Ферритовый материал

 

Изобретение относится к области магнитных материалов, в частности ферритовых материалов для магнитоакустических устройств. Сущность изобретения: предложен ферритовый материал следующего состава, мол.%: оксид железа 45-52; оксид меди 0,1-5,0; оксид кобальта 0,1-2,0; оксид индия 0,05-5,0; оксид никеля остальное. Материал обладает повышенным коэффициентом магнитомеханической связи при малых акустических потерях в диапазоне частот от 60 кГц до 70 МГц. 1 табл.

Изобретение относится к области магнитных материалов, в частности ферритовых материалов для широкополосных магнитоакустических устройств, таких как электромеханические фильтры, регулируемые линии задержки, перестраиваемые фильтры, многофункциональные устройства запоминания и обработки информации.

Известен ферритовый материал, содержащий, мол. Fe₂O₃ 45-50; CoO 0,1-1,5; CuO 0,5-5,0; Sm₂O₃ 0,05-2,0; NiO остальное [1] Акустические потери материала, выраженные в виде затухания на частоте 70 МГц, составляют менее 8 дБ/см (коэффициент потерь менее 13·10^-3). Однако, на частотах ниже 1 МГц акустические потери резко увеличиваются, что не позволяет использовать данный материал в килогерцевом диапазоне частот.

Другой известный ферритовый материал Ф-107, содержащий, мол. Fe₂O₃ 50; CoO 1,0; CuO 3,7; NiO остальное [2] практически может быть использован только в килогерцевом диапазоне частот, где его коэффициент потерь составляет (6-8)·10^-3. На частотах мегагерцевого диапазона акустические потери увеличиваются на порядок. Недостаточно высок у данного материала и коэффициент магнитомеханической связи K_мм (≈38%).

Настоящее изобретение решает задачу обеспечения высокого коэффициента магнитомеханической связи при малых акустических потерях в диапазоне частот от 60 кГц до 70 МГц.

Объектом изобретения является ферритовый материал на основе оксидов железа, никеля, кобальта, меди и индия, присутствующих в нем в следующих соотношениях, мол.

Оксид железа (Fe₂O₃) 45-52 Оксид кобальта (CoO) 0,1-2,0 Оксид меди (CuO) 0,1-5,0 Оксид индия (In₂O₃) 0,05-5,0 Оксид никеля (NiO) Остальное Существенным отличием материала согласно изобретения от материала-прототипа [2] является присутствие в нем оксида индия. Это и указанное выше соотношение компонентов обеспечивают получение материала с коэффициентом магнитомеханической связи более 38% и коэффициентом акустических потерь, не превышающим 13·10^-3 в диапазоне частот 1-70 МГц и 5·10^-3 в диапазоне частот 60-1000 кГц, т. е. с весьма низкими акустическими потерями во всем рабочем диапазоне частот 60 кГц 70 МГц.

Введение оксида индия в количестве менее 0,05 мол. неэффективно, т.к. не оказывает существенного влияния на величину энергии кристаллографической магнитной анизотропии феррита, а следовательно и на величину К_мм. Содержание оксида индия выше 5 мол. приводит в связи с диамагнитными свойствами ионов индия (In³⁺) к уменьшению магнитострикционных свойств феррита, а следовательно и к уменьшению величины К_мм.

Также строго ограничены пределы содержания и других компонентов. Уменьшение содержания CoO ниже 0,1 мол. приводит к снижению К_мм, а увеличение выше 2,0 мол. к росту акустических потерь.

Уменьшение CuO ниже 0,1 мол. приводит к ухудшению спекания феррита и росту температурного коэффициента частоты ТКЧ (или температурного коэффициента задержки ТКЗ), а увеличение выше 5,0 мол. вызывает рост проводимости феррита, вследствие чего наблюдается увеличение потерь с ростом частоты.

Выбранные пределы содержания оксида железа обусловлены тем, что выше 52 мол. в феррите присутствуют ионы двухвалентного железа Fe²⁺, которые резко увеличивают проводимость, а следовательно и потери. Уменьшение содержания оксида железа ниже 45 мол. из-за отклонения от стехиометрии вызывает значительное снижение К_мм и рост акустических потерь.

Ниже приводятся примеры реализации ферритового материала согласно изобретению и известного материала [2] Пример 1 иллюстрирует способ изготовления сердечников из ферритового материала, содержащего, мол.

Fe₂O₃ 49,00 CoO 1,0 CuO 3,75
NiO 45,25
In₂O₃ 1,0
Сердечники изготавливались по окисной технологии с помощью горячего прессования. Смешение и помол исходных оксидов производился в шаровой мельнице в течение 24 ч. Температура ферритизации составляла 1000^oC. Помол ферритового порошка производится в вибромельнице в течение 2 ч. Перед горячим прессованием проводился обжиг заготовок при температуре 900^oC в течение 10 ч. Горячее прессование проводилось при температуре 1280^oC и давлении 500 кг/см² в течение 40 мин. Заготовки имели форму диска диаметром 50 мм и высотой 20 мм.

Для проведения исследований из диска вырезались сердечники размерами 4 х 4 х 40 мм. Характеристики материала приведены в таблице. Там же приведены составы и свойства еще ряда материалов согласно изобретению (примеры 2-5), которые изготавливались способом, описанным в примере 1. Примеры 6-10 иллюстрируют свойства ферритовых материалов, содержащих компоненты, в т.ч. оксид индия, в количествах, отличных от заявляемых. И, наконец, пример 11 относится к известному материалу Ф-107 [2] не содержащему оксид индия. Поскольку рассматривается поведение материала в широком диапазоне частот 60 кГц 70 МГц, то его акустические потери, указанные в таблице, представлены в виде коэффициента потерь Q^-1 (величина, обратная механической добротности Q) и затухания α (на частоте 70 МГц). Это обусловлено различной методикой измерения потерь в диапазоне частот 60 кГц 70 МГц.

Из таблицы видно, что ферритовый материал согласно изобретению имеет К_мм 38% и малые акустические потери в широком диапазоне частот, что позволяет эффективно его использовать в различных широкополосных магнитоакустических устройствах.

Формула изобретения

Ферритовый материал, содержащий оксиды железа, никеля, меди и кобальта, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента магнитомеханической связи при малых акустических потерях в диапазоне 60 кГц 70 МГц, он дополнительно содержит оксид индия при следующем соотношении компонентов, мол.

Оксид железа 45 52
Оксид меди 0,1 5,0
Оксид кобальта 0,1 2,0
Оксид индия 0,05 5,0
Оксид никеля Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2