DE1806843A1

DE1806843A1 - Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Koerpern mit makroskopisch gerichteter Struktur

Info

Publication number: DE1806843A1
Application number: DE19681806843
Authority: DE
Inventors: Sahm Dr-Ing Peter R
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1968-11-04
Publication date: 1970-06-04
Also published as: GB1277299A; NL6817708A; CH516216A

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie,, Baden (Schweiz)

Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Körpern mit makroskopisch gerichteter Struktur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ferro- % magnetischen Körpern mit makroskopisch gerichteter Struktur.

Bei der Herstellung von ferromagnetischen Materialien, z.B. von Dynamoblechen, tritt durch die Kaltverformung beim Walzen eine Umorientierung der Kristallite in eine Vorzugsrichtung ein, in der, wie man weiss, eine Reihe von Materialeigenschaften ein Optimum zeigt. Es sind ferner Verfahren bekannt, nach welchen die Herstellung von metallischen Körpern mit makroskopisch orientierter Struktur durch Abscheiden aus einer Schmelze unter genau kontrollierter Temperaturführung und Erstarrungsgeschwindigkeit erfolgt. Die genaue Einhaltung der Verfahrensbedingungen ist dabei aber meist umständlich und teuer. .

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Körpern mit makroskopisch gerichteter Struktur zur Erzielung von verbesserten physikalischen Eigenschaften in den Vorzugsrichtungen der Struktur, bei dem durch relativ einfache Massnahmen die Vorzugsrichtung der Kristalle sowie ihre Feinheit innerhalb des Körpers in weiten Grenzen beliebig

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veränderlich und.weitgehend unabhängig von den thermischen Erstarrungsbedingungen gesteuert werden kann.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch Herstellung einer eutektischen oder nahezu eutektischen Schmelze eines Legierungssystems, welches eine ferromagnetische Komponente enthält und durch Abkühlen der Schmelze in einem Temperaturfeld mit einem maximalen Temperaturgradienten von 10-100° C/crr. und gleichzeitiger Erzeugung eines Magnetfeldes über mindestens einen Teil des Temperaturfeldes. Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielsweise erläutert:

Pig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Herstellung eines stabförmigen ferromagnetischen Körpers mit einer parallel zur Stabachse gerichteten makroskopischen Struktur.

Diese Einrichtung v/eist ein an seinem unteren Ende abgeschlossenes Quarzrohr 1 auf, das an seinem oberen Ende mit Hilfe der Pakkung 2 und der Schraube 3 verschlossen und in einer Leitmutter befestigt ist. Die Leitmutter h, die durch die Stange 5 des Ge-™ steiles 6 geführt ist, greift in die Leitspindel 7 ein, welche über ein Getriebe 8 von einem Motor 9 angetrieben werden kann. Im unteren Teil des Gestelles ist ein Behälter 10 vorgesehen, in dem eine Magnetspule 11 angeordnet ist, innerhalb der sich eine tunnelfö'rmige Heizvorrichtung 12 befindet. Diese Heizvorrichtung 12 weist in einem thermisch isolierenden Gehäuse 13 zwei übereinander angeordnete bifilare Heizwicklungen 14, 15 auf, welche durch einen thermisch isolierenden Ring 16 voneinander getrennt sind.

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Das Verfahren gemäss der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei solchen Legierungssystemen anwendbar, die im Liquidus-Solidus-Temperaturintervall eine ferromagnetische feste Phase aufweisen. Ein Beispiel einer solchen Legierung ist das Gold-Kobalt-System.

Zur Herstellung eines ferromagnetischen Gold-Kobalt-Stabes mit einer makroskopisch parallel zur Stabachse gerichteten

in
Kristallitstruktur wird/das Glasrohr 1 ein stabförmiger Körper 17 aus einer eutektischen Gold-Kobalt-Legierung eingesetzt, der, auf übliche Weise hergestellt, eine ungeordnete Kristallitstruktur aufweist.

Während des Herstellungsvorganges wird mit Hilfe der Magnetspule 12, die auf geeignete Weise gespeist wird, im Bereich der Heizvorrichtung ein homogenes Magnetfeld mit Feldstärken von 50 - 2000 Öe parallel zur Quarzrohrachse erzeugt. Die Speisung der bifilaren Heizwicklung wird mittels regelbarer Stromquellen so eingestellt, dass die Temperatur innerhalb der oberen Heizwicklung Ik höher £c* bzw. die der unteren Heizwicklung 15 niedriger ist als die Temperatur des eutektischen Punktes. Dadurch erreicht man in der Höhe des thermisch isolierenden Ringes 16 ein über den lichten Querschnitt der Heizvorrichtung 12 im wesentlichen homogenes Temperatürfeld, dessen an dieser Stelle maximaler Temperaturgradient zwischen 10-100° C/cm regelbar ist.

Danach wird das Quarzrohr 1 wear-mit dem Gold-Kupfer-Stab 17 mit Hilfe der durch den Motor 9 angetriebenen Leitspindel 7 von seiner höchsten Stellung aus durch die Heizvorrichtung 12 lang-

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sam nach unten bewegt. Dabei schmilzt jeweils der sich innerhalb der oberen Heizwicklung befindliche Bereich 18 des Stabes 17. Durch Einstellung der Temperatur innerhalb der unteren Heizwidclung 10 auf einem niedrigen V/ert als der des eutektischen Punktes (9970 C), stellt sich zwischen den Heizwicklungen 14, I5 im Bereich des maximalen Temperaturgradienten eine im wesentlichen ebene Ausscheidungsfront I9 ein. Durch die Wirkung des Magnetfeldes und vermöge der ferromagnetischen Eigenschaften der eutektischen Gold-Kobalt-Schmelze, scheiden sich die Kobaltfasern, aufgrund ihrer Keimbildung bezüglich der aus der Schmelze sich anlagernden Kobaltatome, parallel zur Stabachse ab.

Bei Erreichung der untersten Stellung des Quarzrohres ist der Zonenschmelzvorgang beendet. Der Stab 17, der jetzt eine axial gerichtete makroskopische Kristallstruktur aufweist, kann nun nach Abschaltung der Heizvorrichtung und des Magnetfeldes dem Quarzrohr 1 entnommen werden.

Die Herstellung von rohrförmigen Körpern erfolgt vorteilhaft W mit Hilfe einer Einrichtung gemäss Figur 2. Diese Einrichtung weist ein Aggregat 20 von drei konzentrisch ineinander angeordneten und jeweils an einem Ende abgeschlossenen Quarzrohren 21 bis 23 auf, wobei im innersten Rohr 23 sowie im ringförmigen Räume zwischen den zwei äusseren Rohren 21, 22 stabförmige Permanentmagnete 24 angeordnet sind, die ein zu den Rohrachsen paralleles Magnetfeld erzeugen. In dem zwischen den beiden inneren Rohren 22,23 freibleibenden Raum wird der zu behandelnde rohrförmige Körper 25 aufgenommen, der z. B.,so wie bei dem Beispiel nach Fig. l,aus einer eutektischen Gold-Kobalt-Legie-

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rung besteht. Das so beladene Quarzrohraggregat 20 wird nun langsam durcji eine Heizvorrichtung 26 geführt, derart, dass der Körper 25, ähnlich wie bei der Verfahrensvariante gemäss Fig. 1 einem Zonenschmelzvorgang unterworfen wird, der zu einer paallel zur Rohrachse gerichteten Kristallstruktur führt.

Fig. 3 zeigt einen schichtförmigen Körper 27 schematisch im Schnitt, in welchem Bereiche gerichteter Struktur 28 und Bereiche ungeordneter Struktur 29 abwechselnd aufeinander folgen. Eine solche Konfiguration erhält man auf einfache Weise dadurch, dass das magnetische Feld während des Zonenschmelzvorganges periodisch abgeschaltet wird.

Gemäss einer weiteren VerfahrensVariante erreicht man in stab- bzw. rohrförmigen Körpern dadurch eine wendeiförmige Faserstruktur, dass man einen stab- bzw. rohrförmigen Körper einer eutektischen ferromagnetischen Legierung in einem axialen Magnetfeld einem Zonenschmelzvorgang unterwirft, und während dieses Vorganges der rekristallisierte Teil des Körpers relativ zur Schmelze um seine Achse dreht.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von ferromagnetischen Körpern mit makroskopisch gerichteter Struktur, gekennzeichnet durch Herstellung einer eutektischen oder nahezu eutektischen Schmelze eines Legierungssystems, welches eine ferromagnetische Komponente enthält und durch Abkühlen der Schmelze in einem Temperaturfeld mit einem maximalen Temperaturgradienten von 10-100°C/cm und gleichzeitiger Erzeugung eines Magnetfeldes über mindestens elneji Teil des Temperaturfeldes.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungssystem der Schmelze im Liquidus-Solidus-Temperaturintervall eine ferromagnetische feste Phase aufweist.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer im ausgeschiedenen Körper örtliche veränderlichen Orientierung der Vorzugsrichtung bzw. Feinheit der ausgeschiedenen Struktur während der Ausscheidung die Richtung und/oder Stärke des Magnetfeldes variiert wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Richtung und/oder Stärke des Magnetfeldes im Temperaturfeld örtlich veränderlich ist.

5. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgeschiedene Körper relativ zum Temperaturfeld bewegt wird, derart, dass während des ErstarrungsVorganges in der Ausseheidungsfront der Verlauf von Temperaturfeld und Temperaturfeldgradient im wesentlichen zeitlich konstant bleibt.

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6. Verfahren gemäss Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass ein langgestreckter Körper mit derselben Zusammensetzung wie die Schmelze im Temperatürfeld einem Zonenschmelzverfahren unterworfen wird.

7. Verfahren gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper kreiszylindrisch oder rohrförmig ist, dass das Magnetfeld an der Ausscheidungsfrpnt axial gerichtet ist und dass der rekristallisierte Teil des Körpers relativ zur Schmelze um

seine Achse gedreht wird. λ

8. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2 bis 7* dadurch gekennzeichnet, dass die ferromagnetische Komponente des Legierungssystems aus Kobalt oder einem kobaltreichen Mischkristall besteht.

9· Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 53 - 79 Atomprozente Gold und 21 - 47 Atomprozente Kobalt enthält.

10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 63 - 76 Atomprozente Gold 24 - 37 Atomprozente Kobalt enthält:

Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE.

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