DE1471340A1

DE1471340A1 - Verfahren zur Herstellung eines Magnetkernes als Speicherelement und nach diesem Verfahren hergestellter Magnetkern

Info

Publication number: DE1471340A1
Application number: DE19631471340
Authority: DE
Inventors: Esveldt Cornelis Jacobus; Peloschek Hans Peter; Gorter Evert Willem
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1962-05-25
Filing date: 1963-05-21
Publication date: 1970-02-05
Also published as: NL278942A; US3372123A; FR1358754A; OA00820A; ES288241A1; DE1471340B2; BE632810A; DK116144B; GB994240A; NL135253C; AT241138B; CH428013A

Description

_A ,. Akte; PH 17,753 7. Li^nI₁ PB.17.755 Anmeldung vQim 20. iJai 1963 I /i'· *■***! vÖ/RtH

H71340

Verfahren tür Herstellung eines Magnetkernes als Speicherelement und nach dieses Verfahren hergestellter Magnetkern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als Speichaeslement *u verwendenden Magnetkernes und einen naoh diese« Verfahren hergestellten Magnetkern. Solche Magnetkerne haben die Eigenschaft, dass sich die Gestalt der Hystereseschleife der Rechteckfora nfthert. Die Speicherelemente werden sub Beispiel in elektronischen Rechenmaschinen verwendet.

Bei der Verwendung von Magnetkernen als Speicherelemente ist es erwünscht, das Auftreten von WirbelstrOmen möglichst su beschranken, so dass als Rohstoffe für diese Kerne in sunehmendem Kasse von magnetisoh weichen, oxydischen fcaterialien Gebrauch gemacht wird, die bekanntlich eine sehr geringe elektrisohe Leitfähigkeit aufweisen.

Die Eignung der betreffenden Magnetkerne als

Speicherelemente wird durch ihre Stromimpulskenniinien bedingt, ₍ d.h. durch ihr Verhalten unter StromiopulsverhSltnissen. Sehr wichtig in diesem Zusammenhang ist turn Beispiel das Auftreten eines deutlichen Unterschieds «wischen dem "Mull-Signal" und dem "Rias-Signal" (in der Reoheamaaehinentechnik unterscheidet man noch das "ungestörte" Eins-Signal uV1 und das. "gestörte" Eins-Signal rVif bei einem guten Speicherelement sind diese CrSesen aber nur wenig voneinander verschieden). Dasu ist es neben einer hinreichend groseen "Rechteckigkeit" der Hystereseschleife notwendig, dass bei einer gegebenen Anstiegzeit des Steuerstroms

909*86/1197 bad or.g.nal

. 2 - PH.17.753

der üeitverlauf zwischen dem Anfang des iteueretromimpulsee und den Zeitpunkt, in dem die AuegangeSpannung dee äins-Signals ihren Maximalwert erreicht, nahezu konstant ist. Aue praktischen Gründen basiert man vorzugsweise nicht auf dem Anfang de· Steueretromimpulses, sondern auf den Zeitpunkt, in dem der Steuerstrom eine Stärke von 1O/« seines Maximalwertes erreicht. Unter der "Spitzenzeit" (T ) eines Magnetkernes versteht nan dann den Zeityerlauf zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Steuerstrom eine Stärke von 10/0 seines Maximalwertes erreicht, und dem Zeitpunkt, in dem die Ausgangsspannung des vom betreffenden SteuerstroB-impuls erzeugten Eins-Signals maxiaal geworden ist. Liese Spitzenzeit ist naturgemäss von der ^netiegzeit (τ ) des Steuerstromimpulses abhängt. Bei den Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, betrug die Anstiegzeit stets 0,13 liikroeekunde.

Bisher hat man die durch Temperaturänderungen

auftretenden jtenderungen der Stromimpulskennlinien von Speicherelementen aeist durch Aeηderung der Steueretromstärke korrigiert· Andererseits wurde das ganze System von Speicherlementen in einen Thermostaten gesetzt, um störende Temperaturanderungen su vermeiden. Diese Verfahren sind aber verwickelt und umständlich. Aueserdea sind sie unbrauchbar, wenn im Betrieb des Systems Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Speicherelementen auftreten, weil ein Element in einem bestimmten Zeitverlauf öfter umgeschaltet wird als ein anderes. Es ist daher von grosser Wichtigkeit, über — Speicherelemente verfugen zu können, die nicht nur ein hinreichend grosses Hechteckverhiltnis der

909β·6/1187 B^D ORIGINAL

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Hystereseschleife aufweisen, sondern bei denen auch die Ausgangsepanntmg dee Eins-Signal·, sowie die Spltsenselt innerhalb einer weiten Temperaturstreoke (rorsagsweise nrleohen -4O⁰C toad +125⁰C) nicht oder in nur geringem Masse τοη der Temperatur abhängig sind.

Bei den Prüfungen, die sur rorliegenden Erfindung geführt haben, ist sloh ergeben, dass aus Lithium-Mangan-(Niokel)-Ferriten bestehende Magnetkerne innerhalb eines nachfolgend anzugebenden Bereiches von Zusammensetzungen und gemäss einem naohfolgend EU beschreibenden Verfahren hergestellt, Stromimpulskennllnlen aufweisen, welche sie sur Verwendung als Speioherelemente ausserordentlich geeignet machen·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung τοη xur Verwendung als magnetische Speicherelemente geeignete Magnetkernen durch Sintern einer in die gewünschte Form gepressten, bei einer niedrigeren Temperatur als 800⁰C rorgesinterten Masse aus Oxyden τοη Lithium, Mangan, Eisen und gegebenenfalls Nickel, und/oder τοη Verbindungen dieser Metalle, die bei starker Erhitzung in diese Oxyde übergehen können, und sie weist das Kennzeichen auf, dass die relatiTen Mengen der Torerwähnten Metalle in der zu sinternden Hasse, in IJoI.# der Oxyde Li₂O, MnO, Pe₂O, und etwa !TiO ausgedrückt.

2,5 - 16, 4 KoI ·£ Li₂O 0,3 - 68 liol.,1 MnO 32 - 82 WoI.5b Pe₂O₅ und O - 14 KoI.?i KiO

betragen und dass die Sinterung bei einer Temperatur zwischen 1200⁰C und 14CO⁰C in Luft oder in einem Luft-Saueretoff-Gemisoh erfolgt. 909886/1197

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Vergleicht man die nach der Erfindung hergestellten Magnetkerne hinsichtlich ihrer Eignung zur Verwendung als Speicherkerne ait den bekannten, aus jfongan-i4a{^ieBiura-(uink)-Ferriten_y Mangan-Kupfer-(^ink)-Ferriten oder Lithium-ufungan-Ferriten bestehenden Magnetkernen, so ergibt sich folgendesi Bei höheren Mangangehalten unterscheiden die nach der Erfindung hergestellten Magnetkerne sich bei im übrigen mit den soeben genannten bekannten Magnetkernen

fe gleichwertigen Eigenschaften durch einen auffällig hohen fcert der ausgangsspannung des Eins-Signals. Bei niedrigeren Mangangehalten treten, bei in übrigen Gleichwertigkeit mit den betreffenden bekannten Magnetkernen, als günstige Eigenschaften ein sehr niedriger Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung des Eins-Signals und ein sehr niedriger Temperaturkoeffizient der Spitzenzeit hervor.

Sie günstigsten Ergebnisse werden erreicht» wenn die durch erhitzung a«f eine Temperatur zwischen 1200⁰C und. 140O⁰C gesinterte Masse zuerst mit einer Geschwindigkeit von höchstens 30⁰C pro Minute auf eine um 100° - 600°C niedrigere Temperatur abgekühlt und dann ab«·

" geschreckt wird, oder wenn die durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1200⁰C und UOO⁰C gesinterte Masse mit einer Geschwindigkeit von mehr als 30⁰C" pro Minute auf eine um 100° - 600⁰C nieirigtr« peratur abkühlt, die Masse wenigetens 5 Minuten lang auf garen Temperatur gehalten umd dann abgeschreckt

Wie bereits beaerkt wurde, waren nahesu rechteckigen Hystereseschleife au« Lithi¹ Ferrite» bereits bekannt. Sie wurtan.at>«r tarch nicht hOhere Temperatur als ISWCHP

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-5- PB. 17.753

glaubt· wm₉ da·· dl« Flüchtigkeit d·· Lithiuaoxyds der Anwendung Irhitsungsteaperatüren al· 1200 C la Wege stand. Ee wurde aber feetge-•tellt, da·· dl·· nicht der Pall let, wenn nur dafür gesorgt wird, dass die Sinterung in einer keinen oder wenigstens nahezu keinen Waeserdanpf enthaltenden Gasataoaphäre erfolgt·

Bs folgt jetat ein Beispiel aur Erläuterung der Erfindung. BKISPILL.

Oealsohe von Lithiuakarbonat Li₂CO,, Mangankarbonat MnCo,, Siaenoxyd '·₂°» **** gegebenenfalls lickelkarbonat XiCo. wurden Tier Stunden lang in Aethanol in einer Kugelmühle gemahlen. Die Kehlerseugni··· wurden in Luft Yorgeaintert, auf Zimmertemperatur abgekühlt und 16 Stunden lang in Aethaaol in einer Kugelmühle geaahlen. Die so erzielten Mahlerseugni··· wurden» naoh Zuaati ein·· organiachen Bindeaittel·, granuliert und unter eine« firuok tob 1_t5 t/^c* ^att pin«·» gepree«t. Di··· Hing· wurdMi duroh Srhitsung bei eiwir Temperatur swiaohea 120O⁰C und 1400⁰C in Luft gesintert.

• ·

Xn Mehateliender Tabelle sind nihere Binselheiten über die ehe* »!•ehe Zu»MwienaeUuag «β* die KeretelluageverhlltniaM der Magnetkerne, ein» AojmHI Me»aerge»Ai··· aafwfwlMHi· 91· Messungen warft:*» alle bei

wi· WMiU hrÜer erw««nt_t stet· 0,15 ilkrosefcunde.

- Tabelle -

909MS/1197

ΓΗ. 17.753

Meeergebniaae

Kirn
Mr.

MoI.ν der Oxyd·

In

KnO

110

Voraintar~

teaperatur
("C)

Art und kelae der Sinterung und Abkühlung

uegmngap&nnunjc
ea HuIlignal«
MV)

Auagangaapannung daa geatortan Signala

Vl(V)

Spitzenzeit
(Mikro-Sek.)

Temperaturkoeffizient der Spitzenzeit T

pro ⁰C

Teaperaturkoefflxieni dea ungeatorten JCina-Signmla uVl

in der Tea-

peratur-

atrecK·

pro ⁰C

in der Te·'

peratur-

■trecke

14,2

4.9

74,6

6.3

750

Σ· tO a«k. auf Spitzentcapvratur von 152O»C erhitet, 7 Hin. lan* auf dieear TMperttur galMltan, das» la weniier «Is 3 NIn. auf 9W)OC abfekuhlt, ti StuaAen lang auf dleaer Tt lt

17

0,40

0,0

von - 40"C t>ia ♦ 125^OC

Tratur
ae&lltt

ttlion ab««a«tireckt

an dar IaTt.

0,5

von

bia

16,35

3,92

79,73

750

la 60 t«k. auf Saltsvataapen tur »*a 13400C erhltit, 5 MIa. auf dieaer Taeperatur f«aalt*B, in auaeeaobaltetea Ofan bia 1000¹C ak«ekUhlt, aoallallleh an Luft «b*eaahraekt.

7β

o,;e

0,30

von ♦ 20"C bia * BO⁰C

0,43

von + 20°C bia * K⁰S

8.7

26,1

65, t

TtO

la (O S«k. auf apiteanteeperawr von 1265»C araltst, i Hin. auf ditaar teaparatur eaaaltta, la aue*eaohaltetea Of« at« 1000*0 aa*a*uhlt, eealUIllch aa left aa«etaä%

164

0,25

0,48

von * S

bia + BO⁰C

0.5B

♦ 20°C bis ♦ MTC

von

5.0

50,0

45,0

700

Xa 60 Salt, auf ftaU>entaa»e-Mtur VM 1260*0 araitit, 5 NIa· auf dl«aar temperatur

tatultwi, la auacaaeaaltetaa f«· Ma 1000⁹C aankttBlt, •oallalllon aa luft aa«e-

18,5

120

0,54

0,65

von ♦ 20"C tola ♦ 8O⁰C

aoareckt.

C,01

von ♦ 2C*C

oveuvi

Meeergebniaae

Ktt»

ZuMu£antf
Mel.* der Oxyd«

«•0

Pt₂O,

*10

¥or«iat*rtemperatur
<*c>

Art und Weis· der Sinterung UBd Abkühlung

Auagaa*,·-
•pennung
de« IuIl-Sigaala
(MV)

Ausganga-

apannung

des ge-

störtenBD·

Si

rv

gnal· TTeV)

Spitzenzeit

¹P
(Mikro-Sek.)

Temperaturkoeffizient
der Spitzenzeit T

* pro ⁰C

in der Tem-

peratur-

•trecke

Temperaturkoeffizient de· ungestörten da·« ■ uVl

> pro ⁰C

in atr Tee

peratur-

•trec«e

»0

Ia 45 Sek. auf Spitsenteaperatur Tea 135O⁰C erhitzt, 10 Mia. auf diener Teaperatur §«ftalt«n, la auateschalt«t«B Öfen bis 95O⁰C ab«tkUBlt, «enlUllieA an Luft b*

5,5

0,34

0,1

von ♦ O⁰C
bis ♦ bO°C

0,5

ν en ♦ w°C bis * bO°C

V,4

75,95

«.2

750

In ftO Sck· auf Ssltsenttaptratur von t280«C «rhitxt, 5 KIa. lang auf dit«tr Temperatur «ebaKen, dann la wenlcer al« 3 HIa. auf 98O⁰C abgekühlt, 20 Mia. lan* auf diectfr Teeperatur (ehalten, aonlieBlieh abjeeonreokt an der Luft.

16

0,38

von + 2C⁰C
bia ♦ 60⁰C

ts. *;

',84

75,9*

12,4

750

In 60 Sek. auf Spittenteeperatur voB i)40°C erhitst, 5 Min. XasOf, auf diener Temperatur gehalten, dann in weniger als 3 MIa. auf 1000% abgekühlt, 20 Min. lang auf dieaer Temperatur (ehalten, •chlleUIich a^geacftreckt an der Luft.

20

60

0,32

0,25

2U⁰C
bis ♦ BO⁰C

von

0,45

von ♦ 20!?C bin ♦ bC°C

0,45

von ♦ iit^C V

bi· ♦ bu

14,4

4,5

77.9

3.2

750

Iti 60 Sek. auf Spitzentemperatur von 130OOC erhitzt, 5 MiB. lang auf dieser Temperatur gehalten, dann in . weniger ala 3 Min. auf XXXHJ abgekühlt, 60 Min. lang auf dieaer Temperatur gehalten, •chlieülioa ab^eachreckt an der Luft.

20

0,34

C,27

von ♦ 20⁰C
bis + bO°C

0,4b

von ♦ 2(j°C bi· + öO°C

14,4

4,5

77,9

3,2

750

Ib 60 Sek. auf Spit«entempera tür von 134O⁰C erhitet, 5 Mia. lang auf dimer Temperatur gehalten, dann in we al«,» al· 3 Mia. a«if 1000°C abgekühlt, 60 Min. lang auf dieser Temperatur geaalten, ecnlleBlieto abgesctareekt an der Luft.

23

76

0,36

20⁰C
bis ♦ BO⁰C

von ♦

0,39

von ♦ 2ü°C t;a + du :

ονειζ,νι

-β-

η. 17.733

Slatliche Kerne von 1 bis 4 und 6 bis 9 hatten «inen Auseendurchmeseer von 1,5 ob, einen Innendurchmesser von 0,8 ■» und tin· H8h· von 0,4 nun. Bein Kern Mr. 5 betrugen diese Abmessungen 0,6 ■■ bsw· 0,5 on bsw· 0,2 an.

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Claims

PH. 17.753 U71340

1. Verfahren nor Herstellung ein·· Magnetkerne· alt nahem reehteokiger Hystereseschleife aus einem ferromagnetischen Mlsohferritmaterial, bei den «in· in die gewünschte Form gepresste, bei einer niedrigeren Temperatur ale 800⁰O τοrgesinterte Masse aus Oxyden τοη Lithium« Mangan, Eisen und gegebenenfalls Niokel, und/oder von Verbindungen dieser Metalle, die bei starker Er» hltEung in diese Oxyde übergehen, gesintert wird, daduroh gele enn Belohnet, dass die relativen Mengen der vorerwähnten Metalle in der gesinterten Masse, in LToI ·£ der Oxyde Li₂O, MnO, Pe₂O, und NiO ausgedruckt,

2,5 - 16,4 Mol.Ji Li₂O 0,3 - 68 Hol.* MnO 32 - 82 Mol.* Pe₂O₃ und 0 -14 Mol.5t NlO

betragen und dass die Sinterung bei einer Temperatur zwisohen 1200⁰C und 1400⁰C in Luft oder in einem Luft-Sauerstoff-Ge— misoh erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass die durch Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1200⁰C und 14v'O°C gesinterte Masse zunächst mit einer Geschwindigkeit von höchstens 3O⁰C pro Minute auf eine um 100-600⁰C niedrigere lernperatur abgekühlt und dann abgeschreckt wird. 3· Verfahren naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass die durch Erhitzung auf eine Temperatur zwisohen 1200⁰C QBd 1400⁰C gesinterte Masse mit einer Geschwindigkeit von mehr al· 30⁰C pro Minute auf eine um 100-600⁰C niedrigere Temperatur abgekühlt, wenigstens 5 Minuten lang auf dieser niedrigeren Tem-

·. * peratur gehalten und dann abgeschreckt wird.

4. Magnetkern, der oaoh ς,*??*,. AV Ansprüche 1 bis 3 hergentell

-10- PH. 17.755

5· Magnetisches Speicherelenont, das aus eines Jln/rnetkern nach Anspruch 4 in Form eines Ringes alt einem Aussen-Durchnesser von höchst one 4 nrn besteht.

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