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Zum Auffrischen und Schmunzeln . . .

. . . sind diese Museums-Seiten hier gedacht, denn viele wissen nicht mehr oder noch nicht, wie es damals angefangen hat und wie das wirklich funktioniert mit den Tonband- und den Magnetbandgeräten aus alter Zeit. Viele Bilder können Sie durch Anklicken vergrößern, auch dieses.

Die Industrielle Fertigung von Magnetbändern

In Anlehnung an mehrere wissenschaftliche Ausarbeitungen aus dem Jahr 1960 aus dem Buch: "Die Technik der Magnetspeicher".

Quellenangaben erfolgen am Ende der Seiten.

Teil 1: Die Eisenoxyd Herstellung

Gamma-Eisen-Oxyd

So gut wie alle am Markt befindlichen Magnetbänder (wir sind in 1960!) enthalten als magnetisierbare Substanz pulverförmige, ferromagnetische Eisenoxyde. Fast ausnahmslos wird heute das braune y-Fe2O3 verwendet, während früher gelegentlich auch das schwarze Eisenoxyd Fe3O4 (Magnetit) eingesetzt wurde. In den elektroakustischen Eigenschaften sind die braunen Eisenoxyde dem schwarzen Magnetit überlegen und können durch die Herstellungsbedingungen maßgebend beeinflußt werden.

Die Koerzitivkraft wird bei reinem Eisenoxyd durch die Größe und Gestalt der in einem chemischen Prozeß anfallenden winzigen Oxydkristalle mit Spinellstruktur bestimmt. Sie gehören in die Gruppe der ,,Ferrospinelle", deren Name sich von dem Mineral-Spinell (Mg A12O4) ableitet (Untersuchung von Bragg 1915). Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung von Eisenoxyden bekannt.
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A. Würfelförmige Eisenoxyd-Kristalle, hergestellt nach dem Fällungsverfahren

Jetzt wird es kompliziert:

Dieses Verfahren liefert würfelförmige Kristalle, deren Größe und folglich ihre Koerzitivkraft durch den Herstellungsprozeß beeinflußt werden können. Die Kantenlänge der heute hergestellten Kristalle variiert zwischen 0,1 bis 0,5µm. Von einer bestimmten „kritischen" Teilchengröße an nimmt die Koerzitivkraft mit wachsender Teilchengröße ab.

Ein anderer Weg zur Steigerung der Koerzitivkraft ist der Einbau von Fremd-Metall-Ionen, insbesondere von Kobaltkationen in das Kristallgitter des Eisenoxydes. Als Erklärung nimmt man an, daß die Kobaltkationen als heterogene Teilchen im Kristallgitter hemmend auf das Verschieben der "Blockschen Wand" zwischen zwei benachbarten "Weissschen Bezirken" wirken. Sie verursachen eine Erhöhung des Energiebetrages des magnetischen Feldes zur Überwindung dieser Hindernisse und damit eine Erhöhung der Koerzitivkraft.
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Physikalische Betrachtung der Erzeugung

Das Kobalt wird als Metallsalz vor Beginn der nachfolgend beschriebenen chemischen Reaktionen zur Eisen-(II)-Salzlösung (z. B. Ferro-sulfat) hinzugegeben. Die Koerzitivkraft wird bereits durch geringfügigen Kobaltzusatz von 2 bis 10 Atomprozent sehr stark erhöht. Gegenüber einem gefällten kobaltfreien Eisenoxyd mit einer Koerzitivkraft von etwa 80 bis 120 Oerstedt steigt sie durch einen Kobaltzusatz in dem angegebenen Ausmaß auf 200 bis 800 Oerstedt. Durch höhere Zusätze können Werte von 1500 und mehr Oerstedt erreicht werden.

Als Ausgangsmaterial wird z.B. Eisensulfat FeSO4-7H2O, ein hellgrün gefärbtes Salz des Eisens verwendet, das durch Auflösen von Eisen in Schwefelsäure (Fe + H2SO4-> FeSO4 + H2) gewonnen wird. Es wird in Wasser gelöst und diese Eisen-(II)-Salzlösung mit Alkalilauge (z. B. Natronlauge oder Ammoniak) versetzt. Dabei fällt in feiner Form weißes Eisen-(II)-Hydroxyd (Fe(O)2) aus.

Diese Suspension wird weiterhin mit einem geeigneten Oxydationsmittel, z.B. Natronsalpeter NaN03 bei etwa 70° bis 90° C zum schwarzen Fe3O4 (Magnetit) oxydiert. Dieser wird elektrolytfrei gewaschen, abgesaugt und getrocknet. Früher wurde diese Stufe, die bereits magnetisierbar ist, zur Speicherherstellung benutzt. Der trockene Magnetit wird dann bei einer Temperatur von etwa 300° C mittels Luftsauerstoff zum braunen y-Fe2O4, dem gewünschten Endprodukt, oxydiert.

Bei hoher Temperatur (> 500° C) tritt eine Umkristallisation ein, und das braune y-Eisenoxyd mit kubischem Kristallgitter geht in die rote Modifikation a-Fe2O3 mit hexagonalem Gitter über, die unmagnetisierbar und daher für Speicher unbrauchbar ist.
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B. Nadelförmige Eisenoxyd-Kristalle

Bei dem zweiten Verfahren wird z.B. von einer Keimlösung ausgegangen, die durch Luft-Oxydation einer Eisen-(II)-Hydroxyd-Fällung bei niedriger Temperatur erhalten wird. Es entsteht sehr feinteiliges Eisenoxydhydrat (Keime). Diese Keime läßt man dann bis zu einer gewünschten Teilchengröße wachsen, indem man in Gegenwart von Eisensulfat und metallischem Eisen bei erhöhter Temperatur Luft in die Suspension einbläst. Das gelbe Eisenoxydhydrat wird getrocknet. Die anfallenden Kristalle sind nadelförmig mit einem Längen-Durchmesserverhältnis von ungefähr 10 : 1, wobei Länge und Breite je nach Versuchsbedingungen in gewissen Grenzen variiert werden können.

Gebräuchliche Größen sind etwa 1µm-Länge. Die Größe der Teilchen bestimmt die Koerzitivkraft. Sie nimmt mit wachsender Teilchenlänge ab. Alle weiteren Reaktionen sind wieder isomorphe Umwandlungen, d. h. die äußere Kristallform bleibt erhalten. Zunächst wird das Eisenoxydhydrat bei Temperaturen von über 300° C entwässert und reduziert (z. B. mit Wasserstoff H2). Es entsteht schwarzer magnetisierbarer Magnetit, der in einer weiteren Trockenreaktion bei etwa 250° C zum endgültigen braunen y-Eisenoxyd oxydiert wird.

Das Bild zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme solcher nadelförmiger Oxydkristalle. Die Länge beträgt etwa 1µm und das Längen-Breiten-Verhältnis rund 10 : 1. Der größere Teil der Bandhersteller benutzt dieses nadelförmige Eisenoxyd zur Magnetbandherherstellung, wobei von der Möglichkeit einer Vor-Orientierung der nadelförmigen Kristalle Gebrauch gemacht wird, indem man beim Aufgießen auf den Träger ein Magnetfeld einwirken läßt, dessen Richtung mit der Magnetisierungsrichtung beim Aufzeichnungsvorgang übereinstimmt.
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