Brevet FR2482581A1 — publié le 19811120

L'invention concerne un matériau ferrimagnétique particulièrement bien adapté à l'utilisation en hyperfréquence (quelques centaines à quelques milliers de mégahertz). Les matériaux les plus utilisés actuellement dans la fabrication des dispositifs hyperfréquences sont dérivés du grenat d'yttrium, les deux plus S grandes familles ayant été jusqu'à présent les grenats d'yttrium substitués à l'aluminium et les grenats substitués au gadolinium-aluminium. Pour un moment magnétique donné (que l'on se fixe en fonction de la fréquence d'utilisation) les utilisateurs prennent notamment en considération les facteurs suivants: - les caractéristiques diélectriques - la stabilité de l'aimantation en fonction de la température -la valeur de la largeur de raie de gyrorésonance - la valeur de la largeur de raie effective. La recherche des valeurs optimales conduit souvent à des exigences contradictoires. Par exemple la stabilité thermique des grenats d'yttrium- fer n'est généralement obtenue (grace à la substitution de gadolinium à l'yttrium) qu'au prix d'un élargissement de la largeur de raie de gyrorésonan- ce. L'invention -concerne un matériau assurant un excellent. compromis notamment entre stabilité de l'aimantation et largeur de raie de gyroréso- nance. En outre le matériau a de très faibles pertes diélectriques aux fréquences d'utilisation ce qui permet d'obtenir de très faibles pertes d'insertion d'origine diélectrique pour un dispositif de transmission tel qu'un circulateur. Le matériau selon l'invention est un grenat de formule générale Y3-2x-z-u Ca2x+u Gdz Fe5-u-x-y Vx Iny Zru 012 dans laquelle on a les relations suivantes entre les paramètres x, y, u et z: o d'ajouter en même temps de l'indium et du zirconium. Les matériaux sont obtenus de la manière suivante: On choisit des matières premières de pureté voisine de 99,5% (oxyde d'yttrium, carbonate de calcium, oxyde de fer, oxyde de gadolinium, oxyde d'indium ou de zirconium et oxyde de vanadium). Ces matières premières sont pesées selon le dosage prévu par la formule générale, dans laquelle on introduit un défaut de fer pour tenir compte de l'apport de fer consécutif aux deux broyages prévus -dans le cycle de préparation. La valeur de ce défaut est variable selon le taux des différentes matières premières, elle est comprise entre 0,175 et 0,245 en moles. Lors des pesées on tient également compte des pertes au feu des différentes matières premières. Le mélange ainsi dosé est alors broyé en milieu liquide, séché puis tamisé. La poudre obtenue est ensuite "chamottée", c'est à dire traitée thermiquement à une température comprise entre 1000 et 1200'C pendant 4 heures. Le produit est à nouveau broyé, séché et tamisé, des agents liants et lubrifiants pouvant être apportés au cours de ces étapes. On procède ensuite à un compactage de la poudre sous une pression d'environ 1,6 tonne par cm2 pour former des échantillons qui subissent ensuite un traitement thermique sous oxygène à une température dite de frittage comprise entre 1250 et 14500C. Définition des notations: Dans ce qui suit on désigne par: -MS l'aimantation à saturation en kA/m, mesurée à la température ambiante (voisine de 200C); -e' la partie réelle de la constante diélectrique; 248z581 - tg d la tangente de l'angle de pertes diélectriques mesurée à la fréquence de 8,2 GHz sur un barreau d'environ lmm de diamètre; -geff le facteur gyromagnétique effectif; -AH en kA/m la largeur de raie de résonance gyromagnétique mesurée à 9,5 GHz sur une sphère d'environ 1 mm de diamètre; -AHeff en kA/m la largeur effective, elle caractérise les pertes résiduelles magnétiques hors résonance; -a(tA, tB) le coefficient de température de MS entre les températures tA et tB, défini par la formule: I Msmax - Ms a (tA, tB) = - min tB - tA Ms dans laquelle MSmax désigne la valeur maximale de l'aimantation dans l'intervalle (tA, tB) et Msmin la valeur minimale de l'aimantation dans le même intervalle, Ms étant la valeur à la température ambiante (20 C); - Tc la température de Curie exprimée en degrés Celsius. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront des exemples qui suivent, donnés à titre non limitatif et illustrés par les figures annexées parmi lesquelles: Les figures I à 4 représentent la variation du moment magnétique en fonction de la température pour différents échantillons de matériau selon l'invention. La figure 5 est un diagramme explicatif. Premiere série d'exemples: On a choisi u=0 (absence de zirconium). Les valeurs des paramètres x, y et z sont choisies dans les intervalles: 0 0,5 Le tableau I donne les caractéristiques obtenus pour différents maté- riaux: TABLEAU I Exemple x y z Ms H ac(-40,80 C) Tc N A /m KA/m.10+3/ C C O 0,5 0,5 0,3 0,2 0,38 0,25 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 O0,4 0,9 0,5 1,5 1,8 1, 2, 1,5 1,2 2,0 2,0 2,0 ,5 ,5 62,9 56,5 48,3 47,5 43,7 ) 39,9 I 0,9 1,1 1,6 2,1 4,1 2,1 4,7 2,5 3,4 6,3 4,3 7,9 3,9 3,2 1,9 2,3 1,9 2,4 1,6 0,7 0,9 1,2 On constate que dans l'ensemble on a: 39 0,9 i { - i - i ml I L'exemple N04 représente un excellent compromise pour la valeur de MS de 74 KA/m. Deuxième série d'exemples: On a choisi y=O (absence d'indium). Les valeurs des paramètres x, u et z sont choisies dans les intervalles: 0 0,5 Le tableau 11 donne les caractéristiques obtenus pour différents matériaux: TABLEAU II Exemple x u z MS H x (-40,80 C) Tc N KA/m KA/m.10+3/ C C 0,5 0,4 0,5 0, 5 0,5 0,4 0,23 0,5 0,5 0,5 0,9 1,5 0,5 1,5 1,8 1,5 1,5 1,5 0,9 1,7 2,1 2, 1 1,9 2,4 3,6 3,5 2,5 3,5 On consta 0,9 1.10-3 L'exemple te que dans l'ensemble on a: e N 14 représente un MS =.91 KAI/m. L'expérience acquise en -fabriquant matériaux cités dans les tableaux I et II excellent compromis pour les différents échantillons de conduit à formuler les règles ,5 77,2 71,8 73,8 74,8 71,3 63,7 ,7 53,7 l'q 3,2 2,5 les 1,7 3,2 2,3 0,1 0,5 0,3 i 0,2 9,25 0,13 0,25 0,5 0,5 248258 1 suivantes: ) Les matériaux ayant une aimantation comprise entre 96 KA/m et KA/m et des valeurs acceptables pour H et sont situés dans le domai- ne: 0 72 KA/m et des valeurs acceptables pour H et sont situés dans le domai- ne: 0,1 KA/m et des valeurs acceptables pour H et sont situés dans le domai- ne: 0,3 température pour le matériau de l'exemple N 4. La température est: TC = 2020C. Les figures 2 à 4 donnent des renseignements analogues pour les matériaux des exemples: 17: TC = 173 C (fig. 2) 18: TC = 195 C (fig. 2) 4: TC = 174 C (fig.3) 8: Tc =1610C (fig. 4) 6: Tc = 168 C (fig.4). 248258 1 En ce qui concerne les pertes diélectriques, celles-ci sont minimales quand on évite l'excès de fer. On a signalé plus haut que, lors de la fabrication du matériau, on doit introduire une quantité moindre de fer par rapport à la formule théorique du matériau final. Ce défaut E correspond à la formule modifiée comme suit: Y3-2x-z-u Ca2x+u Gd7 Fe,5u-x-ye Vx Iny Zru O12- La figure 5 donne les courbes des pertes diélectriques exprimées par tg5pour différentes valeurs de C et différentes températures de frittage i0 (voir les symboles des points figuratifs). Le matériau étudié est celui de la formule dans lequel on a: x = 0,5 y= 0,5 z = 1,5. 248258 l REVENDICATIONS 1. Matériau ferrimagnétique à structure grenat, caractérisé en ce qu'il répond à la formule chimique générale: Y3-2x-z-u Ca2x+u Gdz Fes-x-y-u Vx Iny Zru 12 dans laquelle on a les relations suivantes entre les paramètres xs y, z et u: 0 et 0,5 2. Matériau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que: et u = 0. 3. Matériau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que: 0 et y=O. 4. Matériau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but d'obtenir une aimantation comprise entre 96 KA/m et 80 KA/ms on a les relations suivantes: 0 1,3 5. Matériau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but d'obtenir une aimantation comprise entre 80 KA/m et 72 KA/m, on a les relations suivantes: 0,1 1,4 6. Matériau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but d'obtenir une aimantation comprise entre 72 KA/m et 50 KA/m on a les relations suivantes: 0,3 0,9