Brevet FR2085452A1 — publié le 19711224

L'invention est relative aux noyaux toriques de ferrite à cycle d'hystérésis rectangulaire applicables à la constitution des mémoires de machines à calculer électroniques; elle est aussi relative aux procédés de fabrication de tels noyaux. On sait que les propriétés dynamiques des noyaux toriques de ferrite à cycle d'hystérésis rectangulaire sont parmi les plus importantes, carelles conditionnent la vitesse de fonctionnement de ces mémoires, et que ces propriétés s'améliorent, et notamment que leur temps de basculement diminue dans les conditions normales d'utilisation, lorsque toutes les dimensions de ces noyaux deviennent de plus en plus petites. C'est ainsi qutac- tuellement les meilleures performances à ce point de vue sont obtenues avec des "microtorest' dont les diamètres extérieur et intérieur sont respectivement de tordre de 0,3 mm et 0,17 mm environ. Mais, ces microtores présentent aussi beaucoup d'inconvénients, principalement mécaniques. En effet, comme le rappelle R. M. WHALEN dans Electronics (1969), 13, 108-1î0, "les principaux problèmes dans les tores les plus petits sont plus d'ordre mécanique qu'électrique. La fabrication, le contrôle et le bobinage de tores deviennent d'autant plus difficiles que la taille des tores est plus réduite. L'invention a pour but d'améliorer les propriétés magnétiques desdits noyaux toriques tout en supprimant ou atténuant les inconvénients rappelés ci-dessus. Dans ce but, les noyaux toriques à cycle d'hystérésis rectangulaire, applicables à la constitution des mémoires de machines à calculer électroniques, sont caractérisés par le fait que le rapport entre leur épaisseur radiale et leur diamètre moyen est compris entre 0,075 et 0,20, cette épaisseur étant au moins égale à 0,1 mm. Dans ce but également, le procédé de fabrication des noyaux toriques à cycle d'hystérésis rectangulaire, applicables à la constitution des mémoires de machines à calculer électroni ques, est caractérisé par le fait que l'on prépare d'abord une ébauche de noyau torique dont le rapport entre l'épaisseur radiale et le diamètre moyen est supérieur à 0,20 et dont l'epaisseur radiale est déterminée par la condition qui suit, puis que l'on diminue l'épaisseur radiale de cette ébauche jusqu'à une valeur au moins égale à 0,1 mm et jusqu'à une valeur de ce rapport comprise entre 0,075 et 0,20.Bien qu'il soit possible de diminuer cette épaisseur radiale par un procédé mécanique, il est plus avantageux de le faire par dissolution chimique ou électro- chimique, notamment dans un bain constitué par une solution aqueuse d'acide orthosphosphorique. Il y a intérêt à soumettre à cette dissolution chimique l'ébauche préalablement bobinée avec un fil revêtu d'une substance vis-à-vis de laquelle le bain de dissolution est inerte, en vue de réaliser un tore bobiné. On constate que l'amélioration des propriétés dynamiques du moyeu torique est liée à la réduction, non pas de toutes ses dimensions comme on le croyait jusqu'ici, mais de la seule épaisseur radiale du noyau torique. Grâce à l'invention, on peut ainsi obtenir pratiquement les mêmes résultats (temps de basculement par exemple) avec un noyau torique de diamètre moyen relativement important (par exemple 2 mm) et avec un noyau torique de diamètre moyen très petit, à condition que ces noyaux aient la même épaisseur radiale. L'invention pourra de toute façon être mieux comprise à l'aide du complément de description qui suit et des dessins ciannexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés. Les figures 1 et 2 de ces dessins illustrent deux opérations successives du procédé de fabrication conforme à l'invention. La figure 3 montre, à plus grande échelle, un détail de l'ébauche de noyau torique bobinée utilisable dans la phase du procédé illustrée à la figure 1. La figure 4, enfin, montre, par plusieurs courbes, la variation du temps de basculement de noyaux de ferrite de diverses compositions en fonction de leur épaisseur radiale. Selon l'invention, on prépare tout d'abord de façon classique une.ébauce du noyau-toriqut 1 (figure 1) dont le rapport entre l'épaisseur radiale a et le diamètre moyen D est supérieur.à 0,20. Puis, on diminue l'épaisseur radiale de cette ébauche 1, de façon à obtenir un noyau 2 (figure 2) dont ltépais- seur radiale b est au moins égale à 0,1 mm et telle que le rapport b/D soit compris entre 0,075 et 0,20. Dans ce but, on plonge l'ébauche 1 dans un bain de dissolution chimique 3 dont la composition est adaptée à celle de la composition du ferrite. On peut, par exemple, utiliser un bain contenant 850cm3 d'acide orthophosphorique, de densité 1,70, et 100cm3 d'eau dis tillée. Chauffé à 185"C, le bain attaque progressivement le ferrite, avec une vitesse qui varie avec la composition du ferrite mais qui est relativement grande et très reproductible. Si on évalue la vitesse de dissolution par diminution de l'épais- seur radiale par minute, on trouve par exemple une vitesse de 0,01 mm par minute pour une ébauche de ferrite de lithium-nickel dont le diamètre moyen D est égal à 1,8 mm, avec un bain à 185"C. On peut régler la vitesse de dissolution en agissant sur la température du bain. Dans ce qui suit, on va décrire plusieurs exemples de préparation de noyaux toriques avec des compositions moléculaires différentes. On définira le temps de basculement Exemple 1 - On prépare deux tores de ferrite A, B par frittage d'un mélange d'oxydes ayant la composition moléculaire 40 MnO, 20 MgO, 40 Fe203, à 1200"C dans une atmosphère formée de 99 % N2 et i h 2 (en volumes). Les dimensions de ces tores sont les suivantes D = 1,775 mm ; épaisseur radiale 0,325 mm. Puis, on diminue l'épaisseur radiale a du tore B de façon qu'elle prenne pour valeur b = 0,15 mm. Les deux noyaux constitués du tore A et du tore B aminci ont donné les temps de basculement suivants A : B : On constate que le noyau B-(b/D = 0,08) a un temps de basculement inférieur à celui du noyau A (a/D = 0,18). Exemple 2 - Par frittage d'un mélange d'oxydes à 1200"C dans une atmosphère formée de 80 -h N et 20 % O. (en volume), on prépare deux noyaux toriques de ferrite E, F ayant la composition moléculaire suivante : Lio 4Fe2 4Nio t 4 Les dimensions de ces tores sont les suivantes diamètre extérieur : 2,125 mm diamètre intérieur : 1,393 mm diamètre moyen : 1,759 mm épaisseur radiale : 0,366 mm. On soumet le tore F à une diminution d'épaisseur par une attaque plus importante de sa surface extérieure que de sa surface intérieure, en sorte que ses dimensions définitives sont les suivantes diamètre extérieur : 1,696 mm diamètre intérieur : 1,411 mm diamètre moyen : 1,553 mm épaisseur radiale : 0,142 mm Le champ coercitif et le champ maximum étant du même ordre que dans le cas précédent, on constate que les temps de basculement des noyaux E et F sont respectivement de 315 et 270 ns, ce qui prouve bien la supériorité du noyau F par rapport au noyau E. Exemples 3, 4 et 5 - On prépare des tores de ferrite ayant les compositions suivantes Mn1,1Fe1,904 (frittage à 1200 C pendant quatre heures dans la même atmosphère qu'à l'exemple 1) Li0,35Fe2,34Mn0,3Si0,01O4 (frittage à 1075"C pendant 0,35 2,34 0,3 0,01 quatre heures dans une atmosphère d'azote) 0,35 iO,2ZnO,1Fe2,3504 (frittage à 1200"C pendant 0,35 0,2 0,1 2,35-4 quatre heures dans la même atmosphère qu'à l'exemple 2). Si l'on reporte sur la figure 4 les épaisseurs radiales e (en mm) en abscisses et les temps de basculement chapqénotablement. Dans ce qui précède, on a supposé que seule l'ébauche de noyau 1 était plongée dans ie bain de dissolution chimique (figure 2). Selon une variante illustrée à la figure 3, on peut plonger dans ce bain l'ébauche 1 bobinée avec un fil 4 revêtu d'une couche. 5 de matière inattaquable par ce bain et telle que le polytétrafluoréthylène. Quel que soit le mode de réalisation adopté, la fabri- cation reste facile puisque les opérations de matriçage, de frittage et éventuellement (figure 3) de bobinage sont faites sur des tores relativement gros. Le diamètre moyen de l'ébauche et sa hauteur peuvent être choisis pour que le signal dé lecture garde une intensité élevée et, dans le cas de la figure 2, pour que le diamètre intérieur du tore aminci soit largement suffisant pour permettre un bobinage commode des conducteurs. 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 Noyau torique à cycle d'hystérésis rectangulaire applicable à la constitution des mémoires de machines à calculer électroniques, caractérisé par le fait que le rapport entre son épaisseur radiale et son diamètre moyen est compris entre 0,075 et 0,20, cette épaisseur étant au moins égale à O,l mm. Procédé de fabrication de noyau torique à cycle dhysté- résis rectangulaire applicable à la constitution des mémoires de machines à calculer électroniques, caractérisé par le fait que l'on prépare d'abord une ébauche de noyau torique dont le rapport entre l'épaisseur radiale et le diamètre moyen est supérieur à 0,20 et dont l'épaisseur radiale est déterminée par la condition qui suit, puis que l'on diminue l'épaisseur radiale de cette ébauche jusqu'à une valeur au moins égale à 0,1 et jusqu'à une valeur de ce rapport comprise entre 0,075 et o,200 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la diminution de l'épaisseur radiale est réalisée par dissolution chimique ou électrochimique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le procédé de dissolution chimique est opéré dans un bain constitué par-une solution aqueuse d'acide orthophosphorique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait qu'on soumet à la dissolution chimique l'ébauche préalablement bobinée avec un fil revêtu d'une substance vis-à-vis de laquelle- le bain de dissolution est inerte, en vue de réaliser un tore bobiné.