Патент на изобретение №2291509
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ФЕРРИТОВЫЙ МАТЕРИАЛ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к ферритовым материалам, используемым в технике СВЧ. Техническим результатом изобретения является снижение значений температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs, повышение выхода годных невзаимных развязывающих СВЧ устройств путем повышения стабильности значений намагниченности – Js в рабочем интервале температур -60-+85°С при сохранении высоких значений намагниченности насыщения – Js и низких значений тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь в миллиметровом диапазоне длин волн. Технический результат достигается тем, что предложен ферритовый материал на основе Li-феррошпинели, содержащий оксиды лития, титана, цинка, марганца, железа и фторид лития при следующем соотношении компонентов, в вес.%: оксид лития Li2O – 2,753-3,39, оксид титана TiO2 – 0,001-5,71, оксид цинка ZnO – 7,67-7,903, оксид марганца MnO2 – 4,12-6,21, оксид железа Fe2О3 – 76,98-83,285, фторид лития LiF – 0,20-0,40. 1 табл.
Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к ферритовым материалам, предназначенным для создания невзаимных развязывающих СВЧ устройств: вентилей, циркуляторов, работающих в интервале температур -60-+85°С, миллиметрового диапазона длин волн. Создание указанных невзаимных развязывающих СВЧ-устройств требует ферритовых материалов, обладающих: – высокими значениями намагниченности насыщения – Js порядка – 380 кА/м; – низкими значениями температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs порядка менее 0,1%/град в рабочем интервале температур -60-+85°С миллиметрового диапазона длин волн; – высокой стабильностью значений намагниченности насыщения в вышеуказанном интервале температур; – низкими значениями тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь – (tg Ферритовые материалы параметрического ряда LiZn в совокупности с другими компонентами могут обеспечивать указанные параметры. Известен ферритовый материал на основе Li-феррошпинели [1], содержащий следующие компоненты, вес.%:
Рентгеноструктурный анализ данного ферритового материала показывает наличие основной фазы шпинели и второй фазы – LiNbO3, образующейся в результате взаимодействия оксидов лития и ниобия, который: – во-первых, распределясь по границам зерен, препятствует их росту и тем самым обеспечивает высокую однородность микроструктуры – зернистость, низкую пористость и высокую плотность, – во-вторых, ниобат лития (LiNbO3) является хорошим диэлектриком с сопротивлением, равным 1014 Ом/см и его наличие в ферритовом материале в совокупности с оксидом марганца обеспечивает ферритовому материалу низкие значения тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Наличие оксида титана в ферритовом материале в совокупности с оксидом цинка с одной стороны повышает значения намагниченности насыщения – Js, но с другой стороны уменьшает температуру Кюри – а, следовательно, увеличивает значения температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs. Таким образом, данный ферритовый материал обладает высокими значениями намагниченности насыщения – Js порядка 360 кА/м, низкими значениями тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg – во-первых, повышения требований к настройке параметров невзаимных развязывающих СВЧ-устройств, связанные с запасом по прямым и обратным потерям в рабочей полосе частот при комнатной температуре, – во-вторых, низкого выхода годных невзаимных развязывающих СВЧ-устройств, способных работать в указанном выше интервале температур. Известен ферритовый материал на основе Li-феррошпинели, содержащей, вес.%:
прототип [2]. Рентгеноструктурный анализ данного ферритового материала показывает, как и в первом аналоге, наличие основной фазы шпинели и второй фазы – LiNbO3, который обеспечивает вышеназванные преимущества ферритового материала – аналога, а именно достаточно высокие значения намагниченности насыщения – Js, низкие значения тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Кроме того, наличие в данном ферритовом материале дополнительно оксида молибдена обеспечивает по сравнению с аналогом еще более повышение намагниченности насыщения – Js порядка 380 кА/м, а также уменьшение значений температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs порядка 0,1%/град. Однако и данные значения температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs ферритового материала являются недостаточными для использования и данного ферритового материала в невзаимных развязывающих СВЧ-устройствах, работающих в интервале температур -60-+85°С, миллиметрового диапазона длин волн. Кроме того, данный ферритовый материал отличается низкой стабильностью значений намагниченности насыщения – Js в вышеуказанном интервале температур, что определяет и низкий выход годных невзаимных развязывающих СВЧ-устройств. Техническим результатом изобретения является снижение значений температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs, повышение выхода годных невзаимных развязывающих СВЧ-устройств путем повышения стабильности значений намагниченности насыщения – Js в рабочем интервале температур -60-+85°С при сохранении высоких значений намагниченности насыщения – Js и низких значений тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Технический результат достигается тем, что известный ферритовый материал на основе Li-феррошпинели, содержащий оксиды лития, титана, цинка, марганца, железа, дополнительно содержит фторид лития в количестве 0,20-0,40 при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Наличие фторида лития в количестве 0,20-0,40 в совокупности с другими компонентами и указанном их соотношении в ферритовом материале обеспечивает: – во-первых, снижение значений температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs в рабочем интервале температур -60-+85°С, – во-вторых, стабильность значений намагниченности насыщения – Js в вышеуказанном интервале температур. Это стало возможным в результате замещения ионов кислорода с отрицательной валентностью О-2 на более электроотрицательный ион фтора F1-, что приводит к образованию цепочек в кристаллической решетке в виде октаэдров (FeO6-xFx) и тетраэдров (Fe3O4-xFx), и, как следствие, к уменьшению параметров кристаллической решетки с 8,375 до 8,361-8,367 Å, что в свою очередь приводит к усилению обменного процесса взаимодействия вышеназванных цепочек и, как следствие, как было сказано выше: – во-первых, снижению значений температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs в рабочем интервале температур -60-+85°С, – во-вторых, повышению стабильности значений намагниченности насыщения – Js в вышеуказанном интервале температур. При этом указанное соотношение компонентов обеспечивает сохранение высоких значений намагниченности насыщения – Js и низких значений тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Последние обеспечиваются в том числе снижением электропроводности ферритового материала благодаря наличия в нем фторида лития. Наличие фторида лития в количестве менее 0,20 и более 0,40 вес.% нежелательно, так как приводит: – во-первых, к образованию низкой однородности микроструктуры – разнозернистости, повышению пористости и снижению плотности, – во-вторых, к повышению значений температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs, – в-третьих, увеличению значений тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Пример 1. Ферритовый материал изготавливают по стандартной керамической технологии. Берут оксид лития, оксид титана, оксид цинка, оксид марганца, оксид железа, фторид лития в количестве в вес.% 3,18, 3,78, 7,67, 4,12, 81,25, 0,3 соответственно. При этом фторид лития берут сверхстехиометрического состава. Затем смесь исходных компонентов прокаливают последовательно при следующих температурах и в течение времени: 400°С – 1 час, 500°С – 2 часа, 725°С – 5 часов, после чего шихту размалывают, вводят в нее раствор поливинилового спирта, прессуют из нее заготовки и проводят их окончательное спекание последовательно при следующих температурах и в течение времени: 100°С – 1 час, 200°С – 1 час, 350°С – 2 часа, 1050-1125°С – 7 часов, при скорости нагрева, равной 100°С/час. После окончания спекания образцы ферритового материала охлаждают до 700°С, при скорости охлаждения, равной 100°С/час. Примеры 2-5. Аналогично были изготовлены образцы ферритового материала, но при других соотношениях компонентов, как указанных в формуле изобретения (примеры 2-3), так и выходящих за ее пределы (примеры 4-5). Также были изготовлены образцы ферритового материала согласно соотношению компонентов прототипа. На изготовленных образцах ферритового материала были измерены значения температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs в рабочем интервале температур -60-+85°С, значения намагниченности насыщения – Js, значения тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Результаты приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, образцы ферритового материала, изготовленные при соотношении компонентов, в том числе и фторида лития, указанные в формуле изобретения (примеры 1-3) имеют: – низкие значения температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs порядка 0,058%/град, – высокие значения намагниченности насыщения – Js порядка 380 кА/м, – низкие значения тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Образцы же ферритового материала, изготовленные при соотношении компонентов, в том числе и фторида лития, выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения (примеры 4-5), имеют высокие значения температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs порядка 0,13%/град. Кроме того, наблюдается значительное повышение значений тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Таким образом, предложенный ферритовый материал по сравнению с ферритовым материалом, описанным в прототипе имеет: – во-первых, низкие значения температурного коэффициента намагниченности насыщения – TKJs порядка 0,058%/град (прототип порядка 0,07%/град) в рабочем интервале температур -60-+85°С, – во-вторых, обеспечивает стабильность значений намагниченности насыщения – Js, а следовательно, повышение выхода годных невзаимных развязывающих СВЧ-устройств, работающих в вышеуказанном интервале температур. При этом предложенный ферритовый материал сохраняет: – высокие значения намагниченности насыщения – Js порядка 380 кА/м, – низкие значения тангенса угла суммарных диэлектрических и магнитных потерь (tg Это позволит использовать предлагаемый ферритовый материал для создания невзаимных развязывающих СВЧ-устройств: вентилей, циркуляторов, работающих в интервале температур -60-+85°С, миллиметрового диапазона длин волн. Источники информации 1. Патент РФ №2247436, МПК7 H 01 F 1/34, опубл. 27.02.05 г., бюл. №6. 2. Патент РФ №2247437, МПК7 H 01 F 1/34, опубл. 27.02.05 г., бюл. №6.
Формула изобретения
Ферритовый материал на основе Li-феррошпинели, содержащий оксиды лития, титана, цинка, марганца, железа, отличающийся тем, что ферритовый материал дополнительно содержит фторид лития при следующем соотношении компонентов, вес.%:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
=
(tg
)) порядка 6×10-4.