Магнитомягкий гексаферритовый материал Российский патент 2018 года по МПК H01F1/34 C01G49/00 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания магнитомягких гексаферритовых материалов с малыми потерями и хорошей термостабильностью для высокочастотных индуктивных элементов и других устройств дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн в современном и перспективном приборостроении.

К магнитомягким материалам относятся гексаферриты с плоскостью легкого намагничивания, перпендикулярной кристаллографической оси - С. Благодаря строению кристаллической решетки эти материалы имеют большую частоту естественного ферромагнитного резонанса, чем у феррошпинелей с кубической решеткой с той же величиной начальной магнитной проницаемости. Кроме того, такие гексаферриты сохраняют величину магнитной проницаемости до частот 1000-3000 МГц. В связи с этим они являются более перспективными материалами по сравнению с феррошпинелями для использования на частотах выше 300 МГц.

К настоящему времени в мире накоплен значительный опыт по производству и применению высокочастотных никель-цинковых магнитомягких ферритов и мало уделено внимания на разработку гексаферритов как высокочастотного магнитомягкого материала.

Основными характеристиками магнитомягких материалов являются:

- μ_н - заданная величина начальной магнитной проницаемости;

- μ - магнитная проницаемость на рабочей частоте - f;

- tgδ_μ - тангенс угла магнитных потерь на рабочей частоте f;

- α_μн - относительный температурный коэффициент начальной проницаемости в интервале температур, равный (1/град.).

В настоящее время как в России, так и за рубежом почти отсутствуют магнитомягкие материалы для высоких частот f>300 МГц, обладающие удовлетворительными характеристиками.

Широко распространен магнитомягкий материал на основе никель-цинковой шпинели - марки 9 ВН с начальной магнитной проницаемостью , с низкими магнитными потерями на частоте f=200 МГц (tgδ_μ=0,012) и малой величиной относительного температурного коэффициента в положительной области температур (+20…+85°C) α_μн=45⋅10^-6 1/°C. Этот материал применяется на частоте не выше 250 МГц. С увеличением частоты его проницаемость резко падает, a tgδ_μ значительно возрастет.

Известен магнитомягкий ферритовый материал с гексагональной кристаллической структурой (авт. свидетельство №354477), содержащий в своем составе, вес.%:

Оксид бария (ВаО) 18,1÷18,2 Оксид кобальта (СоО) 6,5÷7,1 Оксид циркония (ZrO) 1,0÷2,0 Оксид железа (Fe₂O₃) остальное,

с начальной магнитной проницаемостью μ_н=9±1, с малым значением тангенса магнитных потерь на частоте f=400 МГц - tgδ_μ=0,04÷0,05, но довольно высоким температурным коэффициентом уже на частоте 400 МГц.

Известен также ферритовый материал для высокочастотного применения (авт. свидетельство №387443), содержащий, вес.%:

Оксид бария (ВаО) 18,2÷18,3 Оксид кобальта (СоО) 8,2÷9,5 Оксид титана (TiO₂) 2,4÷3,8 Оксид железа (Fe₂O₃) остальное,

с низким значением tgδ_μ≤0,09 на частоте 1000 МГц и малой величиной температурного коэффициента αμ_н~400⋅10^-6 1/°C, но обладающий низкой величиной начальной магнитной проницаемости - μ_н~3,0.

Сравнительные характеристики рассмотренных аналогов приведены в таблице 1.

* в интервале +20…+85°С

Под номером 4 даны свойства заявляемого материала. Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является ферритовый материал по авторскому свидетельству №387443, взятый в качестве прототипа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении магнитомягкого гексаферритового материала с повышенным значением начальной магнитной проницаемости (по сравнению с прототипом) μ_н до 10±2, при малых магнитных потерях на частоте 1000 МГц tgδ_μ≤0,08 и улучшенной термостабильностью α_μн≤350⋅10^-6 при сохранении высокой рабочей температуры до 300°С.

Для достижения технического результата предлагается ферритовый материал, который содержит в качестве базового состава оксиды Ba, Co, Ti и Fe, отличающийся тем, что он взят при ином соотношении компонентов, вес. %:

Оксид бария (BaO) 18,21÷18,23 Оксид кобальта (CoO) 5,95÷7,45 Оксид титана (TiO₂) 0,10÷1,60 Оксид железа (Fe₂O₃) остальное

Предлагаемый ферритовый материал получают по следующей технологии.

Исходные компоненты, взятые в необходимых соотношениях, перемешиваются в вибромельнице со стальными шарами в течение трех часов. Однородная смесь синтезируется при температуре 1220-1260°C в течение 4-6 часов на воздухе. Полученный ферритовый порошок подвергается помолу по режиму, описанному выше. После введения 10% раствора поливинилового спирта в количестве 12-15% от веса порошка прессуются образцы при давлении 1,5÷2,0 т/см². Просушенные образцы обжигаются в кислородной атмосфере при температуре 1180-1280°C в течение 4-10 часов.

На спеченных образцах определялись следующие параметры: кажущаяся плотность, начальная магнитная проницаемость, относительный температурный коэффициент начальной магнитной проницаемости, магнитная проницаемость и тангенс угла магнитных потерь на частоте 200 и 1000 МГц, по стандартным методикам МЭК.

Примеры получения ферритовых материалов, их химический состав и магнитные свойства приведены в таблице 2.

В примерах №1, 2, 3, 4, 5 даны химические составы в пределах заявленных процентных соотношений и соответствующие им параметры, полученные в результате испытаний по стандартным методикам.

Пример №6. Увеличение содержания CoO и TiO₂ по сравнению с заявленными пределами приводит к снижению магнитной проницаемости.

Пример №7. Уменьшение содержания CoO и TiO₂ по сравнению с заявленными пределами приводит к росту магнитной проницаемости и магнитных потерь - tgδ_μ.

Пример №8. Увеличение содержания BaO по сравнению с заявленными пределами приводит к образованию посторонних фаз, таких как BaFe₂O₄, BaFe₁₂O₁₉, что ухудшает основные магнитные параметры. Наблюдается снижение μ_н и рост tgδ_μ, α_μн.

Пример №9. Уменьшение содержания BaO по сравнению с заявленными пределами приводит также к образованию фаз посторонних соединений, например (CoTi) Fe₂O₄ и αFe₂O₃, что сказывается на ухудшении всех параметров.

Создание магнитомягких материалов с малыми потерями, с хорошей термостабильностью и начальной проницаемостью от 8 до 12, сохраняющих это значение до 1000 МГц, является перспективным при создании ряда гексаферритовых материалов для дециметрового и сантиметрового диапазонов частот.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания гексаферритовых магнитомягких материалов для индуктивных элементов дециметрового и сантиметрового частотного диапазонов. Гексаферритовый материал содержит следующее соотношение компонентов, вес.%: BaO - 18,21÷18,23; CoO - 5,95÷7,45; TiO₂ - 0,10÷1,60; Fe₂O₃ - остальное. Изобретение позволяет получить магнитомягкий гексаферритовый материал с магнитной проницаемостью μ_н=10±2. 2 табл.

Магнитомягкий гексаферритовый материал, содержащий оксиды бария, кобальта, титана и железа, отличающийся тем, что он содержит новые соотношения компонентов, вес.%:

Оксид бария (BaО) 18,21÷18,23 Оксид кобальта (СоО) 5,95÷7,45 Оксид титана (ТiO₂) 0,10÷1,60 Оксид железа (Fе₂О₃) остальное