ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2016 года по МПК H01F1/34 

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 - έ_r;

- низким значением тангенса угла диэлектрических потерь - tgδ_ε;

- высокой температурой Кюри - θ;

- малой шириной кривой ферромагнитного резонанса - ΔН.

При создании такого ферритового материала должна быть решена задача обеспечения указанных характеристик при одновременном получении величины ширины линии спиновых волн (ΔНк) не менее 10 Э.

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

оксид иттрия (Y₂O₃) 45,4÷45,9 оксид железа (Fe₂О₃) остальное

Данный материал имеет следующие основные характеристики:

- намагниченность насыщения (4πµ_s), Гс - 1780±05%;

- ширина кривой ферромагнитного резонанса (ΔН₉), Э - ≤35;

- диэлектрическая проницаемость - 15,1±5%.

Однако ширина линии спиновых волн (ΔHк) этого материала не превышает 1,5 Э, что является недостаточным для увеличения пороговых значений СВЧ-полей (h_кр) 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, не превышает 6 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.

Известны ферритовые материалы зарубежных фирм, близкие по свойствам к заявленному, их параметры приведены в таблице 1.

Материал GG-1600GH иттрий-гадолиниевый (Y-Gd-Ho) системы имеет недостаточно высокую намагниченность насыщения и, при хороших диэлектрических свойствах, большую ширину кривой ферромагнитного резонанса. Ширина линии спиновых волн мала.

Материал G-113+Ho or Со (Y-Co-Ho) - наиболее близок по намагниченности насыщения к заявленному, но значение величин ширины кривой ферромагнитного резонанса и ширины линии спиновых волн не указаны, так как они зависят от степени допирования гольмием или кобальтом и сильно взаимосвязаны. При допировании феррогранатов гольмием или кобальтом с увеличением ширины линии спиновых волн резко возрастает ширина кривой ферромагнитного резонанса, что и видно на примере материала Y918 (Y-Gd-Co-Dy). Сведения о составах в соотношении компонентов отсутствуют.

Целью изобретения является получение ферритового материала с шириной линии спиновых волн не менее 10 Э на частоте 9,5 ГГц, с намагниченностью насыщения 1800 Гс ±5%, шириной кривой ферромагнитного резонанса не более 40 Э, действительной составляющей диэлектрической проницаемости - 15,0±5%, тангенсом угла диэлектрических потерь не более 2·10^-4 и температурой Кюри не менее 200°C.

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

оксид иттрия (Y₂O₃) 45,0÷45,5 оксид самария (Sm₂O₃) 1,2±1,3 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°C 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 пресс-формах заданного размера на гидравлических прессах при удельном давлении 1,5-2 т/см². Отпрессованные заготовки после 24 часов сушки на воздухе или в сушильных шкафах обжигают в камерных электропечах в атмосфере кислорода при температуре 1450-1500°C и выдержке 10-12 часов. В результате процесса обжига осуществляется синтез ферритового материала.

Примеры получения ферритового материала, состав и свойства приведены в таблице 2.

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

Пример №3 - увеличение содержания Y₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к образованию второй фазы - перовскита и, как следствие, к увеличению ширины кривой ферромагнитного резонанса и тангенса угла диэлектрических потерь.

Пример №4 - уменьшение содержания Y₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к образованию второй фазы - α-Fe₂О₃ и, как следствие, к увеличению ширины кривой ферромагнитного резонанса и тангенса угла диэлектрических потерь.

Пример №5 - увеличение содержания Sm₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к резкому росту ширины кривой ферромагнитного резонанса.

Пример №6 - уменьшение содержания Sm₂O₃ по сравнению с заявленным приводит к уменьшению ширины линии спиновых волн.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения технического задания на СЧ НИОКР «Разработка технологии создания ферритовых материалов на основе редкоземельных металлов для мощных СВЧ-приборов», шифр «Электровакуум-Феррит».

Создание такого материала позволит изготавливать СВЧ-ферриты для приборов высокого уровня мощности трехсантиметрового 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. Получение ферритового материала с большой величиной ширины линии спиновых волн с намагниченностью насыщения 1800 Гс, шириной кривой ферромагнитного резонанса 40 Э, действительной составляющей диэлектрической проницаемости 15,0, тангенсом угла диэлектрических потерь не более 2-10^-4, температурой Кюри не менее 200°C и шириной линии спиновых волн на частоте 9,5 ГГц не менее 10 эрстед, является техническим результатом изобретения. Ферритовый материал содержит, вес. %: оксид иттрия (Y₂О₃) - 45,0-45,5, оксид самария (Sm₂O₃) - 1,2-1,3, оксид железа (Fe₂О₃) - остальное. Предлагаемый состав позволяет создать ферритовый материал с вышеуказанными параметрами для производства и разработки СВЧ-приборов высокого уровня мощности. 2 табл., 6 пр.

Ферритовый материал с большой величиной линии спиновых волн, содержащий в качестве базового состава оксиды иттрия, железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид самария при следующем соотношении компонентов, вес. %:
оксид иттрия (Y₂O₃) 45,0÷45,5 оксид самария (Sm₂O₃) 1,2÷1,3 оксид железа (Fe₂O₃) остальное