Магнитомягкий гексаферритовый материал
MAGNETIC-SOFT HEXAFERRY MATERIAL

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания магнитомягких гексаферритовых материалов с малыми потерями и хорошей термостабильностью для высокочастотных индуктивных элементов и других устройств дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн в современном и перспективном приборостроении.
К магнитомягким материалам относятся гексаферриты с плоскостью легкого намагничивания, перпендикулярной кристаллографической оси - С. Благодаря строению кристаллической решетки эти материалы имеют большую частоту естественного ферромагнитного резонанса, чем у феррошпинелей с кубической решеткой с той же величиной начальной магнитной проницаемости. Кроме того, такие гексаферриты сохраняют величину магнитной проницаемости до частот 1000-3000 МГц. В связи с этим они являются более перспективными материалами по сравнению с феррошпинелями для использования на частотах выше 300 МГц.
К настоящему времени в мире накоплен значительный опыт по производству и применению высокочастотных никель-цинковых магнитомягких ферритов и мало уделено внимания на разработку гексаферритов как высокочастотного магнитомягкого материала.
Основными характеристиками магнитомягких материалов являются:
н
- μ - заданная величина начальной магнитной проницаемости;
- μ - магнитная проницаемость на рабочей частоте - f;
μ
- tgδ - тангенс угла магнитных потерь на рабочей частоте f;
μн
- α - относительный температурный коэффициент начальной проницаемости в интервале температур, равный  (1/град.).
В настоящее время как в России, так и за рубежом почти отсутствуют магнитомягкие материалы для высоких частот f>300 МГц, обладающие удовлетворительными характеристиками.
μ
μн
μ
-6
Широко распространен магнитомягкий материал на основе никель-цинковой шпинели - марки 9 ВН с начальной магнитной проницаемостью , с низкими магнитными потерями на частоте f=200 МГц (tgδ=0,012) и малой величиной относительного температурного коэффициента в положительной области температур (+20…+85°C) α=45⋅10 1/°C. Этот материал применяется на частоте не выше 250 МГц. С увеличением частоты его проницаемость резко падает, a tgδ значительно возрастет.
Известен магнитомягкий ферритовый материал с гексагональной кристаллической структурой (авт. свидетельство №354477), содержащий в своем составе, вес.%:
Оксид бария (ВаО)
18,1÷18,2
Оксид кобальта (СоО)
6,5÷7,1
Оксид циркония (ZrO)
1,0÷2,0
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
остальное,
н
μ
с начальной магнитной проницаемостью μ=9±1, с малым значением тангенса магнитных потерь на частоте f=400 МГц - tgδ=0,04÷0,05, но довольно высоким температурным коэффициентом уже на частоте 400 МГц.
Известен также ферритовый материал для высокочастотного применения (авт. свидетельство №387443), содержащий, вес.%:
Оксид бария (ВаО)
18,2÷18,3
Оксид кобальта (СоО)
8,2÷9,5
Оксид титана (TiO<sub>2</sub>)
2,4÷3,8
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
остальное,
μ
н
н
-6
с низким значением tgδ≤0,09 на частоте 1000 МГц и малой величиной температурного коэффициента αμ~400⋅10 1/°C, но обладающий низкой величиной начальной магнитной проницаемости - μ~3,0.
Сравнительные характеристики рассмотренных аналогов приведены в таблице 1.
* в интервале +20…+85°С
Под номером 4 даны свойства заявляемого материала. Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является ферритовый материал по авторскому свидетельству №387443, взятый в качестве прототипа.
н
μ
μн
-6
Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении магнитомягкого гексаферритового материала с повышенным значением начальной магнитной проницаемости (по сравнению с прототипом) μ до 10±2, при малых магнитных потерях на частоте 1000 МГц tgδ≤0,08 и улучшенной термостабильностью α≤350⋅10 при сохранении высокой рабочей температуры до 300°С.
Для достижения технического результата предлагается ферритовый материал, который содержит в качестве базового состава оксиды Ba, Co, Ti и Fe, отличающийся тем, что он взят при ином соотношении компонентов, вес. %:
Оксид бария (BaO)
18,21÷18,23
Оксид кобальта (CoO)
5,95÷7,45
Оксид титана (TiO<sub>2</sub>)
0,10÷1,60
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
остальное
Предлагаемый ферритовый материал получают по следующей технологии.
2
Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешиваются в вибромельнице со стальными шарами в течение трех часов. Однородная смесь синтезируется при температуре 1220-1260°C в течение 4-6 часов на воздухе. Полученный ферритовый порошок подвергается помолу по режиму, описанному выше. После введения 10% раствора поливинилового спирта в количестве 12-15% от веса порошка прессуются образцы при давлении 1,5÷2,0 т/см. Просушенные образцы обжигаются в кислородной атмосфере при температуре 1180-1280°C в течение 4-10 часов.
На спеченных образцах определялись следующие параметры: кажущаяся плотность, начальная магнитная проницаемость, относительный температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости, магнитная проницаемость и тангенс угла магнитных потерь на частоте 200 и 1000 МГц, по стандартным методикам МЭК.
Примеры получения ферритовых материалов, их химический состав и магнитные свойства приведены в таблице 2.
В примерах №1, 2, 3, 4, 5 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им параметры, полученные в результате испытаний по стандартным методикам.
2
Пример №6. Увеличение содержания CoO и TiO по сравнению с заявленными пределами приводит к снижению магнитной проницаемости.
2
μ
Пример №7. Уменьшение содержания CoO и TiO по сравнению с заявленными пределами приводит к росту магнитной проницаемости и магнитных потерь - tgδ.
2
4
12
19
н
μ
μн
Пример №8. Увеличение содержания BaO по сравнению с заявленными пределами приводит к образованию посторонних фаз, таких как BaFeO, BaFeO, что ухудшает основные магнитные параметры. Наблюдается снижение μ и рост tgδ, α.
2
4
2
3
Пример №9. Уменьшение содержания BaO по сравнению с заявленными пределами приводит также к образованию фаз посторонних соединений, например (CoTi) FeO и αFeO, что сказывается на ухудшении всех параметров.
Создание магнитомягких материалов с малыми потерями, с хорошей термостабильностью и начальной проницаемостью от 8 до 12, сохраняющих это значение до 1000 МГц, является перспективным при создании ряда гексаферритовых материалов для дециметрового и сантиметрового диапазонов частот.