Brevet FR3044309A1 — publié le 20170602

Matériau ferrite de type grenat à très faible aimantation à saturation et composant comprenant ledit matériau à très faible aimantation à saturation Le domaine de l'invention est celui des matériaux ferrites à faibles pertes, particulièrement adaptés à la réalisation de composants hyperfréquences et notamment de composants passifs magnétiques à faibles pertes fonctionnant à des fréquences de l'ordre de quelques Gigahertz. De tels composants sont particulièrement recherchés actuellement tant pour des applications civiles de télécommunications que pour des applications RADAR fonctionnant typiquement dans des gammes de fréquences comprises entre quelques Gigahertz et quelques dizaines de Gigahertz. Il peut s'agir de composants passifs magnétiques qui réalisent 15 dans les systèmes de communications hyperfréquences, des fonctions de type filtres, déphaseurs, circulateurs ou isolateurs. On peut notamment réaliser des composants ferrite multicouche pour des fonctions circulateur et isolateur en hyperfréquences (entre 1 GHz et 30 GHz). Ces composants ferrites sont plus particulièrement destinés à 20 être intégrés dans des modules actifs hyperfréquences qui composent les antennes à balayage électronique. Pour ce faire, il est intéressant de réaliser des composants multicouches à partir de ferrites magnétiques de type grenat capables de présenter les deux avantages importants suivants : 25 - de faibles pertes magnétiques et diélectriques en hyperfréquence ; - pouvoir être frittés à basse température, aux environs de 900°C soit 600°C en-dessous de la température de frittage des ferrites de type grenat conventionnels, ce qui permet de les cofritter 30 avec des diélectriques et des métaux comme l'or ou l'argent. Les pistes métalliques sont réalisées à partir d'argent ou d'or déposé par sérigraphie. La technologie de cofrittage est déjà utilisée pour la fabrication de microinductance comprenant un matériau ferrite, un bobinage et une 35 terminaison ou un condensateur céramique multicouches. Mais cette 3044309 2 technologie se limite actuellement à l'association de deux matériaux, un oxyde (ferrite ou diélectrique) et un métal. La réalisation de composants magnétiques plus élaborés mettant en oeuvre un ferrite, un diélectrique et un métal nécessite de pouvoir 5 disposer de matériaux compatibles de la technologie de cofrittage multicouche. La figure 1 schématise une vue éclatée d'un circulateur ferrite-diélectrique sans son aimant, avec un diélectrique 10, un ferrite 11, une jonction Y métallique 12 et un plan de masse 13. La structure le plus souvent utilisée pour ces composants est de 10 type composite : le ferrite ayant la forme d'un disque est entouré d'un matériau non magnétique, un diélectrique présentant de faibles pertes. Une solution simple serait d'utiliser des diélectriques compatibles avec le cofrittage ferrite-argent à environ 900°C. Néanmoins, des problèmes d'interdiffusion et de différence de retrait et de dilatation thermique compliquent la réalisation de tels composants. Un problème important à résoudre dans ces composants magnétiques est ainsi la non-compatibilité entre le ferrite et le diélectrique. En effet, des retraits différents entraînent des désolidarisations des différents matériaux lors du frittage. La solution qui est présentée dans la présente invention consiste pour ce faire à utiliser un ferrite à très faible aimantation à saturation, de la même famille que celles des ferrites faibles pertes de type grenat, de sorte à conserver les mêmes éléments chimiques pour les parties magnétiques et non magnétiques, et de sorte à assembler des matériaux céramiques dont les retraits et les coefficients de dilatation sont proches. L'association des ferrites de type grenat avec de tels « substituants » de diélectriques à basse température de frittage et des métallisations par exemple à base d'argent ou d'or permet ainsi la réalisation de composants magnétiques cofrittés performants, tels que notamment des circulateurs, dans lesquels le ferrite magnétique faibles pertes peut typiquement présenter une aimantation à saturation de l'ordre de 0,2 Tesla pour des fonctionnements à des fréquences élevées (quelques gigaHertz). 3044309 3 Plus précisément la présente invention a pour objet un matériau ferrite de structure grenat à très faible aimantation à saturation caractérisé en ce qu'il répond à la formule chimique suivante : YaTRbBibfecAldlneCaeugZrhViCoiSikOlay 5 avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 800 mT). 25 Selon des variantes de l'invention, le composant est un circulateur ou un isolateur ou un déphaseur hyperfréquence, pouvant typiquement fonctionner dans une gamme de fréquence d'environ 0,5 GigaHertz à environ 20 GigaHertz. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un 30 matériau ferrite selon l'invention caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - le pesage des matières premières de type oxydes ou carbonates pour obtenir la composition du matériau ferrite ; - le mélange et un premier broyage des matières premières ; 3044309 6 le chamottage à une température comprise entre environ 800 et 900°C un second broyage de la poudre obtenue, suivi d'un pressage ; - le frittage de ladite poudre rebroyée, à une température 5 comprise entre environ 800 et 1000°C. Selon des variantes de l'invention, le procédé comprend en outre après l'opération de chamottage, l'ajout d'oxyde de vanadium comme fondant. Selon des variantes de l'invention, le matériau obtenu après 10 l'opération de chamottage répond à la formule chimique suivante : Y2,28-bCuo,05GdbBi0,67Fe5-dA1,1012 avec 0 b 0,8 et 0 d 1 le fondant étant de l'oxyde de vanadium. Selon des variantes de l'invention, le premier et le second broyage 15 sont effectués en milieu humide. Selon des variantes de l'invention, le frittage de la poudre rebroyée est effectué sous air ou sous oxygène. Selon des variantes de l'invention, les opérations de broyage sont effectuées avec un broyeur à boulets et/ou par attrition. 20 L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un composant comportant plusieurs éléments dont un matériau ferrite selon l'invention à très faible aimantation à saturation, caractérisé en ce que : on prépare ledit ferrite par le procédé de fabrication selon l'invention; 25 et lors de l'opération de frittage dudit procédé, on solidarise ledit ferrite à au moins un desdits autres éléments dudit composant ou à un précurseur dudit élément par un procédé de cofrittage. Selon des variantes de l'invention, l'un au moins des autres 30 éléments est un matériau ferrite répondant à la formule chimique suivante : Yal-RbBibfec.AldlneCafCugZrhViCoiSik012# avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 5 y 1 ; 3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2y 1 a 5. 3,5 ; 3044309 7 0 b 5 1,5 ; 0 REVENDICATIONS1. Matériau ferrite de structure grenat à très faible aimantation à saturation caractérisé en ce qu'il répond à la formule chimique suivante : Yal-RbBib'FecAldineCafCUgZrhViC0iSik012# avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 y 1 ; 3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2y 1 5. a .5_ 3,5 ; 0 b 1,5 ; 0 2. Matériau ferrite de structure grenat selon la revendication 1, 25 dans lequel d 5 1. 3. Matériau ferrite de structure grenat selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel b 5. 0,8. 30 4. Matériau ferrite de structure grenat selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel i est non nul. 5. Matériau ferrite de structure grenat selon l'une des revendications 1 à 4, la ou les terres rares étant du Gd ou du Dy ou du Tb. 35 3044309 19 6. Composant caractérisé en ce qu'il comporte un matériau ferrite selon l'une des revendications 1 à 5, et au moins un matériau ferrite de structure grenat répondant à la formule chimique suivante : 5 Yal-RbBibfecAldIlleCafCUgZrhViC0iSik012# avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 5 y 1 ; 3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2y 1 5 a 5 3,5 ; 10 0 5 b 5 1,5 ; 0 7. Composant selon la revendication 6, comprenant en outre au moins un matériau de type métal. 8. Composant comportant un noyau magnétique en matériau ferrite de structure grenat à faible aimantation répondant à la formule chimique suivante : Yal-RbBibfecAldlneCafCugZrhViCoiSikOi 2±y avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 5 y 5. 1 ; 3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2y 1 5 a 5 3,5 ; 0 b 5- 1,5 ; 0 9. Composant selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en 15 ce que ledit composant comporte des multicouches de matériau ferrite à très faible aimantation à saturation et des multicouches de matériau ferrite magnétique. 10. Composant selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé 20 en ce qu'il est un circulateur ou un isolateur ou un déphaseur hyperfréquence, en matériau composite selon l'une des revendications 7 ou 8. 11. Composant selon l'une des revendications 6 à 10, fonctionnant dans une gamme de fréquence d'environ 0,5 GigaHertz à 25 environ 20 GigaHertz. 12. Procédé de fabrication d'un matériau ferrite selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : le pesage des matières premières de type oxydes ou 30 carbonates pour obtenir la composition du matériau ferrite ; le mélange et un premier broyage des matières premières ; le chamottage à une température comprise entre environ 800 et 900°C ; un second broyage de la poudre obtenue, suivi d'un pressage ; 3044309 21 - le frittage de ladite poudre rebroyée à une température comprise entre environ 800 et 1000°C. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé 5 en ce qu'il comprend en outre après l'opération de chamottage, l'ajout d'oxyde de vanadium comme fondant. 14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau obtenu après l'opération de chamottage répond à la 10 formule chimique suivante : Y2,28-bCu0,05GdbBi0,67Fe5-dAld012 avec 0 5 d 5 1 et 0 5 b 5 0,8, le fondant étant de l'oxyde de vanadium. 15 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le premier et le second broyage sont effectués en milieu humide. 16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 15, 20 caractérisé en ce que le frittage de la poudre rebroyée est effectué sous air ou sous oxygène. 17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que les opérations de broyage sont effectuées avec un 25 broyeur à boulets et/ou par attrition. 18. Procédé de fabrication d'un composant comportant plusieurs éléments dont un matériau ferrite selon l'une des revendications 1 à 5 à très faible aimantation à saturation, caractérisé en ce que : 30 - on prépare ledit ferrite par le procédé selon l'une des revendications 12 à 17 ; et lors de l'opération de frittage dudit procédé, on solidarise ledit ferrite à au moins un desdits autres éléments dudit composant ou à un précurseur dudit élément par un procédé 35 de cofrittage. 3044309 22 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'un au moins des autres éléments est un matériau ferrite répondant à la formule chimique suivante : 5 YaTRbBibfecAldlneCafCugZrhViCoiSik012# avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 5 y 5 1 ; 3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2y 10 15a 53,5; 0 b 5 1,5 ; 0 20. Procédé selon l'une des revendications 18 ou 19, caractérisé 25 en ce que l'un au moins des autres éléments est une couche de métal.