einem Maximalfeld H_m von 5 Oersted entspricht.a certain number of molecules CoO for the same number of molecules MnO to the characteristic values ß _m , H _cm and B _m for a loop, which corresponds to a maximum field H _m of 5 Oersted.

F i g. 3 zeigt z. B., daß ß_m für folgende Zusammensetzung durch ein Maximum geht: 52,5% Fe₂O₃,F i g. 3 shows e.g. B. that ß _m goes through a maximum for the following composition: 52.5% Fe ₂ O ₃ ,

ίο 28,3% MnO, 19,2% ZnO, wenn 4 Moleküle CoO 4 Moleküle MnO substituieren. Der Maximalwert von ß_m liegt dann etwa bei 0,90.ίο 28.3% MnO, 19.2% ZnO, if 4 molecules of CoO substitute for 4 molecules of MnO. The maximum value of ß _m is then around 0.90.

In F i g. 4 sind die gleichen Kennwerte B_m, H_cm, ßm, gemessen für eine Schleife, die einer Feldstärke H_m von 5 Oersted entspricht, als Funktion des Anteiles an CoO-Molekülen, die eine gleiche Menge von MnO-Molekülen substituiert, bei einem Ferrit aufgezeichnet, der, ausgehend von folgender Zusammensetzung, her- ' gestellt wurde: 54% Fe₂O₃, 38% MnO, 8% ZnO.In Fig. 4 are the same characteristic values B _m , H _cm , β m, measured for a loop, which corresponds to a field strength H _m of 5 Oersteds, as a function of the proportion of CoO molecules that substitute an equal amount of MnO molecules in the case of a ferrite recorded, which, starting from the following composition, was produced: 54% Fe ₂ O ₃ , 38% MnO, 8% ZnO.

Wie man sieht, geht ß_m durch ein Maximum für einen Molgehalt an CoO von 3 %, wobei dieser Maximalwert 0,86 beträgt.As can be seen, β _m goes through a maximum for a molar content of CoO of 3%, this maximum value being 0.86.

Die Kurven von F i g. 5 zeigen die Änderung der erwähnten Kennwerte als Funktion des Fe₂O₃-Gehaltes χ für Anfangszusammensetzungen, die konstante Kobaltoxyd- und Zinkoxydgehalte von 4 bzw. 10% besitzen. Das Maximum von ß_m ist gleich 0,87 und findet statt für einen Wert χ — 53,5. Diese Kurve ist ziemlich steil, wobei ß_m nur für x-Werte zwischen 53,3 und 54,2 den Wert 0,80 übersteigt. Die einer Feldstärke Hm von 10 Oersted entsprechende Induktion geht gleichzeitig mit ß_m durch ein Maximum.The curves of FIG. 5 show the change in the parameters mentioned as a function of the Fe ₂ O ₃ content χ for initial compositions which have constant cobalt oxide and zinc oxide contents of 4 and 10%, respectively. The maximum of ß _m is equal to 0.87 and takes place for a value χ - 53.5. This curve is quite steep, with ß _m exceeding 0.80 only for x values between 53.3 and 54.2. The induction corresponding to a field strength Hm of 10 Oersted goes through a maximum at the same time as ß _m.

Herstellungsverfahren Zusammensetzung und Natur der verwendetenManufacturing process Composition and nature of those used

OxydeOxides

Es werden für die Mischungen beispielsweise Ferrioxyd Fe₂O₃, Hausmannit Mn₃O₄, Kobaltoxyd CoO und Zinkoxyd ZnO verwendet. Diese Oxyde müssen rein sein, und die Mischung darf nicht mehr als 0,5 % Verunreinigungen enthalten, wobei unter Verunreinigungen Stoffe wie Quarz (SiO₂), Schwefel, Alkalimetalle (Na, K) usw. zu verstehen sind.For example, ferric oxide Fe ₂ O ₃ , Hausmannite Mn ₃ O ₄ , cobalt oxide CoO and zinc oxide ZnO are used for the mixtures. These oxides must be pure and the mixture must not contain more than 0.5% impurities, with impurities _{being understood as meaning substances such as quartz (SiO 2} ), sulfur, alkali metals (Na, K), etc.

Das handelsübliche schwarze Kobaltoxyd muß bei 900⁰C vorbehandelt werden, um es von seinen Verunreinigungen und seiner Feuchtigkeit zu befreien und es in einen Zustand zu überführen, der der Zusammensetzung von CoO etwa entspricht.The commercially available black cobalt oxide must be ^{pretreated at 900 °} C. in order to free it from its impurities and its moisture and to convert it into a state which roughly corresponds to the composition of CoO.

_so Vermahlung _so grinding

Die Oxydmischung wird in einer Stahlkugelmühle im allgemeinen 12 bis 48 Stunden lang zerkleinert, und zwar mit einer Menge destillierten Wassers, die etwa dem doppelten Gewicht der Oxydmischung entspricht.The oxide mixture is ground in a steel ball mill generally for 12 to 48 hours, and with an amount of distilled water that is about twice the weight of the oxide mixture.

PressenPress

Der Einfluß des Preßdruckes ist wesentlich. Dieser muß groß sein, damit die Sättigungsinduktion des Endproduktes genügend hoch ist, muß jedoch andererseits so klein sein, daß die Schrumpfung während des Sinterns einen erheblichen Wert annehmen kann. Ein Druck von etwa 5 t/cm², der einem linearen Schwund von 15 % entspricht, hat gute Ergebnisse gezeitigt. Man kann von 0,5 bis 15,0 t/cm^a gehen.The influence of the pressing pressure is essential. This must be large so that the saturation induction of the end product is sufficiently high, but on the other hand it must be so small that the shrinkage during sintering can assume a considerable value. A pressure of about 5 t / cm ² , which corresponds to a linear shrinkage of 15%, has given good results. You can go from 0.5 to 15.0 t / cm ^a .

WärmebehandlungHeat treatment

Das Erzeugnis wird nach dem Pressen einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus einer 2 bis 6 StundenAfter pressing, the product is subjected to a heat treatment lasting 2 to 6 hours

dauernden Erhitzung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1300° C unter einer Atmosphäre aus reinem Stickstoff mit 0 bis 2% Sauerstoffanteil im Volumen besteht. Daran schließt sich eine langsame Abkühlung in etwa 15 Stunden in reinem Stickstoff an.continuous heating at a temperature between 1200 and 1300 ° C under an atmosphere of pure Nitrogen with an oxygen content of 0 to 2% by volume. This is followed by a slow cooling down in about 15 hours in pure nitrogen.

Um die besten Eigenschaften zu erzielen, müssen Temperatur und Atmosphäre bei der Sinterung für jede Zusammensetzung experimentell eingestellt werden.To achieve the best properties, the temperature and atmosphere must be used during sintering can be set experimentally for each composition.

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BeispieleExamples

Die folgenden Beispiele zeigen die Eigenschaften einer gewissen Anzahl von erfindungsgemäßen Werkstoffen. The following examples show the properties of a certain number of materials according to the invention.

Beispiel 1example 1

F i g. 6 zeigt die Hysteresisschleife, aufgenommen mit Gleichstrom für-eine maximale Feldstärke H_n = 5 Oersted. Bei einem Ringkern aus Ferrit mit folgenden Abmessungen:F i g. 6 shows the hysteresis loop recorded with direct current for a maximum field strength H _n = 5 Oersted. For a ferrite toroidal core with the following dimensions:

Außendurchmesser 28,0 mmOutside diameter 28.0 mm

Innendurchmesser 15,0 mmInside diameter 15.0 mm

Höhe 5,4 mm ^a5 Height 5.4 mm ^a5

Die Ausgangszusammensetzung des Werkstoffes entspricht der folgenden Formel in Mol: 52,5% Fe₂O₃, 23,3% MnO, 5,0% CoO, 19,2% ZnO.The starting composition of the material corresponds to the following formula in moles: 52.5% Fe ₂ O ₃ , 23.3% MnO, 5.0% CoO, 19.2% ZnO.

Die Vermahlung wird 48 Stunden lang in einer eisernen Kugelmühle von 161 Inhalt durchgeführt, die etwa 3 kg Mischung, 61 Wasser und 20 kg Stahlkugeln verschiedener Durchmesser enthält.The grinding is carried out for 48 hours in an iron ball mill with a capacity of 161 Contains about 3 kg of mixture, 61 kg of water and 20 kg of steel balls of various diameters.

Die Sinterung wurde bei 124O⁰C 4 Stunden lang in reinem Stickstoff mit 1 % Volumenzusatz Sauerstoff und die Abkühlung in reinem Stickstoff vorgenommen.The sintering was carried out at 124O ⁰ C for 4 hours in pure nitrogen with 1% volume of supplemental oxygen and cooling in pure nitrogen.

Dieser Werkstoff besitzt für eine Hysteresisschleife mit Hm — 5 Oersted folgende Eigenschaften:This material has the following properties for a hysteresis loop with Hm - 5 Oersted:

Koerzitivkraft Hem = 1,55 OerstedCoercive force Hem = 1.55 oersteds

Maximale Induktion B_m = 3390 GaußMaximum induction B _m = 3390 Gauss

Formfaktor _m = 0,87Form factor _m = 0.87

Dieses Material wurde ebenso in Beispiel 1 behandelt. Es hat eine Schwindung von 13,8% und besitzt die folgenden Eigenschaften:This material was treated in Example 1 as well. It has a shrinkage of 13.8% and possesses the following properties:

Maximale Induktion B_m = 2540 GaußMaximum induction B _m = 2540 Gauss

Koerzitivkraft H_cm = 3 OerstedCoercive force H _cm = 3 oersteds

Formfaktor ß_m = 0,83Form factor ß _m = 0.83

Wirbelstromverlustkoeffizient F_n < 0,001Eddy current loss coefficient F _n < 0.001

Anfangspermeabilität μ = 35Initial permeability μ = 35

Ansprechzeit τ = 0,4 Mikrosekunden
(für/= IA)Response time τ = 0.4 microseconds
(for / = IA)

Beispiel 3Example 3

F i g. 8 zeigt die Hysteresisschleife, aufgenommen mit Gleichstrom, für eine maximale Feldstärke H_m = 10 Oersted, bei einem Ringkern mit folgenden Abmessungen: F i g. 8 shows the hysteresis loop, recorded with direct current, for a maximum field strength H _m = 10 Oersteds, with a toroidal core with the following dimensions:

Außendurchmesser 34,4 mmOutside diameter 34.4 mm

Innendurchmesser 27,4 mmInside diameter 27.4 mm

Höhe 11,2 mmHeight 11.2 mm

Die Ausgangszusammensetzung des Materials entspricht der folgenden Formel: 53,5% Fe₂O₃, 32,5% MnO, 4% CoO, 10% ZnO.The starting composition of the material corresponds to the following formula: 53.5% Fe ₂ O ₃ , 32.5% MnO, 4% CoO, 10% ZnO.

Dieser Werkstoff wurde ebenso wie nach Beispiel 1 behandelt. Er hat eine Schwindung von 14,0% und besitzt die folgenden Eigenschaften:This material was treated as in Example 1. It has a shrinkage of 14.0% and has the following properties:

Maximale Induktion B_7n = 3640 GaußMaximum induction B _7n = 3640 Gauss

Remanenz B_rn = 3180 GaußRemanence B _rn = 3180 Gauss

Formfaktor ß_m = 0,87Form factor ß _m = 0.87

Ph-= 50
p_v = 4000 Ph- = 50
p _v = 4000

Anfangspermeabilität μ = 58Initial permeability μ = 58

Wirbelstromverlustkoeffizient F_n < 0,001Eddy current loss coefficient F _n <0.001

P_n = 50
P_n = 5000 P _n = 50
P _n = 5000

Anfangspenneabilität
Wirbelstromverlustkoeffizient Initial permeability
Eddy current loss coefficient

μ= 93
F_n = 0,03μ = 93
F _n = 0.03

4545

Dieser sehr geringe Wirbelstromverlustkoeffizient gewährleistet, daß die Hysteresisschleife bei hohen Frequenzen nicht verzerrt wird und die angegebenen Werte bis zu sehr hohen Frequenzen erhalten bleiben. Infolgedessen wird die Ansprechzeit sehr gering. Sie beträgt 0,7 Mikrosekunden (für / = 800 mA).This very low eddy current loss coefficient ensures that the hysteresis loop at high Frequencies is not distorted and the specified values are maintained up to very high frequencies. As a result, the response time becomes very short. It is 0.7 microseconds (for / = 800 mA).

55 Beispiel 2 55 Example 2

F i g. 7 zeigt die Hysteresisschleife, aufgenommen mit Gleichstrom, für ein maximales Magnetfeld H_m = 10 Oersted, bei einem Ringkern aus Ferrit mit folgenden Abmessungen:F i g. 7 shows the hysteresis loop, recorded with direct current, for a maximum magnetic field H _m = 10 Oersteds, with a toroidal core made of ferrite with the following dimensions:

Außendurchmesser 34,5 mmOutside diameter 34.5 mm

Innendurchmesser 27,3 mmInside diameter 27.3 mm

Höhe 5,4 mmHeight 5.4 mm

6565

Die Ausgangszusammensetzung des Werkstoffes entspricht der folgenden Formel: 54% Fe₂O₃, 41% MnO, 5% CoO.The starting composition of the material corresponds to the following formula: 54% Fe ₂ O ₃ , 41% MnO, 5% CoO.

Einer Betriebsfeldstärke H_m = 4 Oersted entsprechen die folgenden Werte:The following values correspond to an operating field strength H _{m = 4 Oersteds:}

Maximale Induktion .. B_m = 2420 GaußMaximum induction .. B _m = 2420 Gauss

Remanenz B_rm = 2020 GaußRemanence B _rm = 2020 Gauss

Formfaktor ß_m = 0,84Form factor ß _m = 0.84

Rechteckverhältnis ... R_m = 0,52Square ratio ... R _m = 0.52

Ansprechzeit r = 0,4 MikrosekundenResponse time r = 0.4 microseconds

(für/= 80OmA).(for / = 80OmA).

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Ferritkernen mit weitgehend rechteckförmiger Hysteresisschleife und sehr geringer Schaltzeit, bei dem eine homogene Mischung von feingemahlenem Ferrioxydpulver und den ebenfalls feingemahlenen Pulvern von mindestens zwei weiteren Oxyden zweiwertiger Metalle aus der Gruppe Mn, Co, Zn und Cd zusammengepreßt und die komprimierte Mischung einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1300° C unterworfen wird, an die sich eine langsame Abkühlung in inerter Atmosphäre anschließt,1. Process for the production of ferromagnetic ferrite cores with largely rectangular Hysteresis loop and very short switching time in which a homogeneous mixture of finely ground ferric oxide powder and the likewise finely ground powders of at least two further oxides of divalent metals from the group Mn, Co, Zn and Cd pressed together and the compressed mixture of a heat treatment at a temperature between 1200 and 1300 ° C, followed by slow cooling in an inert atmosphere, dadurchgekennzeichnet, daß voneiner Mischung ausgegangen wird, in dercharacterized in that voneiner Mixture is assumed in the 50 bis 56 Molprozent Fe₂O₃,50 to 56 mole percent Fe ₂ O ₃ , 16 bis 46 Molprozent MnO16 to 46 mole percent MnO 1 bis 6 Molprozent CoO
O bis 25 Molprozent ZnO1 to 6 mole percent CoO
0 to 25 mole percent ZnO (oder eine bezüglich des Mangangehaltes äquivalente Menge
eines anderen Manganoxydes),
und
und/oder CdO(or an equivalent amount in terms of manganese content
another manganese oxide),
and
and / or CdO enthalten sind, wobei die Summe der MnO- und CoO-Anteile einem Anteil von 22 bis 47 Molprozent an der Gesamtmischung entsprechen, daß diese Mischung in einer eisernen Kugelmühle mit Stahlkugeln und etwa doppelt so viel Wasser, wie dem Gewicht der Oxydmischung entspricht, 12 bis 48 Stunden lang vermählen, anschließend mit einem Druck von 0,5 bis 15 t/cm² zu Kernen verpreßt wird, und diese Kerne 2 bis 6 Stunden lang ao in einem Gemisch aus reinem Stickstoff und O bisare included, the sum of the MnO and CoO proportions corresponding to a proportion of 22 to 47 mol percent of the total mixture, that this mixture in an iron ball mill with steel balls and about twice as much water as the weight of the oxide mixture corresponds to 12 to Grind for 48 hours, then pressed into cores at a pressure of 0.5 to 15 t / cm ² , and these cores for 2 to 6 hours ao in a mixture of pure nitrogen and O bis 10 2 Volumprozent Sauerstoff auf 1200 bis 1300⁰C erhitzt und hierauf innerhalb einer Zeit von 15 Stunden in reinem Stickstoff abgekühlt werden. 10 2 percent by volume of oxygen is ^{heated to 1200 to 1300 0} C and then cooled in pure nitrogen within a period of 15 hours. 2. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Ferritkernen mit weitgehend rechteckförmiger Hysteresisschleife und sehr geringer Schaltzeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einem Fünftel des Ferrioxydanteils durch Aluminiumoxyd und/oder Chromoxyd ersetzt ist.2. Process for the production of ferromagnetic ferrite cores with largely rectangular Hysteresis loop and very short switching time according to Claim 1, characterized in that that up to a fifth of the ferric oxide content by aluminum oxide and / or chromium oxide is replaced. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Philips Techn. Rundschau, Oktober/November 1954, S. 124 bis 134; Dezember 1946, S. 353 bis 360;Philips Techn. Rundschau, October / November 1954, pp. 124 to 134; December 1946, pp. 353 to 360; Deutsche Patentschrift Nr. 756 383;German Patent No. 756,383; französische Patentschrift Nr. 987 672;French Patent No. 987,672; britische Patentschrift Nr. 721 630;British Patent No. 721 630; Proceedings of the I. E. E., 1957, S. 405, Bd. 104, Teil B, Suppl. Nr. 7;Proceedings of the I. E. E., 1957, p. 405, Vol. 104, Part B, Suppl. No. 7; RCA Rev., März 1959, S. 92 bis 135.RCA Rev., March 1959, pp. 92 to 135. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings 509 629/415 7.65 © Bundesdruckerei Berlin509 629/415 7.65 © Bundesdruckerei Berlin