Brevet FR2007694A1 — publié le 19700109

. 2007694 • : • , 1 ' L'invention est relative à"uï£ àôySu'ffla^étïsa"bie utilisé pour ses proptiétés magnétiques»notamment en téléphonie par courants porteurs. Dans ce cas»on utilise fréquemment des filtres composés 5 d'une selfinductance et d'un condensateur ("filtres LC") pour réaliser des bandes passantes séparées pour les différents canaux. la "valeur - limites de la fréquence' â laquelle l'amortissement du filtre à fréquence variable commence à augmenter rapidement (valeur limite qui sera indiquée par la suite par le symbole "f "), ne doit guère varier 10 avec la température, sinon lès canaux se chevauchent partiellement, ce qui se traduit par un mélange dès signaux téléphoniques. Cette valeur limite fQ est déterminée par les fréquences de résonance (f^) des circuits LC dans le filtre. Ifi fréquence de résonanoe est donnée par la relation • " . 15 fr - 2?fVS^ dans laquelle f représente la fréquence de résonance exprimée en Hz (hertz), L la selfinductance de la bobine du filtre exprimée en H (henry) et C la capacité du condensateur du filtre exprimée- en F (farad). Pour obtenir une fréquence de résonance pratiquement insen-20 sible aux variations de la température du-filtre LC, il faut une valeur du produit LC pratiquement indépendante de la température. L'utilisation du polystyrène comme diélectrique pour lesccndsa-sateurs des filtres offre plusieurs avantages, entre autres un prix relativement bas et un facteur de pertes (tangente b) relativement 25 faible. Toutefois, le coefficient de température de la capacité (C) d'un condensateur en polystyrène est d'environ -150 x 10~^ par °C. Afin de pouvoir utiliser de tels 6ondensatèurà dans les filtres. LC envisagés, il faut combiner ces condensateurs avec des bobines, dont la variation de la selfinductance L en fonction de la température 30 compense pratiquement celle de la capacité C du condensateur, de sorte que le produit LC des circuits LC du filtre reste sensiblement constant lorsque la température varie, La tendance à réduire le plus possible les dimensions de l'appareillage des canaux incite â construire des bobines pour filtres 35 toujours plus petites. De ce fait, on s'efforce d'augmenter la perméabilité magnétique initiale effective du noyau magnétisable de la bobine. Afin de pouvoir utiliser des condensateurs en polystyrène, il faut que le noyau de la bobine présente un coefficient de température ("TC") de la perméabilité magnétique initiale effective ("yue") pra-4-0 tiquement constant, réglable dans une large gamme de températures. 69 14000 2 2007694 Pour 'obtenir le coefficient àe température requis de la bobine, on • part du facteur de température("TP'r) du noyau"de la bobine. Le fac-teàr de température est défini par la formule^ (TF) (/Ue}t (/ueU : , (tx - tr) » ; x', r , • : - •. • ( ia. ) . . (t -t ) - V e't K x r' ■ . . . - ' r . ' • ' ' s..»., .5 dans laquelle (yfUg)^ représente la valeur de la ..perméabilité magnétique initiale effective du noyau magnétisable à la température t^, alors que ( ai ). représente la valeur de ia perméabilité magnétique • r. initiale à la température de référence tr. Dans le cas où la longueur de l'entrefer dans le noyau magnétisable est égale à zéro, (/ug)t ' x 10 représente la perméabilité magnétique initiale du matériau du noyau magnétisable â la température t . D'une façon générale, on choisit comme température de référence la température ambiante normale. La relation entre les grandeurs TC et TP est donnée par la relation ÏC - TP x /u . / ® 15 . L'invention fournit un nouveau groupe de noyaux-magnétisa bles répondant aux conditions .précitées. Ces noyaux magnétisables constitués par des fferrites de manganèse-zinc contenant des ions ferreux et des ions titane, présentent d'unepart un facteur de température pratiquement constant pouvant' être réglé â une valeur désirée 20 dans une large zone de.températures et d'autre part, .une composition en oxydes métalliques choisie dans la gamme définie par les limites suivantes eû pourcentages molaires 1 27 â 40 % de MnO 8 à 16~™ $ 'de ZnO 25 -40 â 49,5 % de Pe203 _ 0,5 â 7 % de Ti02 3 â 7»5 % de PeO. De préférence, la teneur en. TiOg est choisie dans une gamme de 2 â 6% en moles. 30 II y a lieu de noter que les pourcentages cités de PeO sont basés sur la supposition que tout le manganèse présent dans le ferrite est bivalent et tout le titane quadrivalent. Les noyaux magnétisables conformes ,â l'invention sont obtenus suivant les techniques usuelles pour là réalisation de noyaux 35 magnétisables en ferrite, selon lesquelles un mélange (généralement préchauffé) des oxydes des métaux susceptibles de former des 69 14000 3 2007694 ferrites (oxydes dont au moins un peut entièrement ou partiellement être remplacé par un ou plusieurs autres composés desdits métaux susceptibles de se transfomer par chauffage .en oxydes), sont comprimés de façon â obtenir la forme requise, puis chauffés â une température 5 supérieure à 1000°C. Conformément â l'invention, le mélange.mis en forme est chauffé (et de ce fait fritté) dans une atmosphère contenant de l'oxygène à une température minimale comprise entre 1100°C et 1450°C. De préférence, ladite température minimale est maintenue pendant une 10 durée comprise entre ^ et 1 heure. La pression partielle d'oxygène p_ de l'atmosphère dans la- 2 quelle s'effectuent le chauffage et le refroidissement est avantageusement adaptée â la température régnant dans cette atmosphère(comme il est connu par exempleparife brevet britannique îï° 891.131)» tant pendant 15 la durée où la température minimale est maintenue que pendant le refroidissement du corps fritté formé . ïïn diagramme donnant en abscisses les valeurs inverses de la température T exprimée en âegrés Eelvïn et en ordonnées les valeurs du logarithme décimal, log P_ , de la 2 pression partielle d'oxygène exprimée en atmosphèresest représentésur la 20 figure annexée. Gr, Inadaptation de la pression partielle d'oxygène, â la température s'effectue de préférence de façon que, pour fritter et refroidir une quantité déterminée dans un four, les valeurs correspondantes de log Pn et de =■ se situent sur une ligne 2 1 droite qui, éventuellement prolongée, coupe les droites A - E et C - D, 25 les points A, B, C et D portés sur le diagramme étant définis par le tableau G suivant TABLEAU G t (en °C) s .' T (en °K) ■•P°2 (en atmosphères ) 1 T iiog P0 2 points du diagramme 1150 1423 0,001 1 1423 -3 A 950 1223 0,001 1 1223 -3 B H50 1723 3,3 * 1 1723 +0,52 C 1450 1723 0,026 1 -1,58 D 1723 14000 4 2007694 10 15 20 25 30 Une adaptation plus -rigoureuse est obtenue lèr-que ladite ligne droite éventuellement prolongée, coupe les droites E-]?, et A-B, les points E et F portés sur le diagramme étant définis au tableau H suivant. TABLEAU S t (en *C) T (en °K) (en atmosphères) l T log Pq2 • points du diagramme 1350 1623 0,2 1 lé25 -o,7 E 1350 1623 0,005 Tm -1.3 F Sans être limitatif, un exemple de réalisation sera décrit dans ce qui suit. On part de plusieurs mélanges de carbonate de manganèse .KnCO^, d'oxyde ferrite Fe20j, d'oxyde de zinc ZnO et de dioxyde de titane TiOg, de compositions quantitatives différentes. Lesdits mélanges sont broyés, séchés, préchauffés (par exemple par chauffage pendant 4 heures dans l'air), refroidis et à nouveau broyés. On a tenu compte du degré de pureté des matières de départ et du fait que, lors du broyage, une petite quantité de fer est introduite dans ji les mélanges par suite de l'usure de l'appareil de broyage. La quantité de fer ainsi introduite dépend de la durée de broyage et est préalablement déterminée par voie empirique pour l'appareil de broyage utilisé. On réalise avec chaque mélange préchauffé et broyé une ou plusieurs séries d'anneaux présentant un diamètre extérieur de 14,8 mm, un diamètre intérieur de 7,4 m® et une hauteur de 6,5 mm..Chaque série de noyaux est introduite dans un four comportant un appareil permettant de régler la pression partielle d'oxygène Pn et chauffée 2 à la température de frittage pendant environ 45 minutes. Basuite les anneaux frittes sont refroidis dans le. four. Au cours du frittage et du refroidissement, la pression partielle d'oxygène de l'atmosphère régnant dans le. four est continuellement adaptée à la température régnant dans l'atmosphère de façon â satisfaire à la relation» °1 log » - -j- + c2» dans laquelle T représente la température exprimée en degrés Kelvin pendant le frittage et le refroidissement, alors que c^ et c^ représentent des'constantes pour chaque série d'anneaux ayant subie le frittage 69 14000 5 2007694 et le refroidissement. Au cours du traitement de la première série d'anneaux, la température de frittage est de. 1220°C, et la pression partielle d'oxygène de l'atmosphère du four e.st réglée de façon â satisfaire la relation linéaire» 5 lo%2 - - +7,82. ' - - = Dans ce cas, c1 - 143H, et Cg = 7,82. Cette, relation linéaire est représentée sur le diagramme par la ligne qui coupe i lesditeB lignes A-B et C-D. La ligne répond également à l'exigence (plus sévère) de couper la ligne E-F. 10 De. la façon décrite ci-dessuB, les anneaux de sept séries sont transformés en noyaux magnétisables. Le tableau E suivant mentionne pour chaque série d'anneaux la température de frittage, le réglage de la pression partielle d'oxygène de. l'atmosphère du four en fonction de la température régnant pendant le frittage et pendant 15 le refroidissement, le symbole désignant la ligne correspondante dans les diagrammes et la composition des noyaux magnétisables obtenus, exprimée en pourcentages molaires des oxydes MnO, ZnQ, FegO^, TiO^ et FeO. TABLEAU K Série N° . Température de Réglage pression partielle d'oxygène Composition ($ en moles) frittage (°C) *1 c2 MnO ZnO Fe2°3 Ti02 FeO 1 1220 14314 7,82 c 37,5 9,3 41,0 6,1 6,1 2 1220 20500 11,95 fi 32,5 12,7 48,2 1,2 5,4 3 1220 16457 9,44 r 35,6 10,6 43,7 4,3 5,8 4 1250 16457 9,44 r 35,6 10,6 43,7 4'5 5,8 l- 1400 12173 6,20 6 35,0 11,0 44,6 3,7 5,7 % 1250 16457 9,44 r 35,0 11,0 44,6 3,7 5,7 7 1220 14314 7,82 35,0 11,0 44,6 3,7 5,7 i La ligne "y" passe par le point E, alors que la ligne "S " passe par le point F* Les principales valeurs indiquant la qualité magnétique des noyaux ainsi obtenus sont mentionnées dans le tableau L qui donne» 69 14000 6 2007694 - dans la première colonne gauche, les numéros des séries (voir le. tableau K) d'-anneaux â partir desquelles sont réalisés les ■ noyaux, " ' • - ' ' — " ' -v" l» .... _ *....» • O'** . - dâhs' ïa'deuxième"- colonne, les valeurs-de.-la perméabilité initiale 5 yu^ (mesurée sur un noyau magnétisable annulaire ne comportant pas d'entrefe^ * - " " ~7. - dans la troisième colonne, les' valeurs du facteur de températures TP tel que défini ci-dessus, avec les trajets de températures correspondants, 10 - dans lia quatrième colonne, les valeurs du quotient t du facteur . de pertes tg i , mesuré â une fréquence de 100 kHz (sur noyau magnétisable annulaire sans entrefer), - dans la cinquième colonne celles du facteur de désaccomodation DP, défini par "la relation» 15 " DF „ (/Ui)lQ' " (/Ui)lOO' , ^/Ui^10'2 dans-laquelle (/u^)iQf représente la perméabilité initiale magné- t tique mesurée 10 minutés après la démagnétisation du noyau et (yu^).jQQ» la même grandeur mesurée 100 minutes après la démagnétisation, 20 - dans la «ixième colonne, les valeurs de la résistivité exprimées en ohm.cm et ' - dans la dernière colonne, les valeurs du point de Curie. 14000 7 2007694 TABLEAU L Série K° A Facteur de température tg& x 10^ A (100 kHz) DF x 106 ■f (Ohm. cm ) : 1 Point de Curie trajet de températures fi TF x 10 .1 1470 0°C - +23"C +23°C - +180"C 1,2 1,0 2*1 2. 1000 t°C) " 205" 2 960 0°C - +23°C +23°C - +180°C 1,4 1,2 4,4 3 550 200 3 1400 -90°C - +23°C #230C - +150°C 1,3 1,1 2,0 1 1800 205 4 1500 -70eC - +23°c +23°e - +150°c 1,5 1,5 2,3 2 2400 200 5 1870 -30®c - +23°C +25°C - +85°C 0,5 0,5 3,1 2,5 1 3 1100 200 6 1300. -60°C - +23°C +23°C - +170°C 1,4 1,2 2400 200 7 e.'. . . 1480 -40°C - êf5«C +23*C - 160°C 1,0 .0,9 2,2 2 2000 200 î ! i Les valeurs de mesure de ai. , tgS « DF et /° mentionnées A dans le tableau L concernent des mes.ures effectuées à la tempézature ambiante hormale (20*C). Avec des noyaux magnétisables â entrefer, on peut régler la perméabilité initiale Effective yug de façon à obtenir la meilleure compensation de température dans le cas d'utilisation du noyau dans un circuit LC contenant des condensateurs en polystyrène. Le coefficient de température d'un condensateur en polystyrène est d'environ -150 x 1CT6 par °C. La compensation de température est donc obtenue si l'on satisfait à l'exigence: 150 x 10~6 /u e = TF dans laquelle TF représente le facteur de température du noyau magnétisable. C'est ainsi que pour les noyaux magnétisables réalisées à partir des anneaux de la série (4)» TF étant de 1,5 x 10~6, la valeur 100 est la valeur la plus favorable de la perméabilité initiale -effective pour obtenir une bonne compensation de température. 69 14000 8 2007694 BE7EHDICÀTIOHS i 1. Noyau magnétisable en ferrite de manganèse-zinc contenant des ions ferreux et des ions titane, caractérisé en ce qu'il présente un facteur de température pratiquement constant pouvant être réglé 5 à -une valeur désirée dans une large zone de températures et, en ce que sa composition 011 oxydés métalliques est choisie dans la gamme définie par les limites suivantes en,pourcentages molaires. 27 à 40 % de MnO 8 à 16 de ZnO 10 40 à 49,5 % de FegO^ 0,5 à 7 % de Ti02 et 3 â 7,5 ^ ^ FeO. 2. Boyau magnétisable selon la .revendication i., caractérisé par une composition en oxydés métalliques choisie dans la gamme défini* par les 15 ' limites suivant## en pourcentages molaires# 27 â 40 .J6 de MnO 8 â 16 $ de ZnO " 4P à 49,5 % de Fe203 2 à 6 £ de Ti02 20 et 3 â 7,5 £ de FeO. 3. Procédé pour la fabrication d'un noyau magnétisable selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un mélange, généralement préchauffé, des oxydes métalliques susceptibles de former lè ferrite est chauffé à une température comprise entre 1100°C et 1450°C dans 25 une atmosphère contenant de l'oxygène. 4. Précédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un des oxydes métalliques susceptibles de former 3e ferrite peut être remplacé entièrement ou partiellement par au moins un autre composé des métaux en question, composé qui par chauffage se trans- 30 forme en oxyde métallique correspondant. 5. Procédé selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la température maximale atteinte pendant le chauffage est maintenue pendant i â 1 heure. '6. Procédé selon les revendications 3 & 5, caractérisé en ce que 35 lors du chauffage à la température maximale et du refroidissement lui succédant, la pression partielle d'oxygène Pn de l'atmosphère 2 dans laquelle s'effectuent le chauffage et le refroidissement est adaptée â la température de ladite atmosphère de façon à satisfaire à la condition °l0S P02 " " T~ + C2 * 69 14000 9 2007694 dans laquelle T représente la température ('ët Cg des . oonstaïrtes dont les-valeurs sont ;choisies de. façon qu'à une valeur de Pn = 0,001 atmosphère^ -la : température,tsoit comprise entre 2 . t _ _ , 950*C et 1150°G et qu'à une température de 1450°C, la" valeur de Pn 5 soit comprise entre 0,026 e,t. J.,3 atmosphères. 7» Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs des constantes c^.'et Cg sont choisies de façon qu'à une température de 1550°C, la valeur de Pa soit comprise entre • • "• ' ~ 2 0,05 et 0,2 atmosphère. , , -