ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2008 года по МПК H01F1/34 C04B35/26 

Изобретение относится к ферритовым материалам, предназначенным для использования в сверхвысокочастотных (СВЧ) волноводно-стержневых антенных элементах фазированных антенных решеток.

Известно, что с увеличением температуры намагниченность ферритовых материалов уменьшается и при достижении температурой определенного значения - точки Кюри - исчезает, а феррит становится парамагнетиком. В зависимости от состава точка Кюри для различных ферритовых материалов имеет различное значение [1]. Для получения высокой и постоянной по величине намагниченности в рабочем интервале температур составы ферритовых материалов подбирают так, чтобы температура точки Кюри была как можно выше. В ферритовых материалах потери в области СВЧ складываются из диэлектрических и магнитных потерь, причем основными являются магнитные потери, связанные с намагниченностью материала. Для уменьшения магнитных потерь температура точки Кюри должна быть как можно ниже, а в пределе - ферромагнитный материал в интервале рабочих температур выше -50°С должен работать в парамагнитной области. Тогда намагниченность феррита равна нулю, магнитная проницаемость равна единице и соответственно отсутствуют магнитные потери. Известен ферритовый материал литий-титановой системы Li_1,2 Fe_0,4 Ti_1,40 О₄, содержащий, мас.%:

Li₂CO₃33,53Fe₂О₃24,16TiO₂42,31.

У этого материала температура точки Кюри равна -148°С (125 К) и, следовательно, при более высоких температурах он парамагнитен [2]. Однако вследствие большого количества титана этот материал имеет значительную величину диэлектрической проницаемости, порядка ε=20, и заметные диэлектрические потери, связанные с двухвалентными ионами железа, что ограничивает его практическое использование.

Известен ферритовый материал, содержащий, мол. доли:

Li₂O0,395-0,475TiO₂0,005-0,15ZnO0,20-0,21MnO₂0,1-0,3Nb₂O₅0,20-0,035Fe₂O₃2,175-2,395.

Данный ферритовый материал имеет небольшие магнитные и диэлектрические потери в миллиметровом диапазоне длин волн при высоком значении намагниченности насыщения [3]. Однако из-за очень высокой намагниченности общий уровень потерь у него велик.

Известна шихта для получения ферритового материала, содержащая, мас.%:

Fe₂O₃19,19-37,42 Li₂CO₃2,91-3,09ZnO8,21-8,72 MnCO₃12,13-12,88TiO₂0,17-21,42 Fe18,92-34,45.Bi₂O₃0,24-0,25   

Эта шихта позволяет получить ферритовый материал с величиной резонансных потерь 0,30 дБ и ниже [4]. Однако недостатками такого ферритового материала являются его большие намагниченность и магнитные потери.

Наиболее близким к заявленному изобретению является ферритовый материал марки 3СЧ-18, содержащий, мас.%:

Fe₂O₃59,59Li₂CO₃11,2TiO₂18,65ZnO7,6MnCO₃2,74Bi₂O₃0,22.

Этот ферритовый материал, взятый в качестве прототипа, имеет диэлектрическую проницаемость ε=16-17, малые диэлектрические потери: tgδ_ε<5·10^-4 [5].

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного ферритового материала (прототипа), являются большие величины его намагниченности, температуры Кюри и соответственно значительные магнитные потери в интервале рабочих температур.

Сущность изобретения заключается в следующем. Его задачей является разработка и создание ферритового материала с малыми диэлектрическими потерями, обладающего свойствами парамагнетика в интервале рабочих температур -50-60°С, а также плотностью, обеспечивающей высокую механическую прочность и низкое влагопоглощение. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в отсутствии намагниченности ферритового материала и соответственно магнитных потерь в интервале рабочих температур.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный ферритовый материал, полученный из смеси порошков, содержащей Fe₂О₃, Li₂CO₃, TiO₂, ZnO, MnCO₃, Bi₂О₃, введен оксид алюминия Al₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид железа31,32-31,74карбонат лития16,19-16,35оксид титана35,61-36,39оксид цинка6,17-6,19карбонат марганца2,90-2,92оксид висмута0,39-0,41оксид алюминия6,45-6,97.

Замещение железа титаном позволяет уменьшить намагниченность феррита, но при этом одновременно увеличивается диэлектрическая проницаемость. В принципе, увеличением количества титана можно добиться нулевой намагниченности, однако при этом диэлектрическая проницаемость будет порядка ε=20. Поэтому в заявленном ферритовом материале количество титана ограничено величиной диэлектрической проницаемости ε=16-17, а дальнейшее уменьшение намагниченности осуществлено путем введения оксида алюминия, который на диэлектрическую проницаемость не влияет. Уменьшение содержания оксида железа существенно снижает обменное взаимодействие и тем самым уменьшает температуру Кюри. Заявленный ферритовый материал, которому заявитель дал наименование «Феррит ЛИ-89», получают по обычной керамической технологии. В качестве исходных компонентов берут следующие порошки: оксид железа - ГОСТ 4173-83, карбонат лития - ТУ 6-09-3728-83, оксид титана - ТУ 6-09-3811-79, оксид цинка - ГОСТ 10262-73, карбонат марганца ТУ 6-09-5131-83, оксид висмута - ТУ 6-09-02-298-90, оксид алюминия - ТУ 6-09-426-75. Указанные компоненты смешивают в соотношениях по формуле изобретения, ферритизируют при температуре 1070±20°С в течение 4-6 ч, затем размалывают, проводят гидропрессование и спекают образцы при температуре 1050±20°С в течение 6-10 ч. Скорость нагрева и охлаждения составляет 200°С/ч.

Примеры осуществления изобретения представлены в таблице. Из приведенных данных видно, что по сравнению с прототипом заявленный ферритовый материал имеет общие потери в три раза меньшие, т.к. отсутствуют магнитные потери, а температура точки Кюри равна -100°С, что обеспечивает парамагнитное состояние ферритового материала в интервале рабочих температур -50-60°С. Кроме того, у него на порядок ниже влагопоглощение. Благодаря таким свойствам, простоте получения и низкой стоимости заявленный ферритовый материал может быть использован в волноводно-стержневых антенных элементах вместо дорогостоящих ситаллов.

Источники информации

1. Л.И.Рабкин, С.А.Соскин, Б.Ш.Эпштейн. Технология ферритов. М., Госэнергоиздат, 1962, стр.47.

2. Кристаллохимия феррошпинелей. Бляссе Ж. Перевод с англ. Под ред. Б.Е.Левина. М., «Металлургия», 1968, стр.134.

3. RU 2247436, Н01F 1/34, 2005.

4. RU 2009561, Н01F 1/34, 1994.

5. Каталог «Сверхвысокочастотные магнитные и диэлектрические материалы». СПб., ОАО «Завод «Магнетон», 2001.

Изобретение относится к ферритовым материалам, предназначенным для использования в сверхвысокочастотных волноводно-стержневых антенных элементах фазированных антенных решеток. Ферритовый материал содержит, мас.%: оксид железа 31,32-31,74; карбонат лития 16,19-16,35; оксид титана 35,61-36,39; оксид цинка 6,17-6,19; карбонат марганца 2,90-2,92; оксид висмута 0,39-0,41; оксид алюминия 6,45-6,97. У материала отсутствует намагниченность и магнитные потери в интервале рабочих температур -50-60°С. 1 табл.

Ферритовый материал, содержащий оксид железа, карбонат лития, оксид титана, оксид цинка, карбонат марганца и оксид висмута, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид железа31,32-31,74карбонат лития16,19-16,35оксид титана35,61-36,39оксид цинка6,17-6,19карбонат марганца2,90-2,92оксид висмута0,39-0,41оксид алюминия6,45-6,97.