ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2017 года по МПК H01F1/10 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания анизотропных ферритовых СВЧ материалов для создания невзаимных устройств в миллиметровом диапазоне длин волн в современной и перспективной радиолокации и связи. Для развития этого направления необходимы улучшенные гексаферриты с пониженными СВЧ потерями, улучшенной термостабильностью и с повышенной коэрцитивной силой. Последнее качество позволит уменьшить величину внешнего подмагничивания устройства или совсем отказаться от него, что положительно скажется на массогабаритных характеристиках приборов, способствуя их миниатюризации.

К настоящему времени накоплен значительный опыт по производству высокоплотных ферритов с гексагональной кристаллической структурой с полями анизотропии Н_а от 6 кЭ до 35 кЭ для миллиметрового диапазона длин волн - 18-94 ГГц (каталог фирмы АО «НИИ «Феррит-Домен»). При уменьшении значения Н_а ниже 12-13 кЭ величина коэрцитивной силы падает, особенно при повышении плотности гексаферритов.

Ряд термостабильных марок с Н_а от 6 до 13 кЭ и коэрцитивной силой Н_с=0,07÷0,5 кЭ при низкой плотности материала (≤4,2) разработан на основе известного ферритового материала (авторское свидетельство №623239, 05.09.1978 г.), содержащего следующее соотношение компонентов, вес %:

Оксид бария (ВаО) 9,6÷10,0 Оксид никеля (NiO) 0,4÷4,8 Оксид скандия (Sc₂O₃) 0,1÷13,4 Оксид цинка (ZnO) 5,4÷9,8 Оксид железа (Fe₂O₃) Остальное.

Известен термостабильный ферритовый материал (авторское свидетельство №387442, 21.06.1973 г.) содержащий, вес %:

Оксид стронция (SrO) 6,7÷6,9 Оксид цинка (ZnO) 5,2÷5,4 Оксид никеля (NiO) 4,8÷5,0 Оксид железа (Fe₂O₃) Остальное

который характеризуется стабильной величиной поля анизотропии (Н_а=10÷12 кЭ), но имеет узкий диапазон Н_а.

Известен также ферритовый материал (авторское свидетельство №441598, 30.08.1974 г.), содержащий, вес %:

Оксид стронция (SrO) 6,8÷7,0 Оксид никеля (NiO) 9,7÷10,1 Оксид хрома (Cr₂O₃) 0,3÷15,3 Оксид железа (Fe₂O₃) Остальное

обладающий большой Н_с до 1,5 кЭ.

При повышении плотности этих ферритовых материалов, необходимой при изготовлении полированных подложек для микрополосковых приборов в интегральном исполнении, возникают проблемы, связанные с ухудшением электромагнитных свойств. С ростом плотности происходит снижение коэрцитивной силы, увеличивается проводимость, растут диэлектрические потери.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является ферритовый материал по авторскому свидетельству №441598, взятый в качестве прототипа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении гексаферритового материала с полями анизотропии Н_а=7÷13 кЭ, более низкими по сравнению с прототипом, с повышенным значением плотности ≥4,8 г/см³ (до 0,9ρ_теор) при значения коэрцитивной силы H_c≥1 кЭ и уменьшенных диэлектрических потерях tgδ_ε≤8⋅10^-4.

Для достижения технического результата предлагается ферритовый материал, который содержит в качестве базового состава оксиды Sr, Ni, Cr и Fe, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид скандия и оксид марганца при следующем соотношении компонентов, вес %:

Оксид стронция (SrO) 6,75÷6,85 Оксид никеля (NiO) 9,75÷9,90 Оксид хрома (Cr₂O₃) 0,45÷10,00 Оксид марганца (Mn₂O₃) 0,10÷2,10 Оксид скандия (Sc₂O₃) 0,10÷4,60 Оксид железа (Fe₂O₃) Остальное

Предлагаемый ферритовый материал получают по следующей технологии.

Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешиваются в вибромельнице до получения однородной по составу смеси. Смесь синтезируют при температуре 1220-1280°C в течение 4-6 часов на воздухе. Полученный ферритовый порошок подвергают мокрому помолу в этиловом спирте в течение 20÷24 часов. Из полученной пасты прессуют образцы в постоянном магнитном поле величиной, примерно 0,7 Н_а при удельном давлении 0,3÷0,5 т/см². После сушки образцы обжигают при температуре 1250-1350°C в атмосфере кислорода.

На спеченных образцах определялись следующие параметры: плотность - ρ, поле анизотропии - Н_а, диэлектрические потери - tgδ_ε и коэрцитивная сила - Н_с - по стандартным методикам в соответствии с МЭК. Плотность определялась методом гидростатического взвешивания, поле анизотропии измерялось резонансным методом на сферических образцах. Тангенс угла диэлектрических потерь измерялся резонансным методом на частоте 10 ГГц на стержнях размером 1,12×1,12×18 мм. Коэрцитивная сила контролировалась на гестериографе в магнитном поле 10 кЭ на дисках ∅30×4 мм.

Примеры получения ферритовых материалов, их состав и свойства приведены в таблице 1.

В примерах №1, 2, 3, 4 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им параметры.

Пример №5. Увеличение содержания Sc₂O₃ и уменьшение Cr₂O₃ по сравнению с заявленными пределами приводили к снижению Н_а и Н_с.

Пример №6. Уменьшение содержания Sc₂O₃ и увеличение Cr₂O₃ по сравнению с заявленными пределами приводили к росту Н_а.

Пример №7. Увеличение содержания Mn₂O₃ по сравнению с заявленными пределами приводит к увеличению диэлектрических потерь.

Пример №8. Уменьшение Mn₂O₃ по сравнению с заявленными пределами также приводит к росту диэлектрических потерь.

Пример №9. Увеличение или уменьшение содержания NiO и SrO по сравнению с заявленными пределами приводит к появлению фаз других соединений, таких как SrFe₁₂O₁₉, Sr₅Fe₄O₁₁, NiFeO₄ и α-Fe₂O₃, которые ухудшают основные электромагнитные свойства ферритов и затрудняют спекание, например, №9.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе выполнения тематического плана предприятия «Исследование возможности повышения коэрцитивной силы у гексаферритов с низкими полями анизотропии».

Создание гексаферритов с полями анизотропии менее 12-13 кЭ с повышенным значением коэрцитивной силы расширит номенклатуру материалов, применяемых в миллиметровом диапазоне радиочастот, и позволит создавать СВЧ приборы без внешнего подмагничивания.

Изобретение относится к созданию анизотропных гексаферритов для миллиметрового диапазона. Техническим результатом является получение гексаферритового материала с полями анизотропии Н_а~7-13 кЭ. Ферритовый материал содержит 6,75÷6,85 вес.% (SrO) оксида стронция, 9,75÷9,90 вес.% (NiO) оксида никеля, 0,45÷10,00 вес.% (Cr₂O₃) оксида хрома. При этом материал дополнительно содержит 0,10÷2,10 вес.% (Mn₂O₃) оксида марганца, 0,10÷4,60 вес.% (Sc₂O₃) оксида скандия, остальное вес.% (Fe₂O₃) оксида железа. 1 табл., 9 пр.

Ферритовый материал, содержащий оксиды стронция, никеля, хрома и железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид скандия и оксид марганца при следующих соотношениях компонентов, вес.%:

Оксид стронция (SrO) 6,75÷6,85 Оксид никеля (NiO) 9,75÷9,90 Оксид хрома (Cr₂O₃) 0,45÷10,00 Оксид марганца (Mn₂O₃) 0,10÷2,10 Оксид скандия (Sc₂O₃) 0,10÷4,60 Оксид железа (Fe₂O₃) Остальное