ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 1994 года по МПК H01F1/34 

Изобретение относится к магнитным материалам, в частности ферритовых материалов для акустоэленктронных устройств, а именно устройств запоминания на основе доменного акустического эха.

Известен ферритовый материал для акустоэлектьронных устройств, содержащий, мол. % : Fe₂O₃ 45N50; CoO 0,7N1,5; CuO 0,5N5,0; Sm₂O₃ 0,055N2,0; NiO остальное.

Указанный материал на частотах 10N70 мГц характеризуется величиной перестройки задержки Δ τ / τ_s, называемой иногда коэффициентом управления, равной 6N10% , затуханием в условиях магнитного насыщения α_s = 1,5N4,0 дБ/см и температурным коэффициентом задержки ТКЗ ≅ ±50 ˙10^-6 град^-1.

Недостатком известного материала является недостаточно низкая в свете современных требований величина затухания в размагниченном состоянии α_o ≥ 3 дБ/см, что не позволяет использовать указанный материал в устройствах записи акустической информации на основе доменного акустического эха.

Цель изобретения - снижение величины затухания в размагниченном состоянии на частотах 10-70 МГц при сохранении на том же уровне термостабильности материала.

Это возможно благодаря введению в известный материал на основе окиси железа и закисей никеля, кобальта и меди окиси тербия (вместо окиси самария) при следующем соотношении компонентов, мол. % : Окись железа 45N52 Закись меди 0,3N5,0 Закись кобальта 0,1N3,0 Окись тербия 0,1N3,0 Закись никеля Остальное
Ферритовый материал согласно изобретению характеризуется величиной затухания в размагниченном состоянии α_o <3,0 дБ/см, что ниже, чем на известном материале, и затуханием в насыщении α_s порядка 0,5N1,5 дб/см, что не превышает потери на известном материале. Кроме того, материал имеет достаточно высокую термостабильность: величина температурного коэффициента задержки ≅ ±50˙ 10^-6 град^-1, что не выше, чем на известном материале. Величина перестройки задержки на предлагаемом материале Δ τ / τ_s ≥ 6,0% , т. е. не менее чем на известном материале.

Известно, что величина затухания в размагниченном состоянии при прочих равных условиях определяется величиной магнитной кристаллографической анизотропии феррита. Величина температурного коэффициента резонансной частоты, а значит и температурного коэффициента задержки (ТКЗ) определяется температурной зависимостью константы анизотропии.

Установлено, что на затухание в размагниченном состоянии влияет не только величина константы анизотропии, но и ее знак, причем наименьшее затухание наблюдается на ферритах, имеющих сравнительно небольшую положительную величину константы анизотропии. Увеличение затухания при смене знака константы анизотропии на отрицательный можно объяснить следующим образом. Известно, что при положительной константе анизотропии направление легкого намагничивания совпадает с ребром, а при отрицательной - с диагональю кубической решетки шпинели. В результате, в первом случае имеется шесть направлений легкого намагничивания, а во втором - восемь. Поэтому во втором случае при отрицательной константе анизотропии имеет место более усложненная доменная структура (2 типа доменных границ: 109-градусные и 71-градусные), в то время как в ферритах с положительной константой анизотропии присутствуют только 90-градусные доменные границы. Более усложненная доменная структура в ферритах с отрицательной анизотропией создает большее число доменных границ, что при прочих равных условиях (размер зерна, пористость) способствует большей величине затухания, которая, как известно, зависит от числа смещающихся доменных границ.

Известно, что величина и знак магнитной кристаллографической анизотропии феррита зависит от его химического состава.

В Ni-Со феррите магнитная кристаллографическая анизотропия положительна при концентрации СоО свыше 1,2 мол. % . Однако, присутствие в известном материале ионов Cu⁺² и Sm⁺³ вносит существенный отрицательный вклад в анизотропию и тем самым способствует росту потерь в размагниченном состоянии до α_o > 3 дБ/см. Этот отрицательный вклад в анизотропию может быть скомпенсирован увеличением концентрации СоО, но при этом из-за роста константы анизотропии существенно возрастает ТКЗ в области отрицательных температур. Таким образом, в рамках известного состава невозможно синтезировать материал, обладающий затуханием α_o < 3 дБ/см при сохранении малого ТКЗ. С целью уменьшения α_o в известный материал вместо окиси Sm₂O₃ была введена окись тербия Tb₂O₃. В данном случае эффект снижения затухания происходит за счет того, что ионы Tb⁺³ вносят существенный положительный вклад в константу магнитной кристаллографической анизотропии. В результате этого отрицательная анизотропия Ni-Co-Cu феррита может быть скомпенсирована положительной анизотропией ионов Tb⁺³ таким образом, что во всем интервале температур от -60 до 60^оС магнитная анизотропия имеет небольшую положительную величину и мало изменяется с температурой. В результате был получен феррит с затуханием в размагниченном состоянии α_o < 3,0 дБ/см и ТКЗ не хуже, чм на известном материале.

Выбранные пределы содержания окиси тербия обусловлены тем, что введение его в количестве ниже 0,1 мол. % неэффективно, так как не оказывает существенного влияния на величину энергии кристаллографической магнитной анизотропии феррита, а следовательно, на величину α_o и ТКЗ. Содержание окиси тербия выше 3,0 мол. % приводит к значительному росту анизотропии , а следовательно, величины α_o и ТКЗ. Также строго ограничены пределы содержания и других компонентов. Уменьшение содержания СоО ниже 0,1 мол. % приводит к снижению Δ τ / τ_s, а увеличение выше 3,0 мол. % - к росту затухания в размагниченном состоянии. Уменьшение СuO ниже 0,3 мол. % приводит к ухудшению спекания феррита и росту температурного коэффициента задержки ТКЗ, последний наблюдается и при содержании CuO свыше 5,0 мол. % . Выбранные пределы содержания окиси железа обусловлены тем, что выше 52 мол. % в феррите будут присутствовать ионы двухвалентного железа Fе⁺², которые резко увеличивают проводимость, а следовательно, и потери в феррите (рост α_o ). Уменьшение содержания Fe₂O₃ ниже 45 мол. % из-за отклонения от стехиометрии вызывает значительное снижение величины перестройки задержки и рост затухания в размагниченном состоянии.

В таблице приведены химический состав и технические характеристики сердечников, изготовленных из известного и предлагаемого материалов. Сердечники изготавливались по окисной технологии. Смешивание и помол окислов производился в шаровой мельнице 24 ч. Температура ферритизации порошка составляла 1000 ^оС. Затем осуществлялся второй помол в вибромельнице и формование заготовок. Перед горячим прессованием производился предварительный обжиг заготовок при 900^оС. Горячее прессование проходило при 1280 ^оС и давлении 500 кг/см³ в течение 40 мин, заготовки имели форму диска диаметром 50 мм и высотой 15 мм.

Для проведения исследований из диска вырезались стрежни размером 43х10х15 мм. Характеристики материала измерялись по известной эхо-импульсной методике на стандартном оборудовании.

Данная таблица свидетельствует о том, что ферритовый материал согласно изобретению имеет по сравнению с известным более низкое затухание в размагниченном состоянии, а по остальным параметрам ему не уступает. (56) Авторское свидетельство СССР N 737994, кл. Н 01 F 1/34,1980.

Авторское свидетельство СССР N 1335026, кл. Н 01 В 19/00, 1972.

Сущность изобретения: ферритовый материал содержит, мол. % : окись железа 45 - 52; закись кобальта 0,1 - 3,0; закись меди 0,3 - 5,0; окись тербия 0,1 - 3,0; закись никеля остальное. 1 табл.

ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ, содержащий окись железа, закись никеля, закись меди, закись кобальта, отличающийся тем, что он дополнительно содержит окись тербия при следующем соотношении компонентов. мол. % :
Окись железа 45 - 52
Закись кобальта 0,1 - 3,0
Закись меди 0,3 - 5,0
Окись тербия 0,1 - 3,0
Закись никеля Остальное