RU2009560C1

RU2009560C1 - Ferrite material for acoustoelectronic devices

Info

Publication number: RU2009560C1
Authority: RU
Inventors: И.Н. Андреева; А.Д. Поваренко; С.А. Шевченко; А.И. Токарев; Е.О. Васильева; А.К. Юринская
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Домен"
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: ferrite material comprises 45-52 mol % of ferrum oxide, 0,1-3 mol % of cobalt lower oxide, 0.3-5 mol % of cuprous oxide, 0.1-3 mol % of terbium oxide and the remainder is nickel lower oxide. EFFECT: improved quality. 1 tbl

Description

Изобретение относится к магнитным материалам, в частности ферритовых материалов для акустоэленктронных устройств, а именно устройств запоминания на основе доменного акустического эха. The invention relates to magnetic materials, in particular ferrite materials for acoustoelectronic devices, namely, storage devices based on a blast acoustic echo.

Известен ферритовый материал для акустоэлектьронных устройств, содержащий, мол. % : Fe₂O₃ 45N50; CoO 0,7N1,5; CuO 0,5N5,0; Sm₂O₃ 0,055N2,0; NiO остальное.Known ferrite material for acoustoelectronic devices containing, mol. %: Fe ₂ O ₃ 45N50; CoO 0.7N1.5; CuO 0.5 N 5.0; Sm ₂ O ₃ 0.055N2.0; NiO the rest.

Указанный материал на частотах 10N70 мГц характеризуется величиной перестройки задержки Δ τ / τ_s, называемой иногда коэффициентом управления, равной 6N10% , затуханием в условиях магнитного насыщения α_s = 1,5N4,0 дБ/см и температурным коэффициентом задержки ТКЗ ≅ ±50 ˙10^-6 град^-1.The indicated material at frequencies of 10N70 MHz is characterized by the delay tuning Δ τ / τ _s , sometimes referred to as a control coefficient of 6N10%, attenuation under conditions of magnetic saturation α _s = 1.5N4.0 dB / cm, and a temperature coefficient of delay TKZ ≅ ± 50 ˙ 10 ^-6 deg ^-1 .

Недостатком известного материала является недостаточно низкая в свете современных требований величина затухания в размагниченном состоянии α_o ≥ 3 дБ/см, что не позволяет использовать указанный материал в устройствах записи акустической информации на основе доменного акустического эха.A disadvantage of the known material is not sufficiently low in the light of modern requirements, the attenuation in the demagnetized state α _o ≥ 3 dB / cm, which does not allow the use of the specified material in recording devices of acoustic information based on a domain acoustic echo.

Цель изобретения - снижение величины затухания в размагниченном состоянии на частотах 10-70 МГц при сохранении на том же уровне термостабильности материала. The purpose of the invention is to reduce the attenuation in the demagnetized state at frequencies of 10-70 MHz while maintaining the same thermal stability of the material.

Это возможно благодаря введению в известный материал на основе окиси железа и закисей никеля, кобальта и меди окиси тербия (вместо окиси самария) при следующем соотношении компонентов, мол. % : Окись железа 45N52 Закись меди 0,3N5,0 Закись кобальта 0,1N3,0 Окись тербия 0,1N3,0 Закись никеля Остальное
Ферритовый материал согласно изобретению характеризуется величиной затухания в размагниченном состоянии α_o <3,0 дБ/см, что ниже, чем на известном материале, и затуханием в насыщении α_s порядка 0,5N1,5 дб/см, что не превышает потери на известном материале. Кроме того, материал имеет достаточно высокую термостабильность: величина температурного коэффициента задержки ≅ ±50˙ 10^-6 град^-1, что не выше, чем на известном материале. Величина перестройки задержки на предлагаемом материале Δ τ / τ_s ≥ 6,0% , т. е. не менее чем на известном материале.This is possible due to the introduction of terbium oxide (instead of samarium oxide) into the known material based on iron oxide and nitrous oxide nickel, cobalt and copper, in the following ratio of components, mol. %: Iron oxide 45N52 Copper oxide 0.3N5.0 Cobalt oxide 0.1N3.0 Terbium oxide 0.1N3.0 Nickel oxide
The ferrite material according to the invention is characterized by the magnitude of the attenuation in the demagnetized state α _o <3.0 dB / cm, which is lower than on the known material, and the attenuation attenuation α _{s of the} order of 0.5N1.5 dB / cm, which does not exceed the loss on the known material. In addition, the material has a fairly high thermal stability: the value of the temperature coefficient of delay ≅ ± 50˙ 10 ^-6 deg ^-1 , which is not higher than on the known material. The amount of delay adjustment on the proposed material Δ τ / τ _s ≥ 6.0%, i.e., no less than on the known material.

Известно, что величина затухания в размагниченном состоянии при прочих равных условиях определяется величиной магнитной кристаллографической анизотропии феррита. Величина температурного коэффициента резонансной частоты, а значит и температурного коэффициента задержки (ТКЗ) определяется температурной зависимостью константы анизотропии. It is known that the magnitude of the attenuation in the demagnetized state, ceteris paribus, is determined by the magnitude of the magnetic crystallographic anisotropy of ferrite. The value of the temperature coefficient of the resonant frequency, and hence the temperature delay coefficient (TKZ), is determined by the temperature dependence of the anisotropy constant.

Установлено, что на затухание в размагниченном состоянии влияет не только величина константы анизотропии, но и ее знак, причем наименьшее затухание наблюдается на ферритах, имеющих сравнительно небольшую положительную величину константы анизотропии. Увеличение затухания при смене знака константы анизотропии на отрицательный можно объяснить следующим образом. Известно, что при положительной константе анизотропии направление легкого намагничивания совпадает с ребром, а при отрицательной - с диагональю кубической решетки шпинели. В результате, в первом случае имеется шесть направлений легкого намагничивания, а во втором - восемь. Поэтому во втором случае при отрицательной константе анизотропии имеет место более усложненная доменная структура (2 типа доменных границ: 109-градусные и 71-градусные), в то время как в ферритах с положительной константой анизотропии присутствуют только 90-градусные доменные границы. Более усложненная доменная структура в ферритах с отрицательной анизотропией создает большее число доменных границ, что при прочих равных условиях (размер зерна, пористость) способствует большей величине затухания, которая, как известно, зависит от числа смещающихся доменных границ. It was found that the decay in the demagnetized state is affected not only by the value of the anisotropy constant, but also by its sign, and the smallest attenuation is observed on ferrites having a relatively small positive value of the anisotropy constant. The increase in attenuation upon changing the sign of the anisotropy constant to negative can be explained as follows. It is known that with a positive anisotropy constant the direction of easy magnetization coincides with the edge, and with a negative one it coincides with the diagonal of the cubic spinel lattice. As a result, in the first case there are six directions of easy magnetization, and in the second - eight. Therefore, in the second case, with a negative anisotropy constant, a more complicated domain structure takes place (2 types of domain walls: 109-degree and 71-degree), while in ferrites with a positive anisotropy constant only 90-degree domain walls are present. A more complicated domain structure in ferrites with negative anisotropy creates a larger number of domain walls, which, all other things being equal, (grain size, porosity) contributes to a larger amount of attenuation, which, as is known, depends on the number of shifting domain walls.

Известно, что величина и знак магнитной кристаллографической анизотропии феррита зависит от его химического состава. It is known that the magnitude and sign of the magnetic crystallographic anisotropy of ferrite depends on its chemical composition.

В Ni-Со феррите магнитная кристаллографическая анизотропия положительна при концентрации СоО свыше 1,2 мол. % . Однако, присутствие в известном материале ионов Cu⁺² и Sm⁺³ вносит существенный отрицательный вклад в анизотропию и тем самым способствует росту потерь в размагниченном состоянии до α_o > 3 дБ/см. Этот отрицательный вклад в анизотропию может быть скомпенсирован увеличением концентрации СоО, но при этом из-за роста константы анизотропии существенно возрастает ТКЗ в области отрицательных температур. Таким образом, в рамках известного состава невозможно синтезировать материал, обладающий затуханием α_o < 3 дБ/см при сохранении малого ТКЗ. С целью уменьшения α_o в известный материал вместо окиси Sm₂O₃ была введена окись тербия Tb₂O₃. В данном случае эффект снижения затухания происходит за счет того, что ионы Tb⁺³ вносят существенный положительный вклад в константу магнитной кристаллографической анизотропии. В результате этого отрицательная анизотропия Ni-Co-Cu феррита может быть скомпенсирована положительной анизотропией ионов Tb⁺³ таким образом, что во всем интервале температур от -60 до 60^оС магнитная анизотропия имеет небольшую положительную величину и мало изменяется с температурой. В результате был получен феррит с затуханием в размагниченном состоянии α_o < 3,0 дБ/см и ТКЗ не хуже, чм на известном материале.In Ni-Co ferrite, magnetic crystallographic anisotropy is positive at a CoO concentration of over 1.2 mol. % However, the presence of Cu ⁺² and Sm ⁺³ ions in the known material makes a significant negative contribution to the anisotropy and thereby contributes to an increase in the losses in the demagnetized state to α _o > 3 dB / cm. This negative contribution to anisotropy can be compensated by an increase in the concentration of CoO, but in this case, due to an increase in the anisotropy constant, the TSC in the region of negative temperatures increases significantly. Thus, within the framework of the known composition, it is impossible to synthesize a material with a damping α _o <3 dB / cm while maintaining a small TKZ. In order to reduce α _o, terbium oxide Tb ₂ O ₃ was introduced into the known material instead of Sm ₂ O ₃ oxide. In this case, the effect of reducing attenuation occurs due to the fact that Tb ⁺³ ions make a significant positive contribution to the magnetic crystallographic anisotropy constant. As a result of this negative anisotropy of Ni-Co-Cu ferrite can be compensated positive anisotropy of Tb ⁺³ ion so that the entire temperature range of from -60 to 60 ° ^C has a small magnetic anisotropy is positive value and varies little with temperature. As a result, ferrite was obtained with attenuation in the demagnetized state α _o <3.0 dB / cm and TKZ no worse than hm on a known material.

Выбранные пределы содержания окиси тербия обусловлены тем, что введение его в количестве ниже 0,1 мол. % неэффективно, так как не оказывает существенного влияния на величину энергии кристаллографической магнитной анизотропии феррита, а следовательно, на величину α_o и ТКЗ. Содержание окиси тербия выше 3,0 мол. % приводит к значительному росту анизотропии , а следовательно, величины α_o и ТКЗ. Также строго ограничены пределы содержания и других компонентов. Уменьшение содержания СоО ниже 0,1 мол. % приводит к снижению Δ τ / τ_s, а увеличение выше 3,0 мол. % - к росту затухания в размагниченном состоянии. Уменьшение СuO ниже 0,3 мол. % приводит к ухудшению спекания феррита и росту температурного коэффициента задержки ТКЗ, последний наблюдается и при содержании CuO свыше 5,0 мол. % . Выбранные пределы содержания окиси железа обусловлены тем, что выше 52 мол. % в феррите будут присутствовать ионы двухвалентного железа Fе⁺², которые резко увеличивают проводимость, а следовательно, и потери в феррите (рост α_o ). Уменьшение содержания Fe₂O₃ ниже 45 мол. % из-за отклонения от стехиометрии вызывает значительное снижение величины перестройки задержки и рост затухания в размагниченном состоянии.The selected limits for the content of terbium oxide are due to the fact that its introduction in an amount below 0.1 mol. % is inefficient, since it does not significantly affect the energy of crystallographic magnetic anisotropy of ferrite, and therefore, the value of α _o and TKZ. The content of terbium oxide is higher than 3.0 mol. % leads to a significant increase in anisotropy, and therefore, the values of α _o and TKZ. The limits of the content and other components are also strictly limited. The decrease in the content of CoO below 0.1 mol. % leads to a decrease in Δ τ / τ _s , and an increase above 3.0 mol. % - to the increase in attenuation in the demagnetized state. The decrease in CuO below 0.3 mol. % leads to a deterioration in the sintering of ferrite and an increase in the temperature coefficient of delay TKZ, the latter is also observed with a CuO content of more than 5.0 mol. % The selected limits of the content of iron oxide are due to the fact that above 52 mol. % ferrite ions Fe2 ⁺ will be present, which sharply increase the conductivity and, consequently, the loss in ferrite (increase α _o ). The decrease in the content of Fe ₂ O ₃ below 45 mol. % due to deviations from stoichiometry causes a significant decrease in the delay tuning and an increase in the attenuation in the demagnetized state.

В таблице приведены химический состав и технические характеристики сердечников, изготовленных из известного и предлагаемого материалов. Сердечники изготавливались по окисной технологии. Смешивание и помол окислов производился в шаровой мельнице 24 ч. Температура ферритизации порошка составляла 1000 ^оС. Затем осуществлялся второй помол в вибромельнице и формование заготовок. Перед горячим прессованием производился предварительный обжиг заготовок при 900^оС. Горячее прессование проходило при 1280 ^оС и давлении 500 кг/см³ в течение 40 мин, заготовки имели форму диска диаметром 50 мм и высотой 15 мм.The table shows the chemical composition and technical characteristics of the cores made of known and proposed materials. Cores were made using oxide technology. Mixing and grinding of the oxides was carried out in a ball mill for 24 hours. The temperature of the ferrite powder was 1000 ^about C. Then the second grinding was carried out in a vibratory mill and the molding of blanks. Prior to hot pressing the preforms produced precalcination at 900 ° ^C. The hot pressing took place at 1280 ^{° C} and a pressure of 500 kg / cm ³ for 40 minutes, the preform had a disk shape of 50 mm diameter and 15 mm height.

Для проведения исследований из диска вырезались стрежни размером 43х10х15 мм. Характеристики материала измерялись по известной эхо-импульсной методике на стандартном оборудовании. For research, rods with a size of 43 × 10 × 15 mm were cut from the disk. The characteristics of the material were measured according to the well-known echo-pulse technique using standard equipment.

Данная таблица свидетельствует о том, что ферритовый материал согласно изобретению имеет по сравнению с известным более низкое затухание в размагниченном состоянии, а по остальным параметрам ему не уступает. (56) Авторское свидетельство СССР N 737994, кл. Н 01 F 1/34,1980. This table indicates that the ferrite material according to the invention has a lower attenuation in the demagnetized state compared to the known one, and is not inferior to it in other parameters. (56) Copyright certificate of the USSR N 737994, cl. H 01 F 1 / 34.1980.

Авторское свидетельство СССР N 1335026, кл. Н 01 В 19/00, 1972. USSR author's certificate N 1335026, cl. H 01, 19/00, 1972.

Claims

FERRITE MATERIAL FOR ACOUSTELECTRONIC DEVICES, containing iron oxide, nickel oxide, copper oxide, cobalt oxide, characterized in that it additionally contains terbium oxide in the following ratio of components. pier %:
Iron Oxide 45 - 52
Cobalt oxide 0.1 - 3.0
Copper oxide 0.3 - 5.0
Terbium oxide 0.1 - 3.0
Nickel oxide Else