ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ
FERRITE MATERIAL

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания анизотропных ферритовых СВЧ материалов для создания невзаимных устройств в миллиметровом диапазоне длин волн в современной и перспективной радиолокации и связи. Для развития этого направления необходимы улучшенные гексаферриты с пониженными СВЧ потерями, улучшенной термостабильностью и с повышенной коэрцитивной силой. Последнее качество позволит уменьшить величину внешнего подмагничивания устройства или совсем отказаться от него, что положительно скажется на массогабаритных характеристиках приборов, способствуя их миниатюризации.
а
а
К настоящему времени накоплен значительный опыт по производству высокоплотных ферритов с гексагональной кристаллической структурой с полями анизотропии Н от 6 кЭ до 35 кЭ для миллиметрового диапазона длин волн - 18-94 ГГц (каталог фирмы АО «НИИ «Феррит-Домен»). При уменьшении значения Н ниже 12-13 кЭ величина коэрцитивной силы падает, особенно при повышении плотности гексаферритов.
а
с
Ряд термостабильных марок с Н от 6 до 13 кЭ и коэрцитивной силой Н=0,07÷0,5 кЭ при низкой плотности материала (≤4,2) разработан на основе известного ферритового материала (авторское свидетельство №623239, 05.09.1978 г.), содержащего следующее соотношение компонентов, вес %:
Оксид бария (ВаО)
9,6÷10,0
Оксид никеля (NiO)
0,4÷4,8
Оксид скандия (Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,1÷13,4
Оксид цинка (ZnO)
5,4÷9,8
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
Остальное.
Известен термостабильный ферритовый материал (авторское свидетельство №387442, 21.06.1973 г.) содержащий, вес %:
Оксид стронция (SrO)
6,7÷6,9
Оксид цинка (ZnO)
5,2÷5,4
Оксид никеля (NiO)
4,8÷5,0
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
Остальное
а
а
который характеризуется стабильной величиной поля анизотропии (Н=10÷12 кЭ), но имеет узкий диапазон Н.
Известен также ферритовый материал (авторское свидетельство №441598, 30.08.1974 г.), содержащий, вес %:
Оксид стронция (SrO)
6,8÷7,0
Оксид никеля (NiO)
9,7÷10,1
Оксид хрома (Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,3÷15,3
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
Остальное
с
обладающий большой Н до 1,5 кЭ.
При повышении плотности этих ферритовых материалов, необходимой при изготовлении полированных подложек для микрополосковых приборов в интегральном исполнении, возникают проблемы, связанные с ухудшением электромагнитных свойств. С ростом плотности происходит снижение коэрцитивной силы, увеличивается проводимость, растут диэлектрические потери.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является ферритовый материал по авторскому свидетельству №441598, взятый в качестве прототипа.
а
теор
c
ε
3
-4
Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении гексаферритового материала с полями анизотропии Н=7÷13 кЭ, более низкими по сравнению с прототипом, с повышенным значением плотности ≥4,8 г/см (до 0,9ρ) при значения коэрцитивной силы H≥1 кЭ и уменьшенных диэлектрических потерях tgδ≤8⋅10.
Для достижения технического результата предлагается ферритовый материал, который содержит в качестве базового состава оксиды Sr, Ni, Cr и Fe, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид скандия и оксид марганца при следующем соотношении компонентов, вес %:
Оксид стронция (SrO)
6,75÷6,85
Оксид никеля (NiO)
9,75÷9,90
Оксид хрома (Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,45÷10,00
Оксид марганца (Mn<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,10÷2,10
Оксид скандия (Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
0,10÷4,60
Оксид железа (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
Остальное
Предлагаемый ферритовый материал получают по следующей технологии.
а
2
Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешиваются в вибромельнице до получения однородной по составу смеси. Смесь синтезируют при температуре 1220-1280°C в течение 4-6 часов на воздухе. Полученный ферритовый порошок подвергают мокрому помолу в этиловом спирте в течение 20÷24 часов. Из полученной пасты прессуют образцы в постоянном магнитном поле величиной, примерно 0,7 Н при удельном давлении 0,3÷0,5 т/см. После сушки образцы обжигают при температуре 1250-1350°C в атмосфере кислорода.
а
ε
с
На спеченных образцах определялись следующие параметры: плотность - ρ, поле анизотропии - Н, диэлектрические потери - tgδ и коэрцитивная сила - Н - по стандартным методикам в соответствии с МЭК. Плотность определялась методом гидростатического взвешивания, поле анизотропии измерялось резонансным методом на сферических образцах. Тангенс угла диэлектрических потерь измерялся резонансным методом на частоте 10 ГГц на стержнях размером 1,12×1,12×18 мм. Коэрцитивная сила контролировалась на гестериографе в магнитном поле 10 кЭ на дисках ∅30×4 мм.
Примеры получения ферритовых материалов, их состав и свойства приведены в таблице 1.
В примерах №1, 2, 3, 4 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им параметры.
2
3
2
3
а
с
Пример №5. Увеличение содержания ScO и уменьшение CrO по сравнению с заявленными пределами приводили к снижению Н и Н.
2
3
2
3
а
Пример №6. Уменьшение содержания ScO и увеличение CrO по сравнению с заявленными пределами приводили к росту Н.
2
3
Пример №7. Увеличение содержания MnO по сравнению с заявленными пределами приводит к увеличению диэлектрических потерь.
2
3
Пример №8. Уменьшение MnO по сравнению с заявленными пределами также приводит к росту диэлектрических потерь.
12
19
5
4
11
4
2
3
Пример №9. Увеличение или уменьшение содержания NiO и SrO по сравнению с заявленными пределами приводит к появлению фаз других соединений, таких как SrFeO, SrFeO, NiFeO и α-FeO, которые ухудшают основные электромагнитные свойства ферритов и затрудняют спекание, например, №9.
Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Исследование возможности повышения коэрцитивной силы у гексаферритов с низкими полями анизотропии».
Создание гексаферритов с полями анизотропии менее 12-13 кЭ с повышенным значением коэрцитивной силы расширит номенклатуру материалов, применяемых в миллиметровом диапазоне радиочастот, и позволит создавать СВЧ приборы без внешнего подмагничивания.