Радиопоглощающий феррит Российский патент 2021 года по МПК H01F1/34 C22C29/12 C04B35/26 

Изобретение относится к технологии радиопоглощающих ферритов, которые используются в производстве безэховых камер, обеспечивающих исключение отражения радиоволн от стен камеры.

Известны составы радиопоглощающих ферритов, содержащих оксиды никеля, меди, цинка и железа (US 5421089, опубл. 06.06.1995 г.). Поглощение радиоволн радиопоглощающими ферритами обусловлено магнитными потерями в результате резонанса магнитных доменных стенок и ферромагнитного резонанса.

Недостатками известного состава ферритов является недостаточное поглощение радиоволн в интервале частот от 0,8000 МГц до 3,2000 МГц.

Известен радиопоглощающий феррит (RU 2417268, опубл. 27.04.2011 г.), являющийся наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом), который содержит оксиды никеля, меди, цинка, железа и титанат кальция при следующем соотношении компонентов, (мол.%):

Оксид никеля 10,0-16,0 Оксид меди 2,0-6,0 Оксид цинка 28,0-33,0 Титанат кальция 0,5-5,0 Оксид железа Остальное

Эффективность поглощения радиоволн ферритами предлагаемых составов связана с тем, что добавки титаната кальция, располагаясь по границам зерен в спеченных ферритах, образуют прослойки с высокой диэлектрической проницаемостью. В результате возникает новый механизм поглощения радиоволн, обусловленный диэлектрическими потерями в материале.

Однако указанные ферриты обладают недостатком: слабо поглощают радиоволны в диапазоне частот от 0,8000 МГц до 3,2000 МГц.

Технический результат предложенного изобретения заключается в обеспечении высоких радиопоглощающих свойств ферритов в диапазоне частот от 0,8000 МГц до 3,2000 МГц.

Технический результат достигается тем, что радиопоглощающий феррит, содержащий оксиды цинка и железа, дополнительно содержит оксид лития и оксид марганца при следующем соотношении компонентов, (мол.%):

Оксид лития 1,5-3,5 Оксид цинка 5,0-12,0 Оксид марганца 3,5-8,5 Оксид железа Остальное

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Благодаря предложенным в изобретении составам ферритов и образующихся при этих составах и технологических режимах магнитных и диэлектрических свойств, а также микроструктуре ферритов, в диапазоне частот 0,8000 МГц - 3,2000 МГц достигается интенсивное (>10 Дб) поглощение радиоволн.

Изобретение поясняется чертежом, где на котором представлен характерный спектр отражения предлагаемого радиопоглощающего феррита на металлической пластине.

Состав феррита приготовлен при следующем соотношении компонент, (мол.%):

Оксид лития 2,25 Оксид цинка 7,87 Оксид марганца 5,55 Оксид железа Остальное

Спектр коэффициента отражения на металлической пластине объектов исследования в диапазоне частот 0,5000 МГц - 7,0000 МГц регистрировался на установке, состоящей из векторного анализатора цепей "Rohde & Schwarz ZVL" и коаксиальной ячейки для измерения комплексных физических констант диэлектрической и магнитной проницаемости твердых изотропных материалов ДМП-2. Восемнадцать испытуемых образцов были изготовлены в форме колец с внешним и внутренним диаметрами 16.0 мм и 7.0 мм, соответственно, и высотой h=5.0-6.0 мм. На чертеже представлен спектр образца толщиной 5,0 мм.

Как видно из зарегистрированного спектра, в диапазоне частот от 0,8000 МГц до 3,2000 МГц предлагаемый феррит обладает поглощающими свойствами от 10 Дб до 22,52 Дб.

Технология получения феррита включает смешивание ферритообразующих оксидов, синтез ферритового порошка из полученной смеси, формование сырых заготовок в виде пластин из синтезированного ферритового порошка и высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде при 1000-1100°С. Синтез ферритовых порошков осуществляется в печах в воздушной среде прокалкой смеси исходных оксидов в интервале температур 890-950°С. Пример.

Проводили определение сравнительной эффективности предлагаемого и известного составов радиопоглощающих ферритов. В качестве исходных компонентов в предлагаемом феррите использовали высокочистые карбонат лития Li₂СО₃ (марки ХЧ), оксид железа Fe₂O₃ (марки ЧДА), оксид цинка ZnO (марки ЧДА) и карбонат марганца МnСО₃ (марки ЧДА). При подготовке исходных компонентов для шихты принимали во внимание соотношение молекулярных масс:

- для Li₂O: M(Li₂CO₃)/M(Li₂O)=2,47,

- для МnО: М(МnСО₃)/М(МnО)=1,62.

Исходные компоненты смешивали в ходе совместного измельчения в вибромельнице М-50 в течение 5 часов. Синтез ферритовой шихты проводили прокалкой смеси при 850°С в резистивной печи с воздушной средой. Синтезированные порошки измельчали мокрым помолом в аттриторе в течение 10 часов. Перед измельчением в шихту вводилась легирующая добавка в виде мелкодисперсного порошка Вi₂О₃ в количестве 0.2 мас.%. Оксид висмута, как легкоплавкая добавка, активирует спекание за счет формирования диэлектрической прослойки по границам зерен. Кроме того, при использовании Вi₂O₃ наблюдается улучшение однородности феррита, повышение его плотности, а также предотвращение чрезмерного испарения лития и цинка в процессе спекания.

В измельченные порошки вводили связку в виде водного раствора поливинилового спирта с целью приготовления гранулированного порошка. Из гранулированных порошков прессовали под давлением 100 МПа образцы в форме колец с внешним и внутренним диаметрами 16.0 мм и 7.0 мм, соответственно, и высотой h=5.0-6.0 мм, которые затем спекали в резистивной печи при 1100°С. Для сравнения изготавливали кольца таких же размеров из шихты известного состава (прототип). Усредненные данные по измерению частотной зависимости коэффициента отражения радиоволн от поверхности образца на металлической пластине приведены в таблице.

Таблица

№ п/п Состав феррита,
мол.% Коэффициент отражения, дБ Примечание при частоте поля 0,8 ГГц 1,0 ГГц 3,2
ГГц 1 Оксид никеля - 13,0
Оксид меди - 4,0
Оксид цинка - 31,0 Оксид железа - 49,0
Титанат кальция - 3,0 - 3 - 2,5 - 2,0 Прототип 2 Оксид лития - 1,25
Оксид цинка - 4,75
Оксид марганца - 3,25
Оксид железа - 90,75 -6 - 8 - 5,5 Выход за пределы 3 Оксид лития - 1,5
Оксид цинка - 5,0
Оксид марганца - 3,5
Оксид железа - 90,0 - 10,5 - 17 - 11 Согласно формуле предложенного изобретения 4 Оксид лития - 2,5
Оксид цинка - 8,0
Оксид марганца - 5,5
Оксид железа - 84,0 - 15 - 23 - 16 Согласно формуле предложенного изобретения 5 Оксид лития - 3,5
Оксид цинка - 12,0
Оксид марганца - 8,5
Оксид железа - 76,0 - 11,3 - 18 - 10,5 Согласно формуле предложенного изобретения 6 Оксид лития - 3,75
Оксид цинка - 12,25
Оксид марганца - 8,75
Оксид железа - 75,25
- 5 - 7 - 6 Выход за пределы

Как видно из данных таблицы, изготовление радиопоглощающих ферритов в составах по предлагаемому изобретению позволяет значительно снизить отражение радиоволн от поверхности феррита в диапазоне частот от 0,8000 МГц до 3,2000 МГц.

Уменьшение параметров при выходе за пределы изобретения можно объяснить ухудшением магнитных либо диэлектрических свойств и изменением микроструктуры, что приводит к уменьшению интенсивности резонанса магнитных доменных стенок, ферромагнитного резонанса, магнитной и диэлектрической составляющих поглощения электромагнитных волн.

Изобретение относится к технологии радиопоглощающих ферритов. Может использоваться при производстве безэховых камер, обеспечивающих исключение отражения радиоволн от стен камеры. Радиопоглощающий феррит содержит, мол.%: оксид лития 1,5-3,5, оксид цинка 5,0-12,0, оксид марганца 3,5-8,5, оксид железа - остальное. Обеспечивается повышение радиопоглощающих свойств в диапазоне частот от 0,8000 МГц до 3,2000 МГц. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Радиопоглощающий феррит, содержащий оксиды цинка и железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид лития и оксид марганца при следующем соотношении компонентов, мол.%:

оксид лития 1,5-3,5 оксид цинка 5,0-12,0 оксид марганца 3,5-8,5 оксид железа остальное