Brevet FR2538150A1 — publié le 19840622

"Tête magnétique présentant un noyau en ferroferrite de Mn-Zn-Co" L'invention concerne une tête magnétique pour un dispositif d'enregistrement et de reproduction magnétique, tête qui comporte un noyau en ferrite de Mn-Zn présentant deux parties de noyau entre lesquelles est formé un entrefer de transmission. Il est connu que l'utilisation de ferrites, no- tamment des ferrites de Mn-Zn monocristallines, comme maté- riau de noyau magnétique de têtes magnétiques est désirable pour les dispositifs d'enregistrement et de reproduction de bandes magnétiques, comme des dispositifs de reproduction de bande du genre audio et vidéo, du fait que les ferrites offrent les avantages d'une résistance élevée à l'usure et de très bonnes propriétés magnétiques, telles que la satu- ration magnétique, la force coercitive et la perméabilité, et de bonnes caractéristiques de fréquence. Les champs magnétiques engendrés à l'endroit de l'entrefer de transmission par une tête magnétique pour en- registrer de l'information dans un milieu magnétique, sont tributaires de façon directeci la magnétisation de satura- tion du matériau du noyau de la tête magnétique Les têtes magnétiques pour les enregistreurs vidéo actuels présentent en général un noyau en ferrite de Mn-Zn Ce genre de maté- riau présente une magnétisation de saturation Ms d'environ 500 m T à la température ambiante normale Même aux tempéra- tures légèrement supérieures à la température ambiante nor- male, leur magnétisation satisfait aux exigences imposées par l'enregistrement d'information dans les bandes conven- tionnelles, comme la bande en Cro 2, présentant une force co- ercitive Hc d'environ 50 k A/m ( 630 Oe). Toutefois, en vue d'augmenter la qualité du pro- cessus d'enregistrement vidéo, on tend à remplacer les bandes magnétiques conventionnelles par des bandes magnétiques présentant une force coercitive élevée, comme les bandes à base de Fe pur, qui présentent une force coercitive d'en- viron 90 à 140 k A/m L'utilisation de telles bandes magné- tiques implique que les matériaux du noyau magnétique doi- vent présenter une valeur plus élevée de la magnétisation de saturation que les matériaux de ferrite actuels Afin de pouvoir être utilisé également pour les opérations de lec- ture, il faut que le matériau du noyau présente en outre une perméabilité magnétique suffisamment élevée à la tempé- rature de fonctionnement de la tête magnétique. L'invention est basée sur l'idée de fournir un noyau pour une tête magnétique constitué par une ferrite dont la magnétisation de saturation est autant que possible supé- rieure à 500 m T, tout en maintenant la perméabilité magnéti- que suffisamment élevée à la température de fonctionnement de la tête magnétique. Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait que la tête magnétique présente un noyau en ferro- ferrite de manganèse-zinc de composition (abstraction faite des substituants) Mn Zn Fe II Fe III O avec 0 0,06 le que la valeur maximale de la perméabilité magnétique se situe autant que possible dans la gamme de la température de fonctionnement de la tête magnétique De la ferroferrite de Mn-Zn ne comportant pas le substituant Co mais répondant du reste à cette composition, dont la teneur en ferro est no- tablement supérieure à celle des ferrites Mn-Zn usuelles utilisées jusqu'à présent pour le têtes vidéo (o c se situe entre 0, 04 et 0,08), présentent une valeur élevée (augmen- tant avec la teneur en ferro) de la magnétisation de satu- ration La valeur la plus élevée trouvée dans cette gamme de compositions se situe à environ 690 m T à la température ambiante normale ( 200 C), ce qui implique que la valeur de 500 m T pour la ferrite en Mn-Zn utilisée actuellement est améliorée de 38 % Ainsi, l'enregistrement d'information dans des bandes magnétiques présentant une force coercitive de 120 à 130 k A/m peut apparamment être atteint avec des têtes magnétiques, dont les noyaux sont réalisés en ce ma- tériau La valeur la plus élevée de la perméabilité magné- tique dans la gamme de températures de 20 à 400 C (la tem- pérature de fonctionnement d'une tete magnétique vidéo) se trouve cependant dans cette gamme de compositions dans le cas d'une teneur en ferro d'environ 11 % en atomes Avec cette teneur en Fe II, on trouve une valeur de magnétisation de saturation (non maximale) de 640 m T Or, pour chaque te- neur en Fe nécessaire pour réaliser une valeur élevée re- quise Ms l'invention permet d'atteindre le maximum de la perméabilité dans la gamme de températures de fonctionnement par addition d'une petite quantité qui diffère de cas en cas) de Co" La teneur nécessaire en Co" varie entre 0,02 à 0,2 % en atomes, calculée par rapport au nombre total d'ions métalliques La résistance du matériau (monocristallin) pré- sentant la susdite composition est de 4 x 10 2 _r Lcm on pour- rait donc craindre que la conductivité électrique soit telle qu'elle risque de limiter la possibilité d'appliquer ladite ferroferrite de Mn-Zn présentant une teneur augmentée en ferro pour les têtes magnétiques devant enregistrer des si- gnaux aux fréquences supérieures, ceci par suite de la pré- sence de l'effet de Skin Toutefois, il s'est avère que pour les dimensions des têtes vidéo actuelles, cette conductivité relativement élevée ne suscite pas de problèmes pour le traitement de signaux à fréquence jusqu'à 4,5 M Hz (fréquen- ce vidéo) lorsque les noyaux de tête ne sont pas plus épais que 200 /uml De préférence, on utilise une ferrite monocris- talline pour le noyau de la tête magnétique conforme à l'in- vention Des monocristaux de ce genre peuvent facilement être obtenus par croissance suivant la technique dite de "seeded" Bridgeman, technique pour laquelle on utilise un cristal de germination. La description ci-après en se référant aux des- sins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien wmprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue perspective schématique d'une tête magnétique. La figure 2 montre le diagramme de composition de ferroferrite de Mn-Zn avec la zone que concerne la pré- sente invention ainsi que les valeurs de Ms mesurées A 20 C. Les figures 3 et 4 sont des graphiques donnant la (composante réelle de la) perméabilité magnétique /u de noyaux annulaires en Me _x Cox I Fe 2 04 (Me étant Mn, Zn, Fe I) avec diverses quantités de Co en fonction de la tem- pérature T en C. La figure 5 est un graphique donnant les compo- santes de la perméabilité magnétique /u' en /u d'un noyau annulaire en Mn 0,31 Zno,22 F 246 04 en fonction de la fréquence à 40 ". La figure 1 montre une tête magnétique 1 presen- tant un noyau magnétique 2 Le noyau magnétique 2 est muni d'une ouverture d'enroulement 3 que traverse un enroulement 4 Le noyau magnétique 2 est forme par deux plaques mono- cristallines 5, 6 en une ferroferrite de Mn-Zn adhérées l'une A l'autre A l'aide de verre aux endroits 7, 8. Dans le cas de noyaun magnétiques en Mna Znb Fec Fe 2 III 4 avec O Oa,0, 55 e 0,06 b, tout est illustré A l'aide de la figure 2 Toutes les va- leurs Ms furent mesurées A l'aide d'un magnétomètre d'echan- tillon vibrant La valeur la plus élevée de la perméabilité dans la gamme de températures comprise entre 20 et 40 C correspond a une valeur de magnétisation de saturation (non maximale) de-640 m T Une tête magnétique présentant un noyau en un matériau présentant une magnétisation de saturation de 640 m T se situe cependant tout juste A la limite de l'enre- gistrement ou non dans une bande en fer pur On aimerait donc augmenter la magnétisation de saturation tout en main- tenant la valeur maximale de la perméabilité magnétique dans la gamme de températures de 20 & 40 C (la gamme de tempéra tures de fonctionnement d'une tête vidéo) Toutefois, lors- qu'on augmente la teneur en ferro pour augmenter la magné- tisation de saturation (voir la figure 2), le maximum de la perméabilité est décalé vers des températures situées en dehors de ladite gamme de températures de fonctionnement. Or, il s'avère que le maximum de la perméabilité magnétique peut être maintenu, même si on augmente la teneur en ferro en vue d'augmenter la magnétisation de saturation dans la gamme de températures de fonctionnement par remplacement II d'une petite quantité de Co dans la ferrite Le tout s'ex- plique à l'aide des figures 3 et 4 Elles montrent (la par- tie réelle de) la perméabilité magnétique u' de noyaux an- nulaires monocristallins en ferroferrite de Mn-Zn présen- tant diverses teneurs en Co, mesurées à respectivement 0,5 M Hz et 4,5 M Hz La teneur en Coli est indiquée par 1 'in- dice x, le matériau du noyau annulaire étant caractérisé par la formule de composition Me 1 x Cox Fe 2 Ii O formule dans laquelle Me représente Mn, Zn, Fe II. Dans les compositionschoisiesdans les exemples des figures 3 et 4,-dans le cas o il n'y a pas de rempla- cement de Co (x = 0), le maximum de la perméabilité se situe nettement à coté de la gamme de températures intéressante pour les applications de têtes vidéo comprise entre environ C et environ 400 C. L'addition d'une petite quantité de Co II (x = 0,002, respectivement x = 0,004), maintient le maximum pra- tiquement dans la gamme de températures comprise entre 20 et 400 C lorsque la teneur en Fe II est augmentée tant à 0,5 M Hz (figure 3) qu'à 4,5 M Hz (figure 4) La valeur de reste ainsi suffisamment élevée pour les applications vidéo, alors que la teneur en Fe et par conséquent M peuvent être aug- mentées. Des figures 3 et 4 il ressort que la quantité ajoutée de Co doit être limitée Dans le cas o x = 0,008, par exemple, la valeur de la perméabilité dans la gamme de températures comprise entre 20 et 40 C n'est pas intéres- sante, du fait que le maximum a disparu par surcompensation de l'anisotropie magnétique et stabilisation de parois de domaine. Un exemple d'un matériau approprié de Me x C Ox Fe II Io est Mn,36 Zno,25 Co, ,oo 2 Fe 2,3904 Ce matériau contient en atomes 0,07 % de Co I Iet 13 % de Fe II et à 40 C, il présente un /u' maximum (T) de 700 à 4,5 M Hz La magnétisation de saturation est de 654 m T. Un autre exemple d'un matériau de Me îx Cox Fe 2 III 4 est: Mn 0,31 Zn 0,22 C o 0,004 Fe 2,4604 Ce matériaucontient en atomes 0,13 % de Co et 15,3 % de Fe II et à 40 C, il présente un /u' maximum (T) de 600 à 4,5 M Hz La magnétisation de saturation est de 660 m T. En résumé, l'invention est donc basée sur le fait que l'addition d'une petite quantité de Co II à la ferro- ferrite de Mn-Zn permet une concentration plus élevée en Fe I notamment plus élevée que 11 % en atomes, c'est-à-dire que dans le cas d'une telle concentration plus élevée en Fe II, cette addition amène lavaleur aximale de /u'(T) toujoursdansou pratiquement dans lagamme de températures de 20 à 40 C La concentration plus élevée en Fe II implique un Ms plus élevé. La valeur maximale de /u (T) seulement ne doit pas être trop petite Une limite inférieure est par exemple de 400 à 500 à 4,5 M Hz. De ce qui précède il est évident que la ferro- ferrite de Mn-Zn portant comme substituant Co (monocristal- lin) et présentant une teneur plus élevée en ferra constitue un matériau très approprié pour les têtes d'enregistrenent et de lecture magnétique utilisées en combinaison avec des bandes magnétiques à force coercitive élevée, comme la bande à poude métallique ou la bande métallique appliquée par éva- poration Dans le cas d'utilisation combinée avec des bandes magnétiques à base d'oxyde de fer présentant une force coer- citive usuelle jusqu'à présent, il est avantageux que la dé- formation d'intermodulation et l'intensité du signal soient améliorées. Des mesures caractéristiques pour la t 8 te magnétique 1 de la figure 1 sont L= 3 mm et h 3 mm. Dans le cas d'une dimension da'paisseur t de 200 /um ou d'une valeur inférieure, une tête magnétique en ferroferrite Mn-Zn monocristalline contenant comme substituant du Co présentant une teneur augmentée en ferro pourrait fonctionner sans être gênée de l'effet de Skinn malgré une résistivité relativement basse, aux fréquences de quelques M Hzo Il y a lieu de noter entre autre que la résistivité mesurée à l'aide de la méthode à quatre points d'un échantillon monocristallin de Mn 0,37 Zn 0, 27 Fe 2,360 est de 4 x IO-2 f cm à 200 C. Des monocristaux en ferrite de Mn-Zn por- tant comme substituant Co et présentant une teneur augmentée en ferro pour'aient Qtr formés par crois- sance à une température de 16250 C à l'aide de la tech= nique de "seeded" Bridgman -dans un creuset en platinae dans une atmosphêre d'oxygène La direction de crois- sance était l 1003, la viteese de croissance onviron 4 mm/h Lors du refroidissement, on ajouta de lazote, puis une plus grande quantité d O azote à mesure que la température baissa. On obtint des monocristaux d Oune longueur de 5 cm et d'un diam Stre de 2 cm. A l'aide de mesures effectuées avec un noyau annulaire monocristallin N Z 31 Zn 02 Co 0,004 Fe 2,4604, (paisseur 180 /um), la figure 5 montre la variation, en fonction de la fréquence, de la-composante réelle et imaginaire (/u', respective ent/ u") de la perméabilité magnétique à 40 C, température à laquelle la perméabilité magnétique /u U (T) d'une ferrite répono dant à ce'tte composition atteint pratiquement son maxi- mum. REVENDICATIONS: 1 Tête magnétique pour un dispositif d'enregistre- ment et de reproduction magnétique, tete qui comporte un noyau en ferrite de Mn-Zn présentant deux parties de noyau entre lesquelles est formé un entrefer de transmission, ca- ractérisée en ce que la ferrite présente la composition (abstraction faite de substituants) Mn a Znb Fec II Fe 2 II O 4 avec O la gamme de la température de fonctionnement de la tête ma- gnétique. 2 Tête magnétique selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la teneur en Co T est de 0,02 à 0,2 % en atomes, calculée par rapport au nombre total d'ions métal- liques. 3 Tête magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que 0,45 c 4 O,9. 4 Tête magnétique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la tête en ferrite présente une épais- seur d'au maximum 2 00 /um. 5 Tête magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractériseen ce que la ferrite est une ferrite nionocristalline.