Brevet FR2520143A1 — publié le 19830722

"TETE MAGNE Ti QUE EN ER OFERRITE DE ZINC" L'invention concerne une tête magnétique pour un disposi- tif d'enregistrement et de reproduction magnétique, tête qui compor- te un noyau en ferrite de spinelle présentant deux parties de noyau espacées entre lesquelles est forme un entrefer de transmission. Il est connu que l'utilisation de ferrites de spinelle, notamment des ferrites de Mn-Zn, comme matériau de noyau magnétique de têtes magnétiques, est avantageux pour le dispositif d'enregis- trement et de reproduction de bandes magnétiques, comme ceux du gen- re audio et vidéo, du fait que les ferrites offrent les avantages d'une résistance à l'usure élevée et de propriétés magnétiques con- venables, comme celles se rapportant à la saturation magnétique, la force coercitive et la perméabilité et de très bonnes caractéristi- ques de fréquence. Des champs magnétiques engendrés à l'endroit de l'entrefer de transmission par une tête magnétique pour enregister de l'informa- tion dans un fluide magnétique sont tributaires de façon directe de la magnétisation de saturation du matériau du noyau de la tête magné- tique D'une façon générale, les têtes magnétiques pour les dispo- sitifs d'enregistrement et de reproduction vidéo actuels présentent un noyau en ferrite de Mn-Zn présentant une magnétisation de satura- tion caractéristique 4 t Ms d'environ 5000 Gauss à la température S ambiante normale Même aux températures légèrement supérieures à la température ambiante normale, la magnétisation satisfait aux exigen- ces que pose l'enregistrement d'information dans les bandes conven- tionnelles, comme des bandes en Cr O 2, présentant une force coerci- tive Hc d'en nviron 700 Oersteds. Toutefois, afin d'augmenter la qualité du processus d'en- registrement vidéo, il se présente une tendance de remplacer les bandes magnétiques conventionnelles par des bandes magnétiques à force coercitive élevée, comme les bandes à base de Fe pur, qui présentent une Hc d'environ 1100 à 1700 Oersteds L'utilisation de telles bandes magnétiques implique que les i atériaux du noyau magré- tique doivent présenter une valeur 4)t Ms supérieure à celle des ma- tériaux actuels à base de ferrite Il existe un tel matériau, mais il présente d'autres propriétés, de sorte qu'il convient moins aux applications visées Ce matériau, "Sendust", alliage contenant, en poids, environ 85 % de Fe, 10 % de Si et 5 % de Al, présente une magné- tisation de saturation de 441 Y Ms d'au moins 7000 Gauss Toutefois, le désavantage d'une usure augmentée dans le cas de contact avec une bande magnétique en mouvement De plus, il présente une résistivité de 10-4 Ohm cm, ce qui est inférieure de trois ordres de grandeur à celle d'un ferrite monocristallin de Mn-Zn De par cette résistivité basse, il faut que le noyau de la tête vidéo de Sendust soit composé de plusieurs lamelles isolées minces, ce qui complique les techniques de production compliquées. L'invention vise à fournir un noyau pour une tête magnéti- que, qui est constitué par un matériau présentant une magnétisation de saturation suffisamment supérieure à 5000 Gauss et, une résistan- ce à l'usure qui est supérieure à celle de Sendust. Ce but est atteint du fait que la tête magnétique confor- me à l'invention présente lm noyau en ferro-ferrite de zinc. On ne savait pas encore que le ferro-ferrite de zinc (com- position chimique Zn-Fea II Fe 2 III 0) matériau qui est nouveau pour cette application, présente une valeur élevée pour la magnétisation de saturation, notamment dans la gamme de compositions 0,1 Et a 0,4. Il s'est avéré que la valeur la plus élevée se produisant dans cette gamme de compositions est d'environ 7000 Gauss à la température am- biante normale ( 20 'C), ce qui signifie que la valeur de 5000 Gauss pour le ferrite de Mn-Zn adapté actuellement est améliorée de 40 %. L'enregistrement d'information dans des bandes magnétiques à force coercitive de 1400 O e semble réalisable avec des têtes magnétiques présentant des noyaux en ce matériau Le ferro-ferrite de zinc uti- lisé pour le noyau présente les mêmes bonnes propriétés d'usure que le ferrite de Mn-Zn utilisé jusqu'à présent et est, de ce fait, à ce sujet meilleur que le Sendust. La résistivité du matériau est d'environ 10 2 Ohm cm, ce qui est supérieur d'environ de deux ordres de grandeur à la résisti- vité du Sendust Ainsi, il est possible d'utiliser des noyaux de té- ú 520143 -3- te non lamellés en ferro-ferrite de zinc Bien que la conductivité électrique soit donc notablement inférieure à celle du Sendust, elle est toujours si élevée que la possibilité d'application du ferro-fer- rite de Zn pour les têtes magnétiques appelées à enregistrer des si- gnaux à fréquences plus élevées risque d'être limitée, ceci par sui- te de l'effet superficiel qui se produit Toutefois, il s'est avéré qu'avec les dimensions des têtes vidéo actuelles, cette conductivi- té relativement élevée ne pose pas de problèmes Avec les noyaux de tête ne dépassant pas 200/um, le traitement de signaux à fréquence jusqu'à même 4,5 Mhz (fréquence vidéo) ne pose pas de problèmes. De préférence, un monocristal en ferroferrite de Zn est utilisé pour le noyau de la tête magnétique conforme à l'invention. Les monocristaux de ce matériau se prêtent à une forma- tion par croissance comme monocristaux de ferrite de Mn-Zn d'une façon analogue à l'aide de la technique Bridgman du genre à cristal de germination. La description ci-après, en se référant aux dessins anne- xés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une vue perspective schématique d'une tête magnétique. La figure 2 est un graphique donnant la relation entre la magnétisation de saturation 4)t Ms (en Gauss) d'une tête-manétique en Zn Feii Fe IIIO et le paramètre. a 1-a 2 O 4 t La figure 3 est un graphique donnant la magnétisation de saturation 4 J( Ms (en Gauss) de deux matériaux à base de ferro-fer- rite de Zn présentant des compositions différentes en fonction de la température T (en %K). La figure 1 montre une tête magnétique 1 présentant un noyau magnétique 2 Le noyau magnétique 2 est muni d'un orifice d'en- roulement 3 permettant de réaliser un enroulement 4 Le noyau magné- tique 2 est formé par deux plaques monocristallines 5, 6 en ferro- ferrite de zinc (Zn Fe" I Fe IIIO 0) qui sont adhérées l'une à l'autre a 1-a 2 04) u otahre 'n 'ur à l'aide de verre aux endroits 7, 8. Suivant la composition, la magnétisation de saturation 4 K Ms de Zn Feia Fe 2 III 04 à 200 se situe entre 6000 et 7000 Gauss 20143 (figure 2) Les valeurs de 4-t Ms sont mesurées à l'aide d'un magné- tomètre à échantillon vibrant (appelé en anglais vibrating sample-ma- gnetometer) La valeur la plus élevée mesurée était de 6930 Gauss, ce qui constitue un nouveau record pour les ferrites Cette valeur est supérieure de 40 % à la magnétisation de saturation du ferrite de Mn- Zn usuel. La figure 3 montre, pour deux compositions de ferro-ferrite de Zn différentes (respectivement avec a = 0,2 et a = 0,4), la magné- tisation de saturation 4 A( M (en Gauss) en fonction de la tempé- rature (en O K) De plus, on a indiqué les températures de Curie Te (respectivement 7780 K et 721 'K) Elles sont notablement supérieures à celles du ferrite de Mn-Zn conventionnel ( 5000 K) Il en ressort un autre avantage du ferroferrite de Zn Par suite des pertes ma- gnétiques et du frottement avec la bande magnétique, la température d'une tête magnétique est en régime supérieure à la température am- biante normale, par exemple aux températures de 300 à 3100 K (Ce qui est indiqué sur la figure 3 comme Top) A ces températures, la magnétisation de saturation du ferro-ferrite de zinc est notablement moins réduite que celle du ferrite de Mn-Zn, ceci par suite de la valeur élevée de sa température de Curie. De ce qui précède, il est évident que le ferroferrite de zinc (monocristallin) constitue un matériau très approprié pour les têtes magnétiques utilisées pour l'enregistrement d'information dans des bandes magnétiques à force coercitive élevée. Une tête magnétique en ferroferrite de zinc peut être com- binée avec une tête de lecture sous forme d'un élément magnétoresis- tif Afin de pouvoir utiliser de façon optimale une tête magnétique en ferroferrite de zinc pour des enregistrements, il importe que le ferroferrite de zinc présente une force coercitive suffisamment fai- ble Cela s'obtient par substitution, dans le ferroferrite de zinc, d'une petite quantité de cobalt (de l'ordre de 0,1 %, rapporté au nom- bre d'ions métal). Des dimensions caractéristiques pour la tête magnétique 1 sur la figure 1 sont L = 3 mm et h = 3 mm Dans le cas d'une dimen- sion d'épaisseur t de 200 um ou d'une valeur inférieure, il s'est avéré que, malgré une résistivité relativement basse, une tête ma- gnétique en ferroferrite de zinc monocrilstallin peut fonctionner également aux fréquences de quelques M Hz sans qu'il ne se produi- se l'effet superficiel La résistivité mesurée à l'aide de la mé- thode à quatre points de Zn 37 Fe 2,6304 monocristallin était de 2 x 10-2 Ohm cm à 20 , ce qui est toujours supérieur de deux or- dres de grandeur à la résistivité du Sendust. Des monocristaux en ferroferrite de zinc furent formés par croissance à une température de 1650 O C à l'aide de la techni- que Bridgman du genre à cristal de germination dans un creuset en platine dans un mélange d'oxygène-azote (rapport 1: 17) L'orien- tation de croissance était de r 100 l, la vitesse de croissance était de 2 à 4 mm/h On obtint des monocristaux d'une longueur de cm et d'un diamètre de 2 cm. Pour plus de détails concernant la technique adaptée, voir la demande de brevet déposée le 24-9-1980 au nom de la deman- deresse sous le numéro 8005312. -bu REVENDICATIONS: 1 Tête magnétique pour un dispositif d'enregistrement et de reproduction magnétique, tête qui comporte un noyau en ferrite de spinelle présentant deux parties de noyau espacées entre lesquel- les est formé un entrefer de transmission, caractérisée en ce que le ferrite est un ferroferrite de zinc. 2 Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition du ferroferrite de zinc répond à la formule Zn Fe Ia Fe IIIO 4 avec 0,1 a A 0,4. a 1-a 2 4 3 Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ferroferrite de zinc est un ferroferrite de zinc conte- nant du cobalt, la teneur en Co II étant de l'ordre d'environ 0,1 % des ions métal. 4 Tête magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisée en ce que le ferroferrite de zinc est un ferroferrite de zinc monocristallin. Tête magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisée en ce que le noyau présente une épaisseur qui ne dépasse pas 200/um.