СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЬ-ЦИНКОВОГО ФЕРРИТА С ВЫСОКИМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПОТЕРЯМИ
METHOD OF PRODUCING NICKEL-ZINC FERRITE WITH HIGH DIELECTRIC LOSS

Изобретение относится к технологии радиопоглощающих ферритов, которые находят все более широкое применение в безэховых камерах, для значительного снижения отражения радиоволн от стен.
Известны способы получения радиопоглощающих никель-цинковых ферритов [1, 2]. Наиболее близким техническим решением является патент США [2] на никель-цинковый феррит, используемый в качестве радиопоглощающего материала, который включает синтез ферритового порошка из оксидов никеля, цинка и железа, измельчение синтезированной шихты до размеров частиц 2-5 мкм, гранулирование шихты с введением связки, прессование заготовок и спекание. К недостаткам известных никель-цинковых ферритов, при использовании их в качестве радиопоглощающих материалов, можно отнести невысокое поглощение радиоволн в интервале частот от 30 МГц до 1000 МГц. Поглощение радиоволн радиопоглощающими ферритами обусловлено магнитными потерями в результате резонанса магнитных доменных стенок и ферромагнитного резонанса. Невысокое поглощение радиоволн известными никель-цинковыми ферритами, на наш взгляд, обусловлено тем, что частоты резонанса магнитных доменных стенок и ферромагнитного резонанса практически совпадают, а резонанс доменных стенок при этом проявляется слабо.
Потери в ферритах могут быть увеличены не только за счет магнитных, но и за счет диэлектрических потерь. Диэлектрические потери пропорциональны произведению диэлектрической проницаемости ε на тангенс диэлектрических потерь tgδ при данной частоте электромагнитного излучения ω. Как правило, никель-цинковые ферриты имеют сравнительно невысокие значения ε и tgδ, а следовательно, электрические потери в диэлектрике.
Задача изобретения - разработка нового способа синтеза никель-цинковых ферритов с высокими радиопоглощающими свойствами в интервале частот от 30 МГц до 1000 МГц.
Повышение радиопоглощающих свойств достигается тем, что применяется новый способ получения радиопоглощающего никель-цинкового феррита, включающий: синтез ферритового порошка из оксидов никеля, цинка и железа; измельчение синтезированной шихты до размеров частиц 1-3 мкм; гранулирование шихты с введением связки; прессование заготовок и спекание в воздушной среде, который отличается тем, что предусматривает охлаждение заготовок после спекания при температуре ниже 900°С в среде с пониженным парциальным давлением кислорода в интервале от 0,1 до 5,0 кПа. Предложенная технология синтеза керамического никель-цинкового феррита включает следующие важнейшие операции: смешивание ферритообразующих оксидов никеля, цинка и железа; синтез ферритового порошка из полученной смеси в печах в воздушной среде прокалкой смеси исходных оксидов в интервале температур 890-950°С; введение поливинилового спирта в качестве связки и гранулирование полученной смеси; формование сырых заготовок в виде пластин из синтезированного ферритового порошка прессованием и высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде при 1290-1350°С.
3+
2+
Мы предполагаем, что охлаждение спеченных заготовок в среде с пониженным парциальным давлением кислорода приводит к частичному восстановлению ионов железа в материале феррита Fe с переходом в ионы Fe. В результате снижается удельное электрическое сопротивление феррита и формируется микроструктура из зерен, обладающих определенной электропроводностью. По границам эти зерна окружены прослойками с низкой электропроводностью, которые выполняют функции конденсаторов электрических зарядов. Полученная структура обеспечивает увеличение диэлектрической проницаемости материала феррита из-за возрастания электрической емкости материала. Высокая диэлектрическая проницаемость обеспечивает возрастание диэлектрических потерь в кристаллах феррита. Для подтверждения эффективности предлагаемого способа получения радиопоглощающих никель-цинковых ферритов, состав которых соответствует составу никель-цинковых ферритов марки 1000НН, проводили определение сравнительных свойств новых материалов и ферритов, полученных по технологии известного способа-прототипа.
Примеры
2
В качестве исходных компонентов в предлагаемом способе использовали высокочистые оксиды никеля (ГОСТ 17607-72 «ч.д.а.»), цинка (ГОСТ 10262-72 «ч.д.а.»), меди (ГОСТ 16539-79 «ч.д.а.»), железа (ТУ 6-09-4783-83 «ММ-1»). Исходные компоненты смешивали в ходе совместного измельчения в вибрационной мельнице М-50 в течение 5 часов. Синтез ферритовой шихты проводили прокалкой смеси при 920°С в туннельной печи с воздушной средой. Синтезированные порошки измельчали мокрым помолом в аттриторе в течение 10 часов до удельной поверхности 6000 см/г, соответствующей среднему размеру частиц 2 мкм. В высушенный после измельчения порошок вводили связку в виде водного раствора поливинилового спирта с целью приготовления гранулированного порошка. Из гранулированных порошков изготавливали пластины 60×60×6 мм прессованием под давлением 100 МПа, которые затем спекали в туннельной печи при 1300°С с регулируемой атмосферой кислорода при охлаждении ниже 900°С. Для сравнения изготавливали пластины из шихты, полученной по известному способу [2]. Усредненные данные по измерению диэлектрической проницаемости и частотной зависимости коэффициента отражения радиоволн от поверхности пластин приведены в таблице.
Таблица
№ п/п
Относительная диэлектрическая проницаемость ε<sub>r</sub>
Коэффициент отражения, дБ
P(O<sub>2</sub>), кПа
при частоте поля ω
при частоте поля ω
Примечание
30 МГц
200 МГц
1000 МГц
30 МГц
200 МГц
1000 МГц
1
20,8
12
11
10
-23
-24
-15
Прототип
2
0,05
212
142
83
-29
-27
-16
Выход за пределы
3
0,1
229
168
125
-31
-38
-21
Согласно формуле
4
2,5
223
151
124
-32
-42
-24
Согласно формуле
5
5,0
112
105
95
-26
-41
-25
Согласно формуле
6
5,5
95
91
68
-20
-26
-19
Выход за пределы
2+
2+
2+
Как видно из данных таблицы, изготовление радиопоглощающих никель-цинковых ферритов по предлагаемому способу позволяет значительно снизить отражение радиоволн от поверхности пластин. Ухудшение параметров при выходе за пределы изобретения можно объяснить либо недостаточным количеством ионов Fe, образующихся при охлаждении ферритов после спекания (при парциальном давлении кислорода более 5,0 кПа), либо избыточным количеством ионов Fe (при парциальном давлении кислорода менее 0,1 кПа). Избыточное количество ионов Fe приводит к заметному повышению электропроводности ферритов, повышая тем самым отражение электромагнитных волн от поверхности.
1. Патент США US №5,711,893 Ni-Cu-Zn ferrite U.S. Class: 252/62.62; 252/62.59; 252/62.6 International Class: C04B 35/26 (20060101); H01F 1/34 (20060101); H01F 1/12 (20060101); C04B 035/28 Inventor Park Jonghak (Seoul, KR) Assignee: Samsung Corning Co., Ltd. (Suwon, KR) Filed: October 23, 1995.
2. Патент США US №6146545 Radio wave absorbent U.S. Class: 252/62.56 International Class: H01Q 17/00 (20060101); C04B 035/01 Inventor: Murase; Taku (Tokyo, JP) ssignee: TDK Corporation (Tokyo, JP) Filed: December 2, 1999.