DE2659820A1

DE2659820A1 - Verfahren zur herstellung eines magnetkopfes

Info

Publication number: DE2659820A1
Application number: DE19762659820
Authority: DE
Inventors: Hiroki Fujishima; Kazuo Ohya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1975-02-15
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4079430A; DE2659820C2; DE2605615C2; DE2605615A1; JPS5194211A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes mit einem ringförmigen Kern, der mindestens einen von außen nach innen sich erstreckenden Magnetspalt aufweist, in welchem ein Distanzstück angeordnet ist und dieser Magnetspalt in Kontakt steht mit einem Magnetaufzeichnüngsträger, und mit mindestens einer auf dem Kern angeordneten Spule, wobei der aus zwei Hälften bestehende Kern aus einer weichmagnetischen Legierung, bei der mindestens ein Legierungsbestandteil aus Eisen, Nickel oder Kobalt besteht, durch Zusammenfügen dieser Hälften und des Distanzstückes gebildet wird.

Die Kerne solcher Magnetköpfe bestehen üblicherweise aus Permalloy (78,5 % Nickel, 21,5 % 'Eisen), da sich Permalloy durch seine ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften aus·

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zeichnet. Das Gefüge von Permalloy ist kristallin, was dazu führt, daß die Verschleißeigenschaften nicht besonders gut sind. Es treten nach einiger Betriebszeit Risse und Auslösungen aus dem Kristall gefüge auf. Bei der Herstellung derartiger Kerne werden die Kernhälften aus Blech* ausgestanzt. Durch das Ausstanzen treten mechanische Spannungen und Störungen der magnetischen Eigenschaften auf, so daß sich an das Ausstanzen eine Wärmebehandlung anschließen muß. Wegen des kristallinen Gefüges ist es nicht möglich, die Kernhälften durch Schleifen zu bearbeiten, da hierbei Risse und die vorerwähnten Auslösungen aus dem kristallinen Gefüge auftreten würden.

Es ist weiterhin bekannt, derartige Kerne aus Ferriteinkristallen herzustellen. Da diese Ferriteinkristalle eine besondere kristalline Orientierung bzw. Ausrichtung aufweisen sollen, damit sich optimale Verschleißfestigkeiten ergeben, ist es erforderlich, die Materialien mit dieser speziellen Orientierung auszuwählen. Der Hauptnachteil derartiger Kerne ist jedoch darin zu sehen, daß die magnetischen Eigenschaften wesentlich schlechter sind als diejenigen von Permalloy.

Es besteht die Aufgabe, unter Vermeidung einer Wärmebehandlung einen Magnetkopf billig herzustellen, der verschleißfest ist und gute Magneteigenschaften aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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Es wurde gefunden, daß eine amorphe Metall-Legierung magnetische und hochfrequente Eigenschaften aufweist, welche besser oder mindestens gleich demjenigen des konventionellen Permalloy sind. Es wurde weiterhin gefunden, daß die Verschleißfestigkeit gleich ist wie diejenige von Ferrit. Das Wesen des Anmeldegegenstands besteht darin, ein Herstellverfahren für einen Magnetkopf zu finden, dessen Kern aus einer amorphen Metall-Legierung besteht.

Eine amorphe Substanz ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur nicht kristallin ist. Zur Unterscheidung einer amorphen Substanz und einer kristallinen Substanz wird üblicherweise eine Röntgenstrahlbeugungsmessung durchgeführt. Eine amorphe Metall-Legierung erzeugt ein Beugungsprofil, welches sich geringfügig mit dem Beugungswinkel verändert, weist jedoch keine scharfen Beugungsspitzen auf, wie sie sonst -von den Gitterebenen von Kristallen reflektiert werden. Es ist daher möglich, das Verhältnis der beobachteten Spitzenhöhen in Bezug auf die theoretischen Höhen der bekannten Standardspitzen von Kristallen zu errechnen, wobei der amorphe Anteil ausgedrückt wird in Größen dieses Verhältnisses.

Es wurde ermittelt, daß eine amorphe Metallegierung, welche zu mindestens 50 %, vorzugsweise nicht weniger als 75 % amorph ist, folgende Eigenschaften aufweist:

Eine Koerzitivkraft (Hc) von mehr als 0,2 Oersted,

eine maximale Magnetflußdichte (Bm) von nicht weniger als 5 500 Gauss, vorzugsweise nicht weniger als 8 700 Gauss,

einen spezifischen Widerstand ( ~f) von nicht weniger als 150 χ 10~⁶Jl-cm,

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eine Anfangspermeabilität ( μ ) von nicht weniger als 20 χ 10³ und

eine Vickershärte (Hv) von nicht weniger als 600.

Im Vergleich hierzu sind die Eigenschaften vom Permalloy wie folgt:

Hc=O.006, Bm= 7.900, "/ = 55xl0"⁶, μ_ο = 7χ10³ und Hv=150.

Die Eigenschaften von gesinterten Ferriten sind Hc=l,5, Bm=2.500,1 = 10⁷, μ =200 und Hv = A-OO.

Die Eigenschaften eines Ferriteinkristalls sind Hc=O.1, Bm=A-.000, -/> 1, μ =2xlO³ und Hv=A-OO.

Demgemäß ist eine amorphe Legierung für die Verwendung in Magnetköpfen sehr gut geeignet. Ein Wirbelstromverlust, welcher entgegengesetzt ist den hochfrequenten Eigenschaften, wird bestimmt durch folgende Gleichung:

S -

/r

Hierbei ist f die Frequenz des durch die Spule fließenden Stroms, welche um den Magnetkörper herum angeordnet ist, wobei der Magnetkörper die Form eines geschlossenen Magnetkreises bildet. Der Wirbelstromverlust S ist proportional zuj^ . Der Wirbelstromverlust eines amorphen Metalls ist daher im Vergleich zu demjenigen von Permalloy etwa 60 % geringer mit dem Ergebnis, daß ein Magnetkopf unter Verwendung einer amorphen Metallegierung bessere Aufzeichnungsund Wiedergabeempfindlichkeiten aufweist als ein Magnetkopf unter Verwendung von Permalloy.

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A*

Weiterhin ist die Magnetflußdichte Bm einer amorphen Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung beträchtlich höher als diejenige von Ferrit, wobei diese Magnetflußdichte etwa gleich derjenigen ist von Permalloy. Der Aufzeichnungsträger, welcher in Verwendung mit einem Magnetkopf aus einer amorphen Legierung verwandt ist, kann daher aus einem Material bestehen, dessen Koerzitivkraft höher als 1000 0*e ist.

Weiterhin ist die Härte der amorphen Legierung gleich der-, jenigen von Ferrit. Infolge dieser Härte ist die Betriebsdauer eines Magnetkopfes mit einer amorphen Legierung gleich derjenigen eines Magnetkopfes mit einem Kern aus Ferrit. Überraschenderweise wurde gefunden, daß in Bezug auf die Lebensdauer ein Magnetkopf mit einem Kern aus einer amorphen Legierung sogar günstiger ist, da infolge der Viscoelastizität der amorphen Metallegierungen sich keine Defekte, wie beispielsweise Löcher oder Risse bilden.

Diese zuvor beschriebenen Eigenschaften machen eine amorphe Metallegierung besonders geeignet zur Verwendung als Kern eines Magnetkopfes.

Die im Rahmen der Erfindung verwendbaren Zusammensetzungen erfassen irgendwelche Metalle, welche in amorpher Form hergestellt werden können, insbesondere solche Zusammensetzungen, welche durch die Formel

MaYb

dargestellt werden, wobei M mindestens ein Metall aus der Eisen, Nickel und Kobalt aufweisenden Gruppe und Y mindestens ein ELement ist, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Phosphor, Bor, Kohlenstoff und Silizium besteht, und wobei der Prozentanteil ausgedrückt wird in dem atomaren Prozentanteil von a und b, wobei a zwischen 60 und 95 und

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b zwischen 5 und 4-0 liegen soll, wobei a plus b gleich 100 ist. Bei der allgemeinen Formel kann M eine Kombination von Nickel mit Paradium oder Platin sein. Y kann aus mindestens einem Element bestehen, ausgewählt von der Gruppe, bestehend aus Phosphor und Bor. Die oben erwähnten KompO-nenten M und Y sind vorzugsweise in einem Verhältnis, das der eutektischen Zusammensetzung dieser Komponenten entspricht .

Amorphe Legierungen mit den gewünschten Eigenschaften umfassen beispielsweise folgende Legierungen

^Fe80^P13^C7

^Fe80^P13^B7

Die amorphe Metallegierung wird erzeugt, indem eine geschmolzene Metallegierung ausreichend rasch abgekühlt wird, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 10 -10 C/sek., wobei ein Erstarren ohne Kristallisation eintritt und eine glasige Substanz erhalten wird. Beispielsweise wird ein Tropfen der flüssigen Legierung zwischen zwei gegenüberliegenden Kolbenflächen zusammengedrückt, die mit hoher Geschwindigkeit aufeinander bewegt werden. Weiterhin kann die flüssige Metallegierung zwischen zwei sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rollen zusammengepreßt werden. Letztlich kann der Legierungstropfen auf die innere Fläche eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Zylinders geblasen werden, der sich beispielsweise mit 5000 bis 10 000 Umdrehungen pro Minute dreht.

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Es ist bekannt, daß eine amorphe Metallegierung sich beim Erhitzen auf hohe Temperatur in eine kristalline Metalllegierung verändert. Bei den vorgeschlagenen Zusammensetzungen liegt diese Temperatur im Bereich zwischen 350 und 4-50 C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Bei den Beispielen werden die Ausgangsmaterialien zuerst gesintert. Da die Ausgangsmaterialien als Pulver mit hoher Reinheit vorliegen, wird dieser Sinterprozeß durchgeführt, um zu vermeiden, daß während des Herstellverfahrens irgendwelche Unreinheiten zu den Materialien gelangen.

Beispiel 1

Eine amorphe Metallegierung von Fe_ft„P,^C₇ wurde durch folgendes Verfahren erzeugt: Elektrolytisch gewonnenes Eisenpulver, rotes Phosphorpulver und Kohlenstoffpulver wurden gemischt im Anteil 90,3, 8,1, und 1,6 Gewichtsteilen. Das Mischpulver wurde sodann gepreßt bei einem Druck von 35 kg/mm , wodurch ein Grünling erhalten wird. Dieser Grünling wurde mit einer Geschwindigkeit von· 30 C/Stunde bis auf 500 C erhitzt und wurde auf diese Temperatur von 500 C über 2^ Stunden lang gehalten. Hierdurch wird eine Sinterreaktion bewirkt. Der so behandelte Grünling wurde sodann erhitzt auf 800 C über eine Zeitdauer von 4-8 Stunden, wodurch sich ein Sinterkörper ergab. Dieser Sinterkörper wurde sodann von Zimmertemperatur erhitzt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes. Die geschmolzene Legierung mit einer Temperatur von 1 200 C wurde abgeschreckt mit einer Geschwindigkeit von 10 C/Sek. durch Versprühen auf die innere Oberfläche eines mit 5 000 Umdrehungen/min, rotierenden Zylinders. Das erhaltene Metallblättchen wies eine Dicke von

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100 μ auf. Bei der Röntgenstrahlbeugungsmessung zeigte sich, daß die Legierung zu 75 % amorph und zu 25 % kristallin war.

Sechs Metallblättchen wurden auf diese Weise erzeugt. Ein Film eines Epoxyharzes mit einer Dicke von 1 u wurde zw'ischen jeweils zwei Metallblättchen aufgebracht. Das Laminarteil 1 nach Fig. 1, bestehend aus sechs Metallblättchen wurde sodann vier Stunden lang auf IA-O C erhitzt, so daß die Metallblättchen 2 fest miteinander verbunden waren. Die Dicke t des Laminarkörpers betrug 600 u. Der Laminarkörper nach Fig. 1 wurde durch Schleifen mit einer Ausnehmung 3 versehen. Hierdurch wird eine Hälfte eines ringförmigen Körpers erzeugt. Auf die gleiche Weise wurde eine zweite Hälfte eines ringförmigen Körpers hergestellt. Die so erzeugten Laminarkörper wurden miteinander verbunden über Einsätze 5 aus Kupfer-Berilium-Legierung mit einer Dicke tp von 2 Mikron, wodurch sich ein Tonkopf A- ergab, der in ein konventionelles Gehäuse eines Magnetkopfes eingesetzt wurde. Der so hergestellte Magnetkopf wurde einem Verschleißtest unterworfen. Bei dem Verschleißtest betrug der Kontaktdruck 3,A- gr/mm , die Umgebungstemperatur betrug 23+1 C und die Luftfeuchtigkeit lag bei 65+5 %, Die Laufgeschwindigkeit eines Magnetbandes betrug 19cm/Sek, und die Dauer des Versuchs betrug 2 500 Stunden. Der bei diesem Test festgestellte Verschleiß am Kern betrug 7 μ.

Zu Vergleichszwecken wurden Magnetköpfe getestet, deren Kern bestanden aus 80Ni-20Fe Permalloy, gesintertem Mn-Zn-Ferrit und. einem Einkristall aus Mn-Zn Ferrit, wobei der Verschleiß A-OO μ bei Permalloy und 10 ju bei den Ferritkernen betrug. Die Magnetköpfe mit Kernen aus gesintertem Ferrit und dem Ferriteinkristall verloren ihre ursprünglichen

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ΛΑ

Laufeigenschaften nach 1 500 Stunden infolge der sich bildenden Löcher und Risse an der Kontaktoberfläche der Kerne

Der Laminarkörper aus Blättern eines amorphen Legierungsmetalls wurde weiterhin bezüglich der magnetischen und ' elektrischen Eigenschaften getestet. Das Resultat ist in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Koerzitivkraft (Oe)	0.02
maximale magnetische Flußdichte (G)	8.700
spezifischer Widerstand ( uil -cm) >	160
Ursprungspermeabilität	24.500
Härte (Hv)	650

Der Curiepunkt der amorphen Legierung betrug 360°C.

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Beispiel 2

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•ΑΧ'

Ein Magnetkopf, in welchem eine amorphe Metallegierung von ^Fe4.5^Ni4.7^P8 Verwendung fand, wurde erzeugt nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Eisenpulver, Nickelpulver und rote Phosphorpulver verwendet wurden im Gewichtsverhältnis von 45 Teilen, 50 Teilen und 5 Teilen. Die Ergebnisse der Untersuchungen bezüglich der magnetischen, elektrischen, mechanischen und kristallinen Eigenschaften ist in Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Koerzitivkraft (Oe)	0.02
maximale magnetische Flußdichte (G)	7.000 ;
spezifischer Widerstand ( μβ- -cm	175
Ursprungspermeabilität	23.000
Härte (Hv)	720
Prüfbedingungen beim Verschleiß
	19
	25.000
Laufgeschwindigkeit des Bandes ( cm/Sek .)	6
Dauer (Stunden)	75
Verschleiß in μ
amorpher Anteil (%)

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Beispiel 3

Ein Magnetkopf mit einer amorphen Metallegierung aus COq_P,_ wurde erzeugt nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 mit Ausnahme, daß das Mischungsverhältnis von Kobaltpulver zu rotem Phosphorpulver in Gewichtsanteilen 88 Teile und¹ 12 Teile betrug. Dieser Magnetkopf wies folgende Eigenschaften auf:

Tabelle III

Koerzitivkraft (Oe)	0,06
maximale magnetische Flußdichte (G)	5.500
spezifischer Widerstand ( u P- - cm )	150
Härte (Hv)	700
Prüfbedingungen beim Verschleiß
	19 2.500
Laufgeschwindigkeit d. Bandes ( cm/Sek .) Dauer (Stunden)	8
Verschleiß in μ	65
amorpher Anteil (%) i

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Beispiel A-

Ein Magnetkopf, bei welchem eine amorphe Metallegierung

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verwendet wurde, wurde erzeugt nach dem Verfah-

ren gemäß Beispiel 1. Das Mischungsverhältnis von Fe, B und P Pulver in Gewichtsprozenten betrug 90.3, 8.1 und*1.6. Die erhaltenen Ergebnisse der Te3ts wie in Beispiel 1 sind in Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Koerzitivkraft (Oe)	0.08
maximale magnetische Flußdichte (G)	9.000
spezifischer Widerstand ( μΐϊ -cm	160
Ursprungspermeabilität	25.000
Härte (Hv)	630
Prüfbedingungen beim Verschleiß
	19
	2.500
Laufgeschwindigkeit des Bandes (cm/Sek ,)	8
Dauer (Stunden)	85
Verschleiß in μ
amorpher Anteil (%)

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Beispiel 5

Ein Magnetkopf mit einer amorphen Metallegierung Fe^gNi^P^Bg wurde hergestellt gemäß dem Verfahren in Beispiel 1. Die Mischungsverhältnisse in Gewichtsprozenten von Fe, Ni., P und B Pulver betrug 44, 46,4, 8,5 und 1,1. Die Versuchsergebnisse mit Versuchen gemäß Beispiel 1 sind in Tabelle V angegeben.

Tabelle V

Koerzitivkraft (Oe)	0.03
maximale magnetische Flußdichte (G)	8.000
spezifischer Widerstand ( yfL-cm	175
Ursprungspermeabilität	50.000
Härte (Hv)	720
Prüfbedingungen beim Verschleiß
	19
	2.500
Laufgeschwindigkeit des Bandes ( cm/Sek.)	6
Dauer (Stunden)	75
Verschleiß in μ
amorpher Anteil (%) I ., — . —

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Bei dem Herstellverfahren ist neben des Wegfalls einer Wärmebehandlung von Bedeutung, daß alle die den Kern bzw. eine Kernhälfte bildenden Metallplättchen durch Schleifen des Laminarteils in einem Arbeitsgang bearbeitet werden können.

- 15 Ansprüche

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Claims

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Ansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes mit einem_t ringförmigen Kern, der mindestens einen von außen nach innen sich erstreckenden Magnetspalt aufweist, in welchem ein Distanzstück angeordnet ist und dieser Magnetspalt in Kontakt steht mit einem Magnetaufzeichnungsträger und mit mindestens einer auf dem Kern angeordneten Spule, wobei der aus zwei Hälften bestehende Kern aus einer weichmagnetischen Legierung, bei der mindestens ein Legierungsbestandteil aus Eisen, Nickel oder Kobalt besteht, durch Zusammenfügen dieser Hälften und des Distanzstückes gebildet wird, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Metallplättchen aus einer zumindest 50 %igen amorphen Legierung zu einem Laminarteil übereinandergeschichtet werden und das so erhaltene Laminarteil durch Schleifen in eine halbringförmige Form gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Metallplättchen ein dünner Film eines Epoxyharzes aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zei chnet, daß die Metallplättchen aus einer zumindest 50 %igen amorphen Legierung durch rasches Abkühlen einer Schmelze hergestellt werden, die aus MaYb besteht, wobei M mindestens ein Metall der Eisen, Nickel und Kobalt aufweisenden Gruppe ist, Y mindestens ein Element der Phosphor, Bor, Kohlenstoff und

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ORIGINAL INSPECTED

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Λ'

Silizium aufweisenden Gruppe ist und wobei der Prozentanteil in Atomgewichtsprozenten beia zwischen etwa-60
und etwa 95 und bei b zwischen etwa 5 und etwa A-O liegt, wenn a und b gleich 100 ist.

A-. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η

zeichnet, daß die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 10 C/sek. erfolgt.

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