Brevet FR2085453A1 — publié le 19711224

L'invention est relative aux noyaux de ferrite, dits "à cycle d'hystérésis rectangulaire" et constitués essentiellement par une solution solide d'oxydes de fer, manganèse et/ou nickel et lithium, ces noyaux étant applicables à la constitution des mémoires de machines à calculer électroniques. On sait que deux des propriétés que doivent présenter ces noyaux sont un temps de basculement court et un cycle d'hys térdsis aussi rectangulaire que possible. En ce qui concerne la première de ces propriétés, il a été démontré, par les travaux des inventeurs et par d'autres (EBERHARD SCHWABE, Zeit. für Angewandte Phys. 1964, 17, nO 3, p. 231-235), qu'une condition favorable pour l'observation d'un temps de basculement court, dans les conditions normales d'utilisation, est la constitution de ces noyaux en matériaux polycristallins présentant des grains aussi fins que possible. Toutes choses égales par ailleurs, les grains sont d'autant plus fins que le traitement thermique de préparation de matériau est fait à plus basse température et que la durée de ce traitement est plus petite. En ce qui concerne la deuxième des susdites propriétés, l'analyse chimique a montré l'existence de fer bivalent dans les ferrites à base de lithium qui sont parme les plus utilisés pour les applications susindiquées et l'expérience a prouvé que la présence d'une certaine proportion de fer bivalent y-est nécessaire pour que le cycle d'hystérésis magnétique présente la rectangularité nécessaire.Le procédé qu'on utilise généralement pour obtenir une certaine proportion de fer bivalent est de choisir, d'une part, une composition telle, du mélange initial d'oxydes à soumettre au traitement thermique, que le- ferrite comporte un excès de fer par rapport à la stoechiométrie et, d'autre part, une température de traitement thermique suffisamment élevée ou une durée de ce traitement suffisamment longue pour qu'une certaine quantité de fer trivalent soit réduite à lçetat bivalent. On voit qu'il y a incompatibilité entre les conditions de traitement thermique exigées pour l'obtention des deux pro pries que doivent posséder les noyaux de ferrite en question. L'invention a pour but de créer des noyaux dans lesquels ces deux propriétés soient malgré tout réunies. Dans ce but, les noyaux de ferrite définis ci-dessus sont caractérisés par la présence d'une faible quantité de silicium. De préférence, ces noyaux ont l'une des compositions suivantes Li Fe M Si O 2 - z 2,5 - Y ~ x Y avec M = Mn et/ou Ni 0,1 sy QO,J 0,01 / x On constate que la faible quantité de silicium favorise, par induction de valence, la formation de fer bivalent sans augmentation de la température ou de la durée du traitement thermique, ce qui permet d'obtenir un cycle d'hystérésis bien rectangulaire tout en donnant la possibilité de choisir les conditions du traitement thermique qui favorisent un temps de basculement court. L'invention pourra, de toute façon, être mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation qui suivent et qui ne présentent d'ailleurs aucun caractère restrictif. Dans tous ces exemples, on broie dans l'alcool pendant vingt-quatre heures un mélange de poudres de Li2O, Fe > Oj, Mn O ou NiO et SiO2 dans les proportions définies ci-après ; on décante, on sèche, on comprime et on soumet à un traitement thermique oufrittage le mélange ainsi formé. La température de ce traitement est comprise entre 1050 C et 11000C, et l'atmosphère con-- tient en volume de O à 5 d'oxygène, le complément étant de l'azote. Le palier en température dure quatre heures et le refroidissement est fait dans le four même de traitement. On dési gne ci-après comme d'habitude par H le champ magnétiaant, par H m c le champ coercitif, par B l'induction maximum et par B l'induc m r tion rémanente.On désigne, en outre, par # le temps de bascule- ment ui est mesuré comme étant le temps qui s'écoule entre les instants où la force électromotrice induite dans un enroulement secondaire passe d'abord en croissant, puis en décroissant, par une valeur égale au dixième de la valeur maximale. Exemple 1 - Ferrite Li0,5Fe2,34Mn0,3Si0,01O4 Conditions de frittage : 11000C ; 0,9 o d'oxygène. Dimensions du tore fini diametre moyen D : 1,8 mm épaisseur radiale e : 0,143 mm hauteur : O, 0,5 mm. Pour H = 10 Oe, H = 5,7 Oe, m c -H /2 Br/Bm = 0,95 Rs = m = 0,80 # = 168 ns. BH m Par comparaison, on effectue dans les mêmes conditions le frittage d'un ferrite ayant la même composition que ci-dessus, à ltexception près que la totalité du silicium est remplacée par une quantité équimolaire de fer. On constate qu'en raison de ce simple remplacement, le cycle à forte rectangularité du ferrite contenant du silicium se transforme en un cycle normal pour le ferrite sans silicium. Exemple 2 - Ferrite Li0,4Fe2,39Mn0,2Si0,01O4 Conditions de frittage : 1100 C,azote pur. D : 1,54 mm e : 0,14 mm. Pour H = 6,8 Oe, H = 4 Oe, m c B 1,B = 0,90 R = 0,54 #= 335 ns. r m s Exemple 3 - Ferrite de même composition qu'à l'exemple 2. Conditions de frittage : 1150 C, N2 + 1,3 % 02, D : 1,6 mm e : 0,153 mm. Pour H = 8 Oe, H = 4,8 Oe, m c B /Bm= 0,95 R = 0,81 # = 405 ns. s Exemple 4 - Ferrite de même composition qu'à l'exemple 2. Conditions de frittage : 1150 C, N2 + 5,1 % O2. D, e, H , H : comme à l'exemple 3 c Br/Bm s 0,95 R = 0,89 # = 275 ns. s Exemple 5 - Ferrite de même composition qu'à ltexemple 1. Conditions de frittage . 1075"C, N2 pur. D : 1,6 mm e : 0,158 mm. Pour H = 6 Oe, H = 3,5 Oe, m c Br/Bm = 0,935 K = 0,64 # = 382 ns. s Exemple 6 - Ferrite Li0,4Fe2,39 Ni0,2Si0,01O4 (Même composition qu'à l'exemple 2, abstraction faite du remplacement de Mn par Ni). Conditions de frittage : il50 C 7 oxygène pur. D : 1,8 mm e : 0,380 mm. Pour H = 6 Oe, H = 3,2 Oe, m c B /B = 0,90 R = 0,9 r m s Exemple 7 - Ferrite de même composition qu'à l'exemple 6. Conditions de frittage : 11000C, oxygène pur. D : 1,8 mm e : 0,30 mm. Pour H = 7 Oe, H = 4 Oe, m c B /B = 0,87 R - 0,4 t= 320 ns. r m s Les exemples qui précèdent montrent que l'invention permet bien d'obtenir un cycle d'hystérésis magnétique bien rectangulaire et un temps de basculement très court. Dans tous les cas, on utilise un mélange initial d'oxydes ayant un degré de pureté d'au moins 99,5 % en poids, et de préférence d'au moins 99,8 %. Les deux exemples suivants, qui ne sont pas relatifs à des ferrites conformes à l'invention, montrent la nocivité d'un excès de silicium. Les valeurs très faibles observées pour la rectangularité B /B n'ont pas justifié de faire des mesures plus r m complètes qui auraient été sans signification. Les conditions thermiques y sont les mêmes : 1200 C, oxygène pur, durée du palier de quatre heures. Exemple A - Ferrite L0,35Fe2,35Ni0,25Si0,05O4 0,35 2,35 0,25 0,05 Pour H = 25 Oe, H = 4,6 Oe, m - c Br/Bm = 0,435. Exemple B - Ferrite Li0,35Fe2,35Ni0,2Si0,1O4. Pour H = 25 Oe, H = 3 m c - ,5 0e, B /B = 0,185. r. m Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Noyau de ferrite, à cycle d'hystérésis rectangulaire, constitué essentiellement par une solution solide d'oxydes de fer, manganèse et/ou nickel et lithium et applicables à la constitution de mémoires de machines à calculer électroniques, caractérisé par la présence d'une faible quantité de silicium propre à favoriser la formation de fer bivalent sans augmentation de la température ou de la durée du traitement thermique, ce qui permet d'obtenir un cycle d'hystérésis bien rectangulaire tout en donnant la possibilité de choisir les conditions du traitement thermique qui favorisent un temps de basculement court. 2. Noyau de ferrite selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a l'une des compositions suivantes Li0,5- # Fe2,5- # - x MySiO4 avec M = Mn et/ou Ni 0,1 0,01 4 0,02.