Ферритовый материал

Изобретение относится к ферритовому материалу, предназначенному для использования в технике СВЧ в устройствах миллиметрового диапазона длин волн, в частности в циркуляторах и вентилях. Заявлен ферритовый материал, содержащий компоненты в следующем соотношении (мол. доли): оксид лития 0,395-0,475; оксид титана 0,005-0,15; оксид цинка 0,20-0,21; оксид марганца 0,1-0,3; оксид ниобия 0,020-0,035; оксид молибдена 0,022-0,035 и оксид железа 2,175-2,395. Техническим результатом изобретения является повышение намагниченности насыщения I_s и снижение температурного коэффициента намагниченности насыщения TKI_s при сохранении низкого значения диэлектрических и магнитных потерь в миллиметровом диапазоне длин волн. Для заявленного материала намагниченность насыщения I_s=340÷405 кА/м, a TKI_s=0,07÷0,13%/град. при температуре от -60° до +85°С. 1 табл.

 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности ферритовым материалам, предназначенным для использования в устройствах миллиметрового диапазона длин волн, в частности вентилях и циркуляторах.

Для создания таких устройств необходимо использовать ферриты, обладающие высокой намагниченностью насыщения I_s, малыми значениями температурного коэффициента намагниченности насыщения (TKI_s) в интервале -60÷+85°С и диссипативных параметров (тангенса угла суммы диэлектрических и магнитных потерь) в миллиметровом диапазоне длин волн - комплексом характеристик, определяющих электрические параметры устройств.

Ферриты LiZn - параметрического ряда относятся к таким материалам, для которых намагниченность насыщения изменяется от 290 до 380 кА/м.

Известен ферритовый материал на основе Li-феррошпинели состава Li_0,5Mn_wMe_xMo_zFe_yO₄ (где w=0-0,15 мол., Me=Gd, Zn, Mg и x=0-0,05 мол., Z=0,05-0,020 мол., y=2,35-2,60 мол.), введение молибдена (Mo⁶⁺) в который в количестве 0,005-0,020 позволило увеличить значение прямоугольности петли гистерезиса, и, в частности, материал состава Li_0,5Mn_oZn_0,04Mo_0,01Fe_2,45O₄ [1].

Однако такой материал, обладая малым значением температурного коэффициента намагниченности насыщения, имеет I_s лишь 290 кА/м и большие потери в миллиметровом диапазоне длин волн (tgδ=tgδμ+tgδε=1·10^-2) и не может использоваться в устройствах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является ферритовый материал с низким значением диэлектрических и магнитных потерь (tgδ) [2], содержащий, мол:

Zn₂O 0,475-0,395

TiO₂ 0,15-0,005

ZnO 0,20-0,21

MnO₂ 0,10-0,30

Fe₂O₃ 2,175-2,395

Nb₂O₅ 0,02-0,035

Данный феритовый материал по сравнению с аналогом благодаря соотношению основных ферритообразующих компонентов и микродобавки Nb₂O₅ в указанных количествах обладает низкими потерями в миллиметровом диапазоне длин до (6-8)·10^-4 и намагниченностью насыщения до 320-380 кА/м.

Однако этот материал является недостаточно термостабильным и имеет большой TKIs в интервале температур -60÷+85°С (0,13-0,19% на град).

Целью изобретения является повышение намагниченности насыщения I_s и снижение температурного коэффициента намагниченности насыщения (TKI_s) в интервале -60÷+85°С, при сохранении низкого значения диэлектрических и магнитных потерь в миллиметровом диапазоне длин волн.

Поставленная цель достигается тем, что в известной ферритовый материал, содержащий окислы лития, титана, цинка, марганца, железа, ниобия добавляют молибден (в виде окисла MoO₃) в количестве 0,002-0,035 мол.

Добавки молибдена в количестве 0,022-0,035 мол. позволят повысить намагниченность насыщения и уменьшить температурный коэффициент намагниченности насыщения.

Последнее связано с вхождением более мелкого по сравнению с Zn²⁺ (r=0,83), иона Мо⁶⁺ (r=0,65) в тетраэдрические позиции кристаллической структуры феррита, приводящим к уменьшению параметра решетки (с 8,375 до 8,351÷8,357), усилению обменного взаимодействия [FeO₆]_окт-[FeO₄]_тетр, а как следствие, к повышению намагниченности насыщения (I_s), температуры Кюри и уменьшению температурного коэффициента намагниченности насыщения (TKI_s). Добавки молибдена менее 0,022 мол. не приводят к увеличению намагниченности насыщения (I_s) и уменьшению температурного коэффициента намагниченности насыщения (TKI_s), а при его содержании более 0,035 мол. I_s начинает быстро уменьшаться, а TKI_s практически не изменяется, так как молибден распределяется и в октаэдрических позициях структуры. Существенно возрастают также диссипативные параметры материала (tgδ увеличивается с 6-8·10^-4 до 5-10·10^-3), что связано с нарушением однородности его микроструктуры - увеличением размера зерна и значительной разнозернистостью.

Пример 1. Ферритовый материал изготавливают по обычной технологии керамики, при которой смешивают исходные компоненты в соответствии с формулой изобретения 0,425 мол Li₂O (Li₂CO₃), 0,070 мол. TiO₂, 0,205 мол. ZnO, 0,20 MnO₂ (MnCO₃), 2,30 мол. Fe₂O₃, 0,030 мол. Nb₂O₅, затем ферритизуют при температуре 400°С - 1 час, 500°С - 2 часа и при 750°С - 5 часов, перед размолом вводят добавку молибдена (МоО₃) в количестве 0,028 мол., размалывают, затем вводят поливиниловый спирт, прессуют и окончательно спекают образцы при температуре 350°С - 2 часа и 1025-1050°С - 7 часов, при этом скорость нагрева и охлаждения составляла 100 град.С в час.

Примеры 2-7. Аналогично были изготовлены образцы ферритов, но при других соотношениях ферритообразующих компонентов, указанных в формуле изобретения (примеры 2-5,) и за ее пределами (пример 6, 7). Также был изготовлен образец согласно прототипу (пример 8). Данные примеры сведены в таблицу.

Изготовленные образцы были исследованы на намагниченность насыщения при комнатной температуре, температурный коэффициент намагниченности насыщения TKI_s в интервале -60÷+85°С и тангенс угла суммы магнитных и диэлектрических потерь tgδ в миллиметровом диапазоне длин волн.

Протокол испытаний прилагается.

Как видно из протокола испытаний, использование предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом, позволит изготавливать ферритовые материалы, обладающие более высоким значением намагниченности насыщения I_s и более низкими значениями температурного коэффициента намагниченности насыщения TKI_s в интервале -60÷+85°С при сохранении малых величин тангенса угла суммы магнитных и диэлектрических потерь tgδ в миллиметровом диапазоне длин волн (намагниченность насыщения увеличивается с 320÷380 кА/м до 340÷405 кА/м, а температурный коэффициент намагниченности насыщения в интервале -60÷+85°С уменьшается с 0,13-0,19%/град до 0,07÷0,13 %/град, при этом tgδ сохраняется на уровне 6,0-8,0·10^-4).

Ферритовые материалы, обладающие большой намагниченностью насыщения и малой величиной температурного коэффициента намагниченности насыщения, позволят создавать устройства миллиметрового диапазона длин волн с улучшенными электрическими параметрами в интервале рабочих температур -60÷+85°С.

Источники информации

1. Патент ФРГ №1471402. МКИ С 04 В, G 11 С.

2. Положительное решение по заявке №3192617 (приоритет от 15.02.88 г.) авт. Корчак Т.М. и др.

Ферритовый материал, содержащий оксид лития, оксид титана, оксид цинка, оксид марганца, оксид ниобия и оксид железа в следующем соотношении, мол. доли:

оксид лития 0,395 - 0,475

оксид титана 0,005 - 0,15

оксид цинка 0,20 - 0,21

оксид марганца 0,1 - 0,3

оксид ниобия 0,020 - 0,035

оксид железа 2,175 - 2,395

отличающийся тем, что для повышения намагниченности насыщения и снижения температурного коэффициента намагниченности насыщения при сохранении низкого значения диэлектрических и магнитных потерь в миллиметровом диапазоне длин волн, он дополнительно содержит 0,022-0,035 мол. доли окиси молибдена.