ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2016 года по МПК H01F1/34 C04B35/40 

Изобретение относится к электронной технике и касается создания ферритовых материалов с высокими значениями ширины спиновых волн, предназначенных для использования в СВЧ диапазоне, в том числе в приборах высокого уровня мощности.

Данный материал должен обладать следующими характеристиками:

- заданной величиной намагниченности насыщения - 4πμ_s;

- заданной величиной диэлектрической проницаемости -

- низким значением тангенса угла диэлектрических потерь - tgδ_ε;

- высокой температурой Кюри - θ;

- малой шириной кривой ферромагнитного резонанса - ΔH.

При создании такого ферритового материала должна быть решена задача обеспечения указанных характеристик при одновременном получении величины ширины линии спиновых волн (ΔНк) не менее 20 Э.

Известен ферритовый материал по авторскому свидетельству №393773, H01F 1/34, где с целью увеличения ширины линии спиновых волн в него введены оксиды гадолиния и тербия при следующем соотношении компонентов, вес, %:

оксид иттрия (Y₂O₃) - 19,93÷15,39;

оксид индия (In₂O₃) - 1,64÷4,81;

оксид алюминия (Al₂O₃) - 0,60÷2,94;

оксид гадолиния (Gd₂O₃) - 32,21÷36,64;

оксид тербия (Tb₂O₃) - 0,22÷1,48;

оксид железа (Fe₂O₃) - остальное.

Однако этот материал имеет низкую намагниченность насыщения (615-810 Гс), большой тангенс угла диэлектрических потерь - (2,8÷4,0)·10^-4.

Известен также ферритовый материал с намагниченностью 1200 Гс по авторскому свидетельству №693446, H01F 1/34, имеющий температуру Кюри 270°С со следующим соотношением компонентов, вес. %:

оксид иттрия (Y₂O₃) - 27,83;

оксид гадолиния (Gd₂O₃) - 16,49;

оксид кальция (СаО) - 1,95;

оксид индия (In₂O₃) - 1,64;

оксид ванадия (V₂O₅) - 1,60;

оксид марганца (Mn₂O₃) - 1,10;

оксид железа (Fe₂O₃) - 49,39.

Однако ширина линии спиновых волн этого ферритового материала не превышает 8 эрстед.

Известен ферритовый материал (каталог ОАО «НИИ «Феррит-Домен» "Приборы, изделия, материалы" 2010 г.), содержащий в составе оксиды железа, иттрия, гадолиния и марганца следующего состава:

оксид иттрия (Y₂O₃) - 27,8÷28,2;

оксид гадолиния (Gd₂O₃) - 22,3÷22,6;

оксид железа (Fe₂O₃) - остальное;

оксид марганца (Mn₂O₃) - 1,18÷1,21.

Данный материал имеет следующие основные характеристики:

- намагниченность насыщения (4πμ_s), Гс - 1200±5%;

- тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ_ε) - ≤2·10^-4;

- диэлектрическая проницаемость - 15,2±5%.

Однако ширина линии спиновых волн (ΔΗк) этого материала не превышает 10 Э, что является недостаточным для увеличения пороговых значений СВЧ-полей (hкр) в приборах, где используется данный материал. Данный материал взят нами за прототип.

В качестве способа, повышающего ширину линии спиновых волн данного ферритового материала, применяется горячее прессование (каталог ОАО «НИИ «Феррит-Домен» "Приборы, изделия, материалы" 2010 г.). Ширина линии спиновых волн материала, полученного этим способом, достигает 15-18 Э. Однако технология горячего прессования является низкопроизводительной и дорогостоящей, требует специального оборудования и оснастки. Это приводит к удорожанию ферритового материала и невозможности производить его в достаточных объемах.

Целью изобретения является получение ферритового материала с шириной линии спиновых волн не менее 20 Э на частоте 9,5 ГТц, с намагниченностью насыщения 1200 Гс ± 5%, шириной кривой ферромагнитного резонанса не более 140 Э, действительной составляющей диэлектрической проницаемости - 15,0±5%, тангенсом угла диэлектрических потерь не более 2·10^-4 и температурой Кюри не менее 270°С.

Для этого предлагается ферритовый материал, который содержит в качестве исходных компонентов оксиды железа, иттрия и гадолиния, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид самария при следующем соотношении компонентов, вес. %:

оксид иттрия (Y₂O₃) - 27,2÷27,5;

оксид гадолиния (Gd₂O₃) - 22,4÷22,6;

оксид самария (Sm₂O₃) - 1,1÷1,2;

оксид железа (Fe₂O₃) - остальное.

Предлагаемый ферритовый материал получают по следующей технологии.

Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешивают в шаровой мельнице в дистиллированной воде в течение 20-24 часов. Высушенную смесь протирают через сито и ферритизуют при температуре 1100-1200°С в течение 7-8 часов. Измельчение ферритизованной смеси проводят в мельнице типа аттритор в дистиллированной воде. Время измельчения 2-3 часа. Затем добавляют в измельченную смесь (шихту), в качестве пластификатора, водный раствор поливинилового спирта и получают пресс-порошок, который прессуют в стальных прессформах заданного размера на гидравлических прессах при удельном давлении 1,5-2 т/см. Отпрессованные заготовки после 24 часов сушки на воздухе или в сушильных шкафах обжигают в камерных электропечах в атмосфере кислорода, при температуре 1400-1450°С и выдержке 10-12 часов. В результате процесса обжига осуществляется синтез ферритового материала.

Примеры получения ферритового материала, состав и свойства приведены в таблице.

В примерах 1, 2, 3 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им параметры ферритового материала, полученные в результате испытаний по стандартным методикам.

Пример №4 - увеличение содержания Y₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к образованию 2-й фазы - перовскита и, как следствие, к увеличению ширины кривой ферромагнитного резонанса и тангенса угла диэлектрических потерь.

Пример №5 - уменьшение содержания Y₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к образованию 2-й фазы - α-Fe₂O₃ и, как следствие, к увеличению ширины кривой ферромагнитного резонанса и тангенса угла диэлектрических потерь.

Пример №6 - увеличение содержания Gd₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к образованию 2-й фазы - перовскита и, как следствие, к увеличению ширины кривой ферромагнитного резонанса и тангенса угла диэлектрических потерь.

Пример №7 - уменьшение содержания Gd₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к образованию 2-й фазы - α-Fe₂O₃ и, как следствие, к увеличению ширины кривой ферромагнитного резонанса и тангенса угла диэлектрических потерь.

Пример №8 - увеличение содержания Sm₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к резкому росту ширины кривой ферромагнитного резонанса.

Пример №9 - уменьшение содержания Sm₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к уменьшению ширины линии спиновых волн.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения технического задания на научно-исследовательскую опытно-конструкторскую работу «Разработка технологии создания ферритовых материалов на основе редкоземельных металлов для мощных СВЧ приборов».

Создание такого материала позволит изготавливать СВЧ ферриты для приборов высокого уровня мощности сантиметрового диапазона длин волн без применения низкопроизводительной и дорогостоящей технологии горячего прессования.

Получены опытные образцы и готовится комплект технической и технологической документации.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания ферритовых материалов с большими величинами ширины линии спиновых волн, предназначенных для использования в СВЧ диапазоне, в том числе при изготовлении ферритов для приборов высокого уровня мощности сантиметрового диапазона длин волн. Ферритовый материал с большой шириной линии спиновых волн содержит в качестве базового состава оксиды железа, гадолиния и иттрия, и дополнительно оксид самария, при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид иттрия (Y₂O₃) - 27,2÷27,5, оксид гадолиния (Gd₂O₃) - 22,4÷22,6, оксид самария (Sm₂O₃) - 1,1÷1,2, оксид железа (Fe₂O₃) - остальное. Увеличение ширины линии спиновых волн с намагниченностью насыщения материала 1200 Гс, шириной кривой ферромагнитного резонанса - 140 Э, действительной составляющей диэлектрической проницаемости - 15,0, тангенсом угла диэлектрических потерь не более 2·10^-4, температурой Кюри не менее 270°, на частоте 9,5 ГГц не менее 20 эрстед, является техническим результатом изобретения. 1 табл., 9 пр.

Ферритовый материал с большой величиной линии спиновых волн, содержащий в качестве базового состава оксиды иттрия, гадолиния, железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид самария при следующем соотношении компонентов, вес.%:
оксид иттрия (Y₂O₃) 27,2ч27,5 оксид гадолиния (Gd₂O₃) 22,4ч22,6 оксид самария (Sm₂O₃) 1,1ч1,2 оксид железа (Fе₂О₃) остальное