Brevet FR2390402A1 — publié le 19781208

L'invention concerne une ferrite de manganèse et de zinc La demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le N 1 123 243 a fait connaître une ferrite de manganèse et de zinc, qui est constituée par un mélange fritté d'oxyde de fer, d'oxyde de manganèse et d'oxyde de zinc, comportant 0,005 à 0,3% en poids d'oxyde de calcium et 0,005 à 0,035% en poids de bioxyde de siliciums Cette ferrite, dont l'utilisation se situe dans la plage des 100 kHz, se caractérise par une perméabilité élevée, ctesS dire par une perméabilité qui atteint au moins 2000, et par une qualité élevée Ces propriétés sont obtenues grâce à l'utilisation de matières premières de grande pureté, ctest-à-dire grâce à ltutilisation de matières premières dont le taux d'impuretés total est inférieur à OssO01 en poids de SiO2. Il est en outre connu, d'après cette demande de brevet allemand, d'effectuer des addition d'étain et de titane pour réaliser la commande ou le réglage du coefficient de température , lesdits additifs - selon cette demande de brevet allemand - n'affectant pas l'action, c'est-àdire les propriétés ou caractéristiques désirées de ces ferrites. Pour réaliser de telles ferrites, on propose enfin d'effectuer un frittage à 12000C dans une atmosphère d'azote très pure. Les matières premières usuelles dans le commerce, que l'on peut obtenir aujourd'dhui de même que certainement à l'époque du dépot de la demande de brevet indiquée plus haut, possèdent ou possédaient déjà des impuretés de SiO2, qui se situaient à un pourcentage compris dans la plage des valeurs indiquées plus haut pour le SiO2, c'est-à-dire dans la plage comprise entre 0s005 et 0,035 en poids0 Des ferrites, qui peuvent être utilisées à des fréquences allant jusqu'à environ 1 MHz et qui possèdent une perméabilité moyenne d'environ 900 à 1600 et qui sont fabriquées, pour des raisons d'économie de prix de revient, à partir de matières premières usuelles dans le commerce et de ce fait entachées d'impuretés, et à une température de frittage relativement basse, possèdent en général une porosité élevée dlune façon indésirable. Ce problème était jusqu'alors d'une importance relativement faible étant donné que dans la plage de perméabilité allant de 900 à 1600, pratiquement aucune ferrite de manganèse et de zinc de haute qualité notait fabriquée et que le problème de la porosité ne se présentait pas dans le cas de perméabilitéginitialeg 2000, étant donné que pour ces substances, en général des températures de frittage assez élevées étaient permises ou même nécessaires0 La présente invention a pour but d'indiquer une solution permettant d'obtenir, avec un prix de revient intéressant, des ferrites de manganèse et de zinc possédant des perméabilités initiales comprises entre environ 900 et 1600, de faibles pertes et une densité relativement élevée et qui peuvent être utilisées par exemple dans la plage des fréquences s'étendant jusqu'à environ 1 MHz. Pour résoudre ce problème l'invention prévoit une ferrite, dont les composants initiaux impurs, usuels dans le commerce, incluent 50 à 55% en moles de Fie 203 et dans laquelle éventuellement une quantité allant jusqu'à 5% en moles de Fe2O3 est remplacée par du SnO2 et/ou par du TiO2 , contient 10 à 40% en moles de Ma0 et le reste en ZnO avec en supplément 0,06 - o, 1% en poids de CaO, et 0,005 - 0,03% en poids de SiO2 Il s'est avéré que l'addition de Si02, conforme à l'invention, à des matières premières usuelles dans le commerce, qui contiennent déjà en tant qu'impuretés la quantité mentionnée de 0,005 à 0,035% en poids de SiO2, a une grande influence sur la densité de frittage de ces substances, avec simultanément une action favorable sur toutes les propriétés magnétiques. Une ferrite, dont les composants initiaux impurs usuels dans le commerce sont présents avec les pourcentages indiqués précédemment,peut contenir en supplément, de préférence 0,06 à 0,08% en poids de CaO et 0,01 à 0,015% en poids de SiO2 et peut contenir éventuellement une addition supplémentaire de 0,03 à 0,5% en poids de CoO. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés plusieurs exemples de réalisation d'une ferrite conforme à l'invention0 ler exemple de réalisation A une ferroferrite de Mn-Zn-Sn-Ti, dont les composants initiaux sont prévus avec les pourcentages suivants 52,2% en moles de Fe203 32,0% en moles de MnO 14,2% en moles de ZnO en en moles de SnO2 1,1% en moles de TiO2 et dont le pourcentage d'impuretés de SiO2, usuelles dans le commerce, atteint environ 0,025 en poids, on ajoute en supplément 0,1% en poids de CaCO3 et o,ois% en poids de SiO2.Les composants initiaux ont été ici mélangés de façon usuelle, frittés éventuellement à une température comprise entre 800 et 9000C et notamment à 850 C, additionnés de O,1% en poids de CaCO3, broyés à l'état humide pendant environ 2 heures, séchés, puis la poudre séchée et munie d'un liant a été soumise à une opération de pressage avec une pression de 1 kbar.cm-2 pour former des noyaux annulaires ou toresCes tores furent chauffés dans une atmosphère de N2 jusqu'à la température de frittage comprise entre environ 1150 à 12000C et égale notamment à 12000C,furent frittés à cette température dans une atmosphère de N2 avec quelques pour cent en volume d'oxygène, et notamment 4 % de 02, pendant 1 heure et furent refroidis, avec une réduction de la pression de O2, de telle manière qu'à 10200C, environ 0,15% de 02 était présent et qu'à 960 C encore 180 ppm de 02 étaient présents dans le gaz N20 Les données caractéristiques des tores ainsi obtenues sont ï # 1450 g#/#i = 1,1.100-6 pour 100 kHz -6 = 5.5.10-@pour 600 kHz pour = 8,7.10 pour 800 kHz #B = 0,@@. @@ pour 100 kHz &alpha;/ i = (0,5 # 0,1).10-6k-1, de 0 à 60 C Densité : 4,82 gcm-3. Un tore possédant la même composition et réalisé de la même façon, mais sans l'addition conforme à l'invention de SiO2 , possède les propriétés suivantes i #1440 tg#/ i = 1,5.10-6 pour 100 kHz = 7,5010-6 pour 600 kHz =11,5.10-6 pour 800 kHz #B = 0,4.10-6/mT pour 100 kHz i = (0,5 # 0,3).10-#K# , de 0 à 60 C Densité = 4,55 gcm La Eomparaison de ces données caractéristiques montre nettement l'amélioration de la densité et des pertes par suite de l'adjonction voulue de SiO2.Sur les figures 1 et 2 on a représenté de façon démonstrative la différence de porosité au moyen de deux microcraphies (échelle 1:800) de ces deux ferrites, la figure 1 étant associée à la ferrite fabriquée exclusivement à partir de matières premières impures usuelles dans le commerce, tandis que la figure 2 est associée à la ferrite qui contient des additifs de SiO2 dépassant les taux d'impuretés de SiO2 usuels dans le commerce. Les autres exemples de réalisation sont rassemblés dans le tableau 1, qui est reproduit plus loin, en partant d'une composition de base 52,25% en moles de Fe2O3 32,65% en moles de MnO 13,50% en moles de ZnO 0,50* en moles de Sn02 1,1% en moles de Ti02 qui contient une addition de 0,1% en poids de CaC03 et possède un taux d'impuretés de SiO2 usuel dans le commerce égal à 0,02* en.poids et à laquelle sont ajoutées des quantités croissantes de SiO2 allant de 0,005% en poids (Si@) à 0,02% en poids (Si5). La fabrication des pièces pressées a été effectuée comme dans le cas de l'exemple de réalisation N 1.Les données caractéristiques obtenues des tores sont rassemblées dans le Tableau 1 en fonction des additions de SiO2 et d'autre part en Tableau 1 : Propriétés magnétiques et densités de ferrites de Mn-Zn-Sn-Ti dopées par du Si O n Al L h cU 000 0 0 cq o o o o o o o m u) o ck I o uE m uE o n m e de ce sité sité ce spéci- Pj o kHz o o frittage et o 100 Oc ro--c,, - X o uo n o n n 'n uE e r h L L 0000 00 Si +l chauffage +l 4,55 il +l 1420 +l 0,25 0,8+0,3 1,0+0,5 +I dans a) ooN2 O r r s /N o o o o o o Si 1 frittage: 0,005 4,62 9,4 890 1410 0,9 0,2 0,8+0,3 1,0+0,5 1,5+ 0,5 b :4 E Si 2 N heure dans 0,0075 4,73 7,25 980 Cfil (5 XD m o N2 avec 4% 0 o s ~ 0 \o aec no b o OhO rcrrr o 6o r000-(V 80 ppm à o Si 5 ct 4,86 X X 1290 2,1 t w 6 O &commat; 9 A E A o - o o o o X o o ,1 X z &commat; wo so aa o O o I vo o + o o ~ > z ov o o o vo o h &commat; Z X No m O g oH Ps X F no m X E ls m n xo w \ O rl ~ ~ F bD n X 4 4 4 4 X zF Q m o . o o 9 o O o MÇQ X o o O o o O I l O I O a O g &commat; rl A XD &commat; 6 > U) 0e Us X > R O l Xs &commat; o o Q Q o rl &commat; ,1 6D h U o t NA 4 9 &commat; v z U V h O H x O: E ' &commat; &commat; A v &commat; > &commat; A g A t &commat; h o : X ç o o U ' ; E U O E o R ozo = X h O O A- bO VXt X 0t v > ; k S =t 0O saetmop o X cm X m 8XOtIB8qllS g 4 un rl rl d , t . tQ > ] m U] (a ck cA o o n oO O oo o o o o - o o r c? -SO r 8 08 8C I oo +I +I w ,Z, cu ~ densité porc- rsistan- tJ/i B .q et de refroi i kHz de frittage O O O té sité 0 Si O s X n n X m S sq v dans N Si '9 1 frttagei \o 0,005 4,60 9,8 - 1330 1,5 0,4 0,3 +0,1 0,3 Si 2 m heure dans 0,007 4,66 8,6 O 1350 î,45 m Ir\ C1 E l N m 4 n cn F o 60 ~ . avec 1% 02 Si 3 0,15% o à 0,01 m o i a7 cm un ofi 4 m > cq 10800 et . I Si 5 0,02 4,81 5,7 - 950 1,7 0,55 1,3 1,0 0,8 4) 0 d J H O H O > d h O o o oo oo a) xo aD F F s Q rl ro Tl E e o o no o o O d )t XO 1s F aD \ O MD F Q ~ 14) X {Q un n t O ' O O ~ ~ CM OvI O O O O O O EQI O O O O O l hD d s X O ^ ç &commat; t O s o t., Q D O o O AV 4 d E v t X V h O Q,o vi h O O v o > > s o O e 4d e tQ S 0 ZD d m O O Q O &commat; d d h cz t o g o g O ô so,eimop o o X o seowel sqns ç + T Sal lun m X B fonction de deux températures et atmosphères de frittage différentes. D'après le tableau il est visible que les additifs de SiO2 accroissent la densite et, jusqu'à une limite dépendant de la température de frittage et des matières premières, également la résistance spécifique, ce qui fournit même pour t #1400, encore de faibles coefficients de pertes pour les fréquences assez élevées. REVENDICATIONS 1) Ferrite de manganèse et de zinc possédant des perméabilités initiales comprises entre environ 900 et 1600 et de faibles pertes et qui peut etre utilisée dans la plage de fréquences s'étendant jusqu'à environ 1 MHz, caractérisée par le fait qu'une ferrite, dont les composants initiaux impurs, usuels dans le commerce, incluent 50 à 55% en moles de Fie 203 et dans laquelle éventuellement une quantité allant jusqu'à 5* en moles de Fie 203 est remplacée par du Sn02 et/ou du Ti02, contient 10 à 40% en moles de Ma0 et le reste en ZnO avec en supplément 0,06 - o, 1% en poids de CaO, et 0,005 - 0,03% en poids de SiO2 2) Ferrite suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'une ferrite, dont les composants initiaux impurs, usuels dans le commerce, incluent 50 à 55% en moles de Fie 203 et dans laquelle éventuellement une quantité allant jusqu'à 5% en moles de Fe203 est remplacée par du Sn02 et/ou du Ti02, contient 10 à 40% en moles de MnO et le reste en ZnO avec un supplément 0,06 à 0,8% en poids de CaO et 0,01 à 0,015% en poids de Si02 3) Ferrite suivant les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble, caractérisée par le fait que la ferrite contient en supplément 0,03 à 0,5% en poids de CoOO 4) Ferrite,caractérisée par le fait qu'elle comporte des matières premières possédant un pourcentage de SiO2, usuel dans le commerce, compris entre 0,05 et 0,035% en poids0 5) Ferrite, caractérisée par le fait qu'elle comporte un pourcentage total de SiO2 compris entre 0,036 et 0,04 en poids 6) Ferrite, caractérisée par le fait que les pourcentages de ses composants initiaux, rapportés à l'ensemble sont 52,2 en moles de Fe2O3 32,0% en moles de MnO 14,2 en moles de ZnO 0,5% en mole de SnO2 1,1 en mole de TiO2 0,1 en poids de CaCO3 0,04% en poids de SiO2 7) Procédé pour fabriquer une ferrite suivant la revendication 1 et au moins l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les composants initiaux sont mélangés, sont frittés préalablement éventuellement à une température comprise entre 800 et 9000C et égale notamment à environ 8500C, sont additionnés de CaCO3, sont broyés à l'état humide, sont séchés, sont pressés pour former des ébauches pressées, sont chauffés dans une atmosphère de N2 à une température de frittage > notamment à une température comprise entre 1150 ét 1200 C, sont frittés à cette température dans une atmosphère de N2 com portant quelques pour cent de 2 et sont refroidis avec une pression décroissante de O2.