DE1272799B - Ferritkoerper fuer Speicher- und Schaltelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

£3Jk DEUTSCHES #β PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/092

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 72 799.0-45 (J 25199)

30. Januar 1964

11. Juli 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft Ferritkörper für Speicher- und Schaltelemente, insbesondere betrifft die Erfindung einen Ferritkörper, der die Metallionen Fe+³, Mn⁺², Cu+², Ge+⁴, Ti+⁴, Zn+², Cd+², Mg+², La⁺³, Li+¹ und Bi+³ enthalten kann.

Bei der Zubereitung von Magnetmaterialien zur Verwendung in Rechenanlagen sind hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften bekanntlich mehrere Erfordernisse zu erfüllen, damit das Material als Speicher und Schaltvorrichtung verwendet werden kann. Diese magnetischen Eigenschaften sind von den verschiedenen elektrischen Vorgängen, die die Konstrukteure von Rechenanlagen entwickelt haben, abhängig. So ist beispielsweise bei älteren Speichern nur ein hohes Verhältnis von Remanenz zu Sättigung (B_r/B£) und ein entsprechend hohes Signalpegel-Rauschpegel-Verhältnis erforderlich, das das Ferritmaterial für die Speicherschaltung aufweisen muß. Hier sind somit die Schaltgeschwindigkeit und die Flußdichte keine wichtigen Begrenzungen, da die Folgefrequenzen ao niedrig sind.

Bei den heutigen Speichern sind die Schaltgeschwindigkeiten und Folgefrequenzen durch bessere Schaltungskonstruktionen und Modifikationen in den verwendeten Ferritmaterialien auf die äußersten Grenzen getrieben. Es besteht daher ein ausgesprochenes Bedürfnis nach neuen Materialien, die diesen Anforderungen genügen.

Es ist bekannt, daß Ferritmassen hergestellt werden, indem gewisse Oxyde unter Bildung eines Reaktionsprodukte vermischt werden. Das Reaktionsprodukt wird dann zu kleinen Toroiden oder Platten mit vielen Öffnungen geformt, die in Rechenanlagen verwendet werden.

Werden diese Teile als Speicherelemente in einer Magnetspeicheranordnung verwendet, so werden die Drähte, die durch die Öffnungen der Toroide und Platten gehen, erst nach Beendigung des Brennverfahrens eingezogen. Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Magnetspeicheranordnung mit sich kreuzenden und von einer ferromagnetischen Hülle umschlossenen Leitern, bei der die Hüllen einer jeden von zwei in verschiedenen Richtungen verlaufenden Leitergruppen als in einer Ebene liegende Rohre ausgebildet sind und die Hüllen der einen Ebene an den Kreuzungsstellen der Leiter mit den Hüllen der anderen Ebene verbunden sind und diese teilweise durchsetzen, dadurch herzustellen, daß die Leiter einer jeden Gruppe allseitig mit einem Überzug aus wachsartigem Material versehen, mit einem Ferrit-Harz-Gemisch überzogen und parallel zueinander auf einen Rahmen gespannt werden, daß beide Rahmen winkelversetzt so Ferritkörper für Speicher- und Schaltelemente
und Verfahren zu ihrer Herstellung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V.St.A.)

Vertreter:

Dr. L. Wessely, Patentanwalt,

8000 München 19, Montenstr. 9

Als Erfinder benannt:
James Merritt Brownlow,
Crompond, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 4. Februar 1963 (256 139)

vereinigt werden, daß an den Kreuzungsstellen eine Verbindung der Ferrit-Harz-Überzüge je zweier Leiter eintritt und zwischen diesen Leitern ein vorbestimmter Abstand bestehen bleibt, und daß die Anordnung daraufhin gehärtet, pyrolysiert und gesintert wird. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der Ausschaltung der Verdrahtungsstufe, die bei anderen älteren Verfahren erforderlich ist. So befinden sich die Leiter nach dem Brennen bereits an ihrem Platz, und es ist nur erforderlich, daß sie an einen Rahmen angeschlossen werden, um den Zusammenbau einer Magnetspeicherebene fertigzustellen. Da es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit außerordentlich zweckmäßig ist, Metalleiter enthaltende Magnetspeichervorrichtung in situ herzustellen, ist es erforderlich, daß die verwendeten Ferritmassen bei Temperaturen von 850 bis 1250° C oder unter dem Schmelzpunkt des elektrischen Leiters gebrannt werden können und noch erwünschte magnetische Eigenschaften, wie beispielsweise niedrige Koerzitivkraft, schnelle Schaltgeschwindigkeit und hohes Verhältnis von Remanenz zu Sättigung, besitzen. Die bisher bekannten Ferritmaterialien weisen diese Eigenschaften, die für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens erforderlich sind, nicht auf.

Erfindungsgemäß haben die Ferritkörper die Zusammensetzung

worin

x+y+z+a+b+c+d+e+f+g+h=3

0,05 ^ a + b^ 0,15 0,05 ^ c + d ύ 0,50

χ = 1,45 bis 2,00

y = 0,10 bis 1,05
ζ = 0,20 bis 0,45
a = 0,00 bis 0,15
b = 0,00 bis 0,15
c = 0,00 bis 0,50
d = 0,00 bis 0,50
e = 0,00 bis 0,20
/ = 0,00 bis 0,02
g = 0,00 bis 0,20
h = 0,00 bis 0,03

Die erfindungsgemäßen Ferritkörper finden in vielen verschiedenen Speicheranordnungen, wie oben angegeben, Verwendung. So können solche Körper beispielsweise in Verbundanordnungen von magnetischen Schaltungselementen, wie sie in dem obengenannten Patent beschrieben sind, unter Erzielung maximaler Speicherkapazität innerhalb eines minimalen Raums verwendet werden. Diese neuen Ferritkörper besitzen auch in Toroidform zur Verwendung in üblichen Speichern überlegene Eigenschaften.

Die erfindungsgemäßen Ferritkörper bilden nach Brennen und vollständiger Umsetzung der bei ihrer Herstellung verwendeten Oxydkomponenten ein Magnetmaterial, in dem die überwiegende Kristallstruktur diejenige vom kubischen. Spinell-Typ ist. Kleinere Mengen anderer Phasen sind in gewissen Zusammensetzungen vorhanden. Zwei der in geringerer Menge vorliegenden Phasen, die in solchen Zusammensetzungen identifiziert wurden, sind eine Phase mit einer kubischen Granatstruktur und eine Phase mit einer a-Fe₂O₃-Struktur (Hämatitstruktur).

In vorteilhafter Weise können die Ferritkörper bei niedrigen Brenntemperaturen reifen.

Mit Vorteil können die Ferritkörper die folgenden speziellen Zusammensetzungen aufweisen:

Ge_0i09Cd₀₎₁₅La_0i01O₄;

und

Fe_li60Mn_0i77Cuo₍₂₂Ge_0iloBi_0/01Zn_0>15Li_0il504
Fe_li60Mn_0i68Cu_0l25Ge_0i08Bi₀₍₀₁Zn_0i2gLi_0il3O₄.

In vorteilhafter Weise können die Ferritkörper dadurch hergestellt werden, daß Oxyde und/oder Carbonate von Fe, Mn, Cu, Ge, Ti, Zn, Cd, Mg, La, Li und Bi in feinzerteilter Form in Mengenanteilen, die nach Brennen einen Ferritkörper der angegebenen Zusammensetzung ergeben, vermischt werden und das so erhaltene Gemisch einer erhöhten Brenntemperatur zwischen 850 und 1200° C für eine Zeitspanne bis zu 60 Stunden in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre

ao ausgesetzt und anschließend abgekühlt wird. Dabei kann mit Vorteil das Abkühlen durch Abschrecken an der Luft erfolgen.

Weiterhin kann das Verfahren mit Vorteil derart durchgeführt werden, daß nach Abschrecken an der Luft eine zweite Brennstufe erfolgt, bei der ein rasches Wiedererhitzen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine Temperatur, die 100 bis 400° C niedriger als die erste Brennstufe ist, ein Halten bei dieser niedrigeren Temperatur für 3 Minuten bis 16 Stunden und anschließend ein Abschrecken an der Luft vorgenommen werden. Durch das zweistufige Abkühlen kann in manchen Fällen das Verhältnis BrJB₈ erhöht werden. In manchen Fällen wird, wenn sowohl Ge als auch Cd oder sowohl Ge als auch Zn in der keramischen Ferritmasse in Konzentrationen über 0,05 Atomzahlen vorhanden sind, ein Zweiphasensystem erzeugt, in welchem eine kleinere Menge einer Nichtspinellphase zusätzlich zu der Hauptmenge von Spinell vorhanden ist. Es wurde festgestellt, daß bei Vorhandensein von sowohl Ge als auch Cd die kleinere Nichtspinellphase eine kubische Granatstruktur aufweist. Die ungefähre Zusammensetzung der kleineren Granatphase ist

Cd₃Ge₃Fe₂O₁₂.

Das Vorhandensein einer kleineren Menge dieser Nichtspinellphasen beeinträchtigt die gewünschten magnetischen Eigenschaften in keiner Weise. Beispiele für Zusammensetzungen, ausgedrückt in Atomzahlen, die Zweiphasenmagnetferrite ergeben, sind

worin

Bezeichnung	X	y	Z	a	b	C	d	/	8	h
G146	1,55	0,84	0,33	0,05	0,03	0,00	0,2	0,00	0,00	0,00
G148	1,50	0,94	0,3	0,08	0,00	0,00	0,18	0,00	0,00	0,00
G122	1,55	0,86	0,33	0,09	0,00	0,00	0,15	0,01	0,00	0,00
G141	1,55	0,82	0,33	0,15	0,00	0,00	0,15	0,00	0,00	0,00
G200	1,60	0,77	0,22	0,10	0,00	0,15	0,00	0,00	0,15	0,01

Die erfindungsgemäßen keramischen Ferritkörper angegebenen Zeiten und Temperaturen gebrannt

können hergestellt werden, indem Oxyde und/oder und abgekühlt.

Carbonate von Fe+³, Mn+², Cu+², Ge+⁴, Ti+⁴, Zn+², Die gemäß den Tabellen I, III und V hergestellten Mg+², La+³, Li+¹ und Bi+³ in den in den folgenden Ferritkörper haben die in Atomzahlen ausgedrückte Tabellen I, III und V angegebenen Mengen unter 5 Zusammensetzung und die magnetischen Eigenschaf-Bildung eines Gemisches vermischt werden. Gewöhn- ten, die in den Tabellen II, IV und VI für jede der lieh wird dieses Gemisch einer erhöhten Brenntem- aufgeführten Proben angegeben sind,
peratur von 850 bis 125O⁰C bis zu 60 Stunden in einer Ein spezieller Speicher bedingt eine enge Begrenzung Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt, um der Ferritkerntypen, die verwendet werden können, die keramischen Ferritkörper zu bilden. Anschließend io Ein gegebener Ferritkörper kann zwar verschieden kann der keramische Ferritkörper durch Abschrecken gebrannt werden, um einen Bereich von Koerzitivan der Luft abgekühlt werden. In einigen Fällen kann kraft zu erzeugen (die erhältliche höchste Koerzitivdie zweite Brennstufe angewendet werden, bei der ein kraft beträgt das Vier- oder Fünffache der erhältlichen rasches Wiedererhitzen auf eine Temperatur unterhalb niedrigsten Koerzitivkraft), doch wird im allgemeinen der ersten Brenntemperatur für eine bestimmte Zeit 15 gefunden, daß optimale Leistungsfähigkeit in einem und ein anschließendes Abschrecken an der Luft engen Bereich der Koerzitivkraft erhalten wird, erfolgt. Die gleichen Ergebnisse können auch durch So erfordern die besonderen gewählten Prüfein Abkühlen im Ofen auf eine zweite niedrigere bedingungen für die 2 D-Speicherspezifikation, daß Temperatur und anschließendes Abschrecken erzielt der Ferrit eine Koerzitivkraft von 2,4 bis 2,8 Oerwerden. Gewöhnlich ist bei dem Zweistufenverfahren 20 sted aufweist. In der 3 D- Spezifikation sollte die die zweite Brenntemperatur um 70 bis 400⁰C Koerzitivkraft des verwendeten Ferrits zwischen niedriger als die erste Brenntemperatur, und die 3,4 und 4,0 Oersted betragen. Die eingangs erzweite Brennzeit schwankt von 3 Minuten bis zu wähnten Speicher erfordern einen Ferrit mit nie-12 Stunden. driger Koerzitivkraft (0,3 bis 1,5 Oersted). Wenn

Im folgenden wird ein Vergleich der magnetischen 25 alle drei Speichersystemarten zum Betrieb bei Eigenschaften von bekannten keramischen Ferrit- höchster Geschwindigkeit gebaut sind, so ist es körpern, die zur Zeit im Handel erhältlich sind, mit erforderlich, Zusammensetzungen, die von sich aus den magnetischen Eigenschaften spezieller Beispiele schnellschaltend sind, zu wählen,
der erfindungsgemäßen keramischen Ferritkörper vor- Die in den Tabellen I und II angeführten Beispiele 1 genommen. Die Zusammensetzung und das Herstel- 30 bis 7 sind Zusammensetzungen, die sich als brauchbar lungsverfahren der erfindungsgemäßen und der be- in 2 D-Speichern erwiesen haben. Die Beispiele 1 bis 4 kannten keramischen Ferritkörper sind in den be- sind als in Rechenspeicheranlagen verwendbar bekannt sonderen Beispielen in den Tabellen I bis VI angegeben. (beispielsweise ist NCM eine Zusammensetzung gemäß Die Beispiele der erfindungsgemäßen Ferritkörper dem USA.-Patent 2 818 387). Die Beispiele 5 bis 7 sind sind unter den verschiedenen Typen von Magnet- 35 Beispiele für erfindungsgemäße keramische Ferritanordnungen zusammengestellt, d. h. den üblichen körper.

zweidimensionalen und dreidimensionalen Speichern Die in dem 2 D-Speicher geprüften Kerne hatten

und der eingangs beschriebenen Speicher, die in einen Innendurchmesser von 0,495 mm, einen Außen-

Rechenanlagen verwendet werden. Die zur Bewertung durchmesser von 0,762 mm und eine Höhe von

der magnetischen Eigenschaften der bekannten und der 40 0,165 mm. Im folgenden wird die Prüfung beschrieben,

erfindungsgemäßen Ferritkörper angewendeten Prüf- die zur Ermittlung der für jede der genannten Proben

verfahren für diese verschiedenen Speichersysteme in Tabelle II angeführten magnetischen Eigenschaften

werden erklärt. Bei der Herstellung toroidal ge- angewendet wurde.

formier Proben wurde das folgende Verfahren an- 2 D oder zweidimensionale Speicherelemente sind gewendet, so daß bezüglich ihrer magnetischen Eigen- 45 in einer Ebene angeordnet. Jedes Element kann durch schäften vergleichbare Prüfergebnisse erhalten werden zwei Erregungsrichtungen mittels zweier das Speicherkonnten, element durchgehender Leiter ausgewählt werden. Der

Das Anfangsgemisch wird hergestellt, indem die beim Speichern einer Eins verwendete Strom ist die Materialien in feinverteilter Form, wie für jede der Summe von zwei Strömen I_w (Wortstrom) und h (Bit-Zusammensetzungen in den Tabellen I, III und V an- 50 strom); I_w betrug 300 mA, /& 310 mA. Der zur Speichegegeben, abgewogen und gemischt werden. Dieses rung einer Null verwendete Strom ist I_w = 33OmA. Gemisch wird dann 4 Stunden in einer Kugelmühle Der zum Ablesen einer gespeicherten Eins vermit Alkohol (beispielsweise Äthylalkohol) als Suspen- wendete Strom Ir besitzt entgegengesetzte PoIadiermittel homogenisiert. Der Alkohol wird durch rität zu den Einschreibströmen und betrug 810 mA. Trocknen entfernt, und das Gemisch wird bei 800⁰C 55 Der gleiche Strom wurde zum Ablesen einer ge-1 Stunde calciniert. speicherten Null verwendet. Die Ströme wurden

Das calcinierte Gemisch wird wieder in einer um ±10% geändert, um die Bedingungen des

Kugelmühle mit Wasser und 3 Gewichtsprozent schlechtesten Falls zum Ablesen einer Eins und

eines Bindemittels (beispielsweise Polyvinylalkohol einer Null zu erzeugen. Das Verhältnis dieser

für eine zur Herabsetzung der Teilchengröße des 60 Spannungen wird das 1:0 Verhältnis genannt und

calcinierten Gemisches auf etwa 1 μ ausreichende sollte über 3 betragen, um der Speicherspezifi-

Zeitspanne (etwa 4 bis 16 Stunden) gemahlen. kation zu entsprechen. Materialien mit Verhält-

Das Material wird dann getrocknet und zu einem nissen unter 3 sind instabiler.

Pulver zerkleinert. Das Pulver wird zum Formen Das Verhältnis BrIB₈ ist das Verhältnis des remanen-

von Toroidprüfkörpern durch Pressen in einer 65 ten Flusses zum Sättigungsfluß, gemessen an einem

Stahlform bei einem Druck von 1400 kg/cm² verwen- 60-Hz-Feldstärkenmesser. Die für diese Prüfungen

det. Anschließend werden die Toroidformen oder verwendeten Toroide besaßen Koerzitivkräfte zwischen

-körper gemäß den in den Tabellen I, III und V 2,4 und 2,8 Oersted.

7 8

Tabelle I

2 D-Speicher

Anfangsgemisch in Gramm und Brennbehandlung

	Formel nummer	Fe2O3	MnCo3	Gewicht in Gramm	TiO2	ZnO	La2O3	MgO	Stufe	I*	Zeit	Stufe	II*
Bei spiel		13,70	13,55	CuO					Tempera tur	Minuten	Tempera tur	Zeit
	NCM	12,40	12,85	0,86		1,84			0C	5	0C	Minuten
1	6Bl	12,00	12,60	0,62		1,63		0,40	1205	10	975	5
2	K197	12,00	11,50	0,80		1,63			1160	10	980	30
3	X73	12,16	10,30	2,40	0,80	1,38	0,24		1200	10	970	25
4	G70a	12,16	10,30	2,40	0,80	1,38	0,24		1140	10	900	3
5	G70b	12,16	10,30	2,40	0,80	1,38	0,24		1140	140	900	3
	G70c	12,08	12,10	2,40	0,80	0,81	0,24		1025	900	900	3
	GlOl	12,08	10,10	1,84	0,88	1,38	0,24		1000	20	900	3
6	G113			2,56			1160	10	900	3
7						1140	900	3

* Das Brennen erfolgte an der Luft. Die Proben wurden nach jeder Stufe an der Luft abgeschreckt.

Tabelle II
Endzusammensetzungen in Atomzahlen und magnetische Eigenschaften für das System

Bei spiel	Formel nummer*	X	y	Atomzahle ζ j b	0,10 0,10 0,10	η c j e	0,10	I f	1:O	BrjBs	(Nanosekunden)
1	NCM	1,713	1,180	0,107	0,10				1,3	0,83	<180
2	6Bl	1,550	1,145	0,078	0,11	0,227			2,5	0,80	<180
3	K197	1,50	1,10	0,10	0,20			2,5	0,80	<180
4	X73	1,50	1,00	0,30	0,20			1,0	0,52	<180
5	G70a G70b G70c	1,52 1,52 1,52	0,90 0,90 0,90	0,30 0,30 0,30	0,17 0,17 0,17	0,01 0,01 0,01	4,5 4,4 4,6	0,83 0,83 0,83	<180 <180 <180
6	GlOl	1,51	1,05	0,23	0,10	0,01	3,5	0,88	<180
7	G113	1,51	0,88	0,32	0,17	0,01	6,0	0,82	<180

* Es sind dies die endgültigen keramischen Ferritmassen, die durch Behandlung der in Tabelle I angegebenen Gemische nach der dort genannten Brennbehandlung erhalten wurden.

** Die Dauer der zum Umschalten verwendeten Strompulse betrug 180 Nanosekunden. Der Ferrit muß in einer Zeit von weniger als 180 Nanosekunden umschalten.

Tabelle II zeigt, daß die erfindungsgemäßen Ferritkörper (Beispiel 5 bis 7) ein hohes l:O-Verhältnis besitzen und diesbezüglich den bisher bekannten Materialien (Beispiel 1 bis 4) überlegen sind. Das höchste erzielte l:O-Verhältnis (Beispiel 7) beträgt das 2,25fache des besten für die bekannten Materialien (Beispiel 2 und 3) erzielten l:O-Verhältnisses. Das l:O-Verhältnis ist die kritischste magnetische Eigenschaft, da sie die Eignung des Materials für die Anwendung in 2-D-Hochgeschwindigkeitsspeichern bestimmt. Die Schaltzeit war geringer als 180 Nanosekunden. Ein Material muß dieser Bedingung genügen, um in 2 D-Hochgeschwindigkeitsspeichern verwendbar zu sein. Das Verhältnis B_r/B_s ist so hoch, daß diese Materialien in 2 D und anderen Speichersystemen verwendbar sind. Die Materialien der Beispiele 1 bis 4 zeigen, wenn sie Testbedingungen für Niedriggeschwindigkeitsspeicher unterworfen werden, höhere l:O-Verhältnisse als die in dem 2 D-Test erhaltenen. Die erfindungsgemäßen keramischen Ferritkörper zeigen ein proportional höheres 1:0-Verhältnis, wenn sie den Prüfbedingungen für Niedriggeschwindigkeitsspeicher unterworfen werden. Die in den Tabellen III und IV angeführten Beispiele 8 bis 35 sind Zusammensetzungen, die auf Verwend-

• barkeit in 3 D-Speichern in Rechenanlagen geprüft wurden.

Die, wie in Tabelle III gezeigt, hergestellten keramischen Ferritkörper der Beispiele 14 bis 35 zeigen die gewünschte Kombination magnetischer Eigenschaften und besitzen die in Atomzahlen ausgedrückten, in Tabelle IV angeführten Zusammensetzungen. Die Beispiele 8 bis 13 sind bekannte Ferritzusammensetzungen. Kerne mit einem Innendurchmesser von 0,495 mm, einem Außendurchmesser von 0,762 mm und einer Höhe von 0,165 mm wurden in einem 3 D-Speicher unter den folgenden Bedingungen geprüft.

3 D ist die für dreidimensionale Speichersysteme verwendete Abkürzung. Alle Speicherelemente sind kubisch oder rechtwinklig-parallelepipedisch ange-

ordnet. Drei Auswahlrichtungen sind für jedes einzelne Speicherelement vorhanden. Diese Richtungen stehen zueinander senkrecht und erfordern die Erregung von zwei oder drei Leitern, die durch jedes Speicherelement führen.

Die beim Ablesen und Einschreiben verwendeten Ströme (If) sind die Summe von zwei Strömen (halbe Aussteuerströme Id). Wegen Randstörungen in den Strömen wird der zur Bewertung der einzelnen Kerne angewendete schlechteste Prüffall bei If = 900 mA statt 1000 mA und I_D = 550 mA statt 500 mA durchgeführt. Ein gespeichertes 1-Signal ist die an einer Lesewicklung erzeugte Spannung, wenn ein Strom von

10

900 mA an der Schreibwicklung angelegt wird. Ein 0-Signal ist die aufgenommene Spannung, wenn eine gespeicherte Null durch einen Strom von If = 90OmA abgelesen wird. Das l:0-Verhältnis sollte größer als 4,0 sein, damit das Speichersystem wirtschaftlich betrieben werden kann. Die Dauer der Strompulse betrug 500 Nanosekunden und die Anstiegszeit 50 Nanosekunden. Die Schaltzeit (f_s) ist in Nanosekunden ausgedrückt und wird aus der Wellenform ίο eines 1-Ausgangssignals zwischen den 10%-Pimkten gemessen. Die zur Erzielung der Daten in Tabelle IV verwendeten Toroide besaßen Koerzitivkräfte im Bereich von 3,6 bis 4,0 Oersted.

Tabelle III 3 .D-Speicher Anfangsgemisch in Gramm und Brennbehandlung

	Bezeich	Fe2O3	MnCo3	CuO	Gewicht	TiO2	in Gramm	CdO	La2Oa	MgO	NiO	Cr2O3	Stufe I	Zeit	Stufe II
	nung	14,80	12,20	0,72										Minu ten	Abkühlen auf
Bei		13,70	13,55	0,86	GeO2		ZnO						Tempe	5	(Temperatur
spiel	CM	13,00	14,50								0,47	0,43	ratur °C	5	0C) und dann
	NCM	12,60	14,50								0,79	0,54	1080	5	Luft abschrecken
8	K109	13,40	14,20								0,16	0,54	1050	5	870
9	K137	13,60	12,70							0,80			1100	10	800
10	X147	12,50	9,90	2,64				1,92	0,24				1100	2	840
11	B 97												1120	2	800
12	G122	12,50	9,90	2,64	0,94				0,24				1130		800
13		12,60	9,60	2,92				1,28	0,24				1000	3	860
14	ZG122	13,70	7,83	2,88	0,94		1,22	1,92	0,29					3	Abge
	G135	12,50	7,83	2,24	0,84			2,56	0,29				1020	2	schreckt
15	G138	13,60	7,48	3,20	0,94			1,92	0,36				1010	2,5	870
16	G139	13,50	7,66	2,88	1,05			1,92	0,29				1080	6	840
17	G150	13,50	7,44	2,88	0,94			1,92	0,29				1020	3,5	870
18	G152	11,60	11,30	2,40	1,26	0,96							1020	3,5	820
19	G153	12,90	10,10	2,32	1,46	0,80			0,48				1050	10	840
20	G104	12,10	12,10	1,84		0,80	1,22		0,24				1050	3	860
21	G 64	12,80	9,43	3,20		0,64	0,81						1050	5	860
22	G102	11,90	10,70	2,48			0,81		0,24				1140	4	860
23	G105						0,81						1050	3	860
24	G117	12,10	9,67	2,80	0,94	0,72	1,38	1,28	0,24	0,40			1030		860
25		12,50	8,75	3,20		0,72		1,03	0,24	0,40			1015	4	880
27	G118	12,50	9,67	3,60		0,72		0,64	0,24					8	Abge
	G119	12,50	9,67	3,20		0,72		1,28	0,24				1060	8	schreckt
28	G120	12,80	9,31	3,20				1,28	0,24				1060	4	860
29	G121	12,37	9,77	3,20		0,80		1,28	0,05				1060	2	860
30	G123				0,84								1040	5	860
31	G126	12,80	9,24	3,20		0,72		1,28	0,07				1000		860
32													1000	5	860
33	G127	12,75	9,20	3,20		0,49		1,28	0,12						Abge
													1000	10	schreckt
34	G128													Abge
											970	schreckt
35										Abge
								schreckt

809 569/522

11 12

Tabelle IV

3 D-Speicher

Endzusammensetzungen in Atomzahlen und magnetische Eigenschaften für das System

Bei	Formel	X	y	Z	a	Atomzahlen	C	d	I e	/	Ni	Cr	XlU	ts*
spiel	nummer**	1,85	1,06	0,09		b							1,10	Nanosekunden
8	CM	1,713	1,180	0,107									2,60	+
9	NCM	1,62	1,26								0,06	0,06	1,22	220
10	K109	1,57	1,26								0,10	0,07	2,50	+
11	K137	1,68	1,23								0,02	0,07	1,10	225
12	K147	1,70	1,10						0,20				3,20	+
13	B 97	1,56	0,86	0,33	0,09			0,15		0,01			6,80	234
14	G122	1,56	0,86	0,33	0,09		0,15			0,01			6,50	230
15	ZG122	1,580	0,835	0,365	0,085			0,125		0,010			7,80	230
16	G135	1,712	0,680	0,360	0,090			0,150		0,012			6,80	266
17	G138	1,562	0,680	0,280	0,100			0,200		0,012			5,60	210
18	G139	1,695	0,650	0,400	0,090			0,150		0,015			5,20	203
19	G150	1,692	0,666	0,360	0,120			0,150		0,012			5,40	245
20	G152	1,692	0,646	0,360	0,140			0,150		0,012			4,60	254
21	G153	1,45	0,98	0,30			0,15						4,00	250
22	G104	1,62	0,88	0,20		0,12	0,10			0,02			4,00	260
23	G64	1,51	1,05	0,23		0,10	0,10			0,01			4,00	300
24	G102	1,60	0,82	0,40		0,10	0,10						4,80	310.
25	G105	1,49	0,93	0,31	0,09	0,08	0,17			0,01			5,00	260
27	G117	1,51	0,84	0,35				0,10	0,10	0,01			6,10	210
28	G118	1,56	0,76	0,40		0,09		0,08	0,01	0,01			13,00	290
29	G119	1,56	0,84	0,45		0,09		0,05		0,01			13,00	440
30	G120	1,56	0,84	0,40		0,09		0,10		0,01			7,70	400
31	G121	1,60	0,81	0,40	0,08	0,09		0,10		0,01			13,00	330
32	G123	1,548	0,850	0,400				0,100		0,002			5,00	300
33	G126	1,603	0,804	0,400		0,100		0,100		0,003			4,00	270
34	G127	1,595	0,800	0,400	0,030	0,090		0,100		0,005			7,80	270
35	G128				0,070					340

* Die Schaltzeit kann auf Grund des instabilen gespeicherten »1«-Zustands nicht gemessen werden.

** Es sind dies die durch Behandlung der in Tabelle III angegebenen Gemische nach der dort angegebenen Brennbehandlung erhaltenen keramischen Ferritendzusammensetzungen.

Tabelle IV zeigt, daß die erfindungsgemäßen Ferritkörper (Beispiele 14 bis 35) ein hohes l:O-Verhältnis besitzen und diesbezüglich bekannten Materialien (Beispiele 8 bis 13) überlegen sind. Das l:O-Verhältnis ist die kritischste magnetische Eigenschaft, da es die Eignung des Materials für Anwendungen in 3 D-Speichern sowohl mit hoher Geschwindigkeit als auch mittlerer Geschwindigkeit bestimmt. Die Schaltzeit (t_s) zeigt die Eignung eines Materials für Anwendungen in 3 D-Speichern von hoher Geschwindigkeit oder mittlerer Geschwindigkeit. Es sei bemerkt, daß die Beispiele 14,15, 17,18,19, 21 und 27 alle eine Schaltzeit von 250 Nanosekunden oder weniger besitzen und daher für 3 D-Hochgeschwindigkeitsspeicher geeignet sind. Die Körper der anderen Beispiele mit längerer Schaltzeit finden ebenfalls in 3 D-Speichern mit mittlerer Geschwindigkeit Verwendung.

Die erfindungsgemäßen keramischen Ferritkörper können bei niedrigen Brenntemperaturen gebrannt werden und können daher bei der Herstellung von Speicheranordnungen mit billigen elektrischen Leitern, wie beispielsweise Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen oder Silber oder silberhaltigen Legierungen, verwendet werden und erleiden keinen Verlust an magnetischen Eigenschaften. Diese Ferritkörper können ebenso mit teueren Hochtemperatur-Platinleitern verwendet werden.

Bei dem eingangs erwähnten Verfahren wird ein erster kontinuierlicher Überzug aus einem Trennmaterial auf die Oberfläche eines Leiters und anschließend ein zweiter kontinuierlicher Überzug aus einem Gemisch von Ferrit und hitzehärtbarem Harz auf das Trennmaterial aufgebracht. Der mehrfach beschichtete Leiter wird dann auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bei der das Gemisch aus Ferrit und hitzehärtbarem Harz ausreichende mechanische Festigkeit erhält und selbsttragend wird. Das Trennmaterial wird dann entfernt, und der beschichtete Leiter wird auf seine Endsintertemperatur erhitzt. So kann eine vorverdrahtete Magnetspeicheranordnung hergestellt werden, wodurch eine Verdrahtung nach dem Brennen überflüssig wird.

Da Silberleiter die gewünschte Kombination von Eigenschaften, beispielsweise Oxydationsbeständigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit, besitzen, wurde die experimentelle Entwicklung von keramischen Ferritkörpern auf die Erzielung von niedriger Koerzitivkraft und hohem Verhältnis B_rjB_s unter Brennbedingungen von 92O⁰C für 1 Stunde (Silber schmilzt bei 960⁰C) gerichtet.

In Tabelle V sind die bei der Zubereitung der Ferrite verwendeten Gewichte und die angewendete Brennbehandlung angegeben.

Tabelle VI zeigt die Endzusammensetzung in Atomzahlen und ermöglicht einen Vergleich der in den erfindungsgemäßen Ferritkörpern und in bereits bekannten Ferritkörpern gefundenen magnetischen Eigenschaften.

Die Beispiele 36 bis 45 zeigen, daß die erfindungsgemäßen Materialien unter Ausbildung einer niedrigen Koerzitivkraft sintern, wenn sie bei 920° C eine Stunde gebrannt werden. Bei 920⁰C sintern die bisher bekannten Materialien der Beispiele 46 bis 48 nicht oder erreichen keine niedrige Koerzitivkraft. Selbst ein vielstündiges Brennen dieser Arten von Ferriten ergibt kein ausreichendes Sintern, um niedrige Koerzitivkraft zu erzielen.

Die Beispiele 43 und 44 zeigen, daß die Brenntemperatur bis herab zu 85O⁰C betragen kann.

Auf Grund der niedrigen Brenntemperatur wird es möglich, eine aus keramischer Ferritmasse zusammengesetzte Verbundanordnung herzustellen, die mit einem kupfer- oder silberhaltigen Leiter vorverdrahtet ist.

Tabelle V Serienspeicher

Bei	Formel-	Fe2O3	MnCO3	CuO	Gewicht in Gramm	ZnO	CdO	Bi3O3	Li2O	MgO	Brennbehandlung*	Zeit Minuten
spiel	nummer	15,20	2,30	3,20	GeO2		6,40				Temperatur 0C	60
36	G130	15,40	2,30	3,20	1,05	3,25		0,233	0,183		920	60
37	G174	15,20	1,96	2,72	0,10	3,76		0,233	0,148		920	60
38	G186	14,40	3,56	3,20	0,09	3,25		0,233	0,481		920	60
39	G217	16,000	1,150	2,400	1,05	3,760		0,732	0,370		920	60
40	G203	13,60	7,13	1,76	0,105	1,22		0,233	0,74		920	60
41	G202	12,800	8,400	2,640	1,05		1,920	0,350	0,264		920	60
42	G192	12,40	9,67	1,60	1,050	1,22		0,233	0,555		920	60
43	G197a	12,40	9,67	1,60	1,05	1,22		0,233	0,555		920	60
	G197b	12,40	9,67	1,60	1,05	1,22		0,233	0,555		850	900
	G197 c	12,80	8,86	1,76	1,05	1,22		0,233	0,555		920	60
44	G200a	12,80	8,86	1,76	1,05	1,22		0,233	0,555		920	60
	G200b	12,80	8,86	1,76	1,05	1,22		0,233	0,555		850	960
	G200c	12,80	7,82	2,00	1,05	2,03		0,233	0,48		850	60
45	G214	12,40	12,85	0,62	0,80	1,85					920	60
46	6Bl	13,70	13,55	0,86							920	60
47	NCM	12,00	12,60	0,80		1,63				0,40	920	60
48	K197						920

* Das Brennen erfolgt an der Luft. Die Proben werden dann mit Luft abgeschreckt.

Tabelle VI

Serienspeicher

Endzusammensetzungen in Atomzahlen und magnetische Eigenschaften für das System

Bei	Formel	X	y	Z	Atomzahlen	c	d	e	h	*	ZJ Ij)	Hc
spiel	nummer*	1,90	0,20	0,40	a		0,50					(Oersted)
36	G130	1,93	0,20	0,40	0,01	0,40			0,01	0,05	0,50	1,00
37	G174	1,90	0,17	0,34	0,01	0,45			0,01	0,04	0,71	1,00
38	G186	1,80	0,31	0,25	0,09	0,40			0,01	0,13	0,61	0,60
39	G217	2,00	0,10	0,30	0,10	0,46			0,03	0,10	0,70	0,50
40	G203	1,70	0,62	0,22	0,01	0,15			0,01	0,20	0,70	1,00
41	G202	1,600	0,730	0,330	0,10		0,150		0,015	0,075	0,75	1,40
42	G192	1,55	0,84	0,20	0,100	0,15			0,01	0,15	0,75	1,30
43	G197 a	1,55	0,84	0,20	0,10	0,15			0,01	0,15	0,75	1,30
	G 197 b	1,55	0,84	0,20	0,10	0,15			0,01	0,15	0,80	3,00
	G197 c	1,60	0,77	0,22	0,10	0,15			0,01	0,15	0,75	1,00
44	G200a	1,60	0,77	0,22	0,10	0,15			0,01	0,15	0,77	1,30
	G200b	1,60	0,77	0,22	0,10	0,15			0,01	0,15	0,80	1,35
	G200C	1,60	0,68	0,25	0,10	0,25			0,01	0,13	0,80	1,35
45	G214	1,550	1,145	0,078	0,08	0,227					0,77	1,00
46	6Bl	1,713	1,180	0,107								40
47	NCM	1,50	1,10	0,10		0,20		0,10				>40
48	K197							>40

* Es sind dies die keramischen Ferritendzusammensetzungen, die durch Behandlung der in Tabelle V angegebenen Gemische nach der dort angegebenen Brennbehandlung erhalten sind.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Ferritkörper für Speicher- und Schaltelemente der Zusammensetzung

worm
x+y+z+a+b+c+d+e+f+g+h=3

0,05 Sfl + ii 0,15

0,05 g c + d <: 0,50 und

χ = 1,45 bis 2,00 y = 0,10 bis 1,05 υ = 0,20 bis 0,45 a = 0,00 bis 0,15 b = 0,00 bis 0,15 c = 0,00 bis 0,50 d = O₃OO bis 0,50 e = 0,00 bis 0,20 / = 0,00 bis 0,02 g = 0,00 bis 0,20 Λ = 0,00 bis 0,03

2. Ferritkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung ■t¹ ^1,56^^0, 8β^-'''·ΐθι33^-^1Γ®θΐθ9^'"ο,ΐ5-'-'^ο,οι^'4 ·

3. Ferritkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung Fe_lj56Mn_{Oj 86}Cu_0j33Ge_0>09Zn_0>15La_0>oi0₄.

4. Ferritkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung •F ^1,52Mn_{81 9}oCUo_j3q 1 io_jlo^Do,i7Lao_>oi^-'4 ·

5. Ferritkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung Fe₁₍₆₀Mn₀ 77Cu_0>22Ge_0tloBi₀

6. Ferritkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung

7. Verfahren zur Herstellung der Ferritkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Oxyde und/oder Carbonate von Fe₃ Mn₃ Cu, Ge, Ti, Zn, Cd, Mg, La, Li und Bi in feinzerteilter Form in Mengenanteilen, die nach Brennen einen Ferritkörper der angegebenen Zusammensetzung ergeben, vermischt werden und das so erhaltene Gemisch einer erhöhten Brenntemperatur zwischen 850 und 1200⁰C für eine Zeitspanne bis zu 60 Stunden in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt und anschließend abgekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen durch Abschrecken an der Luft erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8₃ dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschrecken an der Luft eine zweite Brennstufe erfolgt, bei der ein rasches Wiedererhitzen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine Temperatur, die 100 bis 400⁰C niedriger als die erste Brennstufe ist, ein Halten bei dieser niedrigeren Temperatur für 3 Minuten bis 16 Stunden und anschließend ein Abschrecken an der Luft vorgenommen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 887 632, 854 831,
219;

belgische Patentschrift Nr. 534279;
»Electronics« vom April 1953, S. 149; Mai 1953, S. 73;

Journal of applied Physics, 25 (2), S. 152 bis 154 (1954);
Tele-Tech vom Mai 1952, S. 50 bis 52, 82 bis 84.

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