RU2776991C1 - Ферритовый материал - Google Patents

Ферритовый материал Download PDF

Info

Publication number
RU2776991C1
RU2776991C1 RU2021124888A RU2021124888A RU2776991C1 RU 2776991 C1 RU2776991 C1 RU 2776991C1 RU 2021124888 A RU2021124888 A RU 2021124888A RU 2021124888 A RU2021124888 A RU 2021124888A RU 2776991 C1 RU2776991 C1 RU 2776991C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferrite material
oxide
tgδ
microwave
less
Prior art date
Application number
RU2021124888A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Григорьевич Налогин
Альберт Александрович Алексеев
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина")
Application granted granted Critical
Publication of RU2776991C1 publication Critical patent/RU2776991C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к технике СВЧ, в частности, к ферритовым материалам с кристаллической структурой граната, предназначенным для использования в невзаимных устройствах СВЧ: вентилях, циркуляторах, переключателях, фазовращателях высокого уровня мощности, работающих в сантиметровом диапазоне длин волн. Снижение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδε) менее 1×10-4, обеспечение: тангенса угла магнитных потерь (tgδμ) менее 1,1⋅10-3, при сохранении значений: ширины линии спиновых волн (ΔHk) не менее 0,8 кА/м на частоте 9,5 ГГц, намагниченности насыщения (Ms) 143,2 кАУм±5%, действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000008
15,0±5%, а также обеспечение низких прямых потерь СВЧ, является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что ферритовый материал со структурой граната на основе оксидов иттрия, самария и железа содержит, вес %: оксид иттрия (Y2O3) 45,27÷45,49, оксид самария (Sm2O3) 0,63÷0,65, оксид железа (Fe2O3) остальное. 1 табл.

Description

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к ферритовым материалам с кристаллической структурой граната, предназначенным для использования в невзаимных устройствах СВЧ: вентилях, циркуляторах, переключателях, фазовращателях высокого уровня мощности, работающих в сантиметровом диапазоне длин волн.
Создание таких устройств СВЧ на основе ферритовых материалов с кристаллической структурой граната требует от данных материалов наличия следующих значений электромагнитных характеристик:
- намагниченности насыщения (Ms), кА/м - (16÷140) кА/м;
- действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000001
- (13,0÷15,5);
- температуры Кюри (Тс), °С - (100÷285)°С;
- тангенса угла диэлектрических потерь tgδε, не более 2×10-4;
- тангенса угла магнитных потерь t tgδμ, не более 5×10-3 для устройств СВЧ высокого уровня мощности;
- ширины кривой ферримагнитного резонанса (ΔН), кА/м - не более 11,14 кА/м;
- ширины линии спиновых волн (ΔНк), кА/м - не менее 0,8 кА/м.
Известен ферритовый материал, содержащий компоненты оксидов иттрия и железа при следующем их соотношении, вес. %:
оксид иттрия (Y2O3) 45,2÷45,9
оксид железа (Fe2O3) остальное
[Каталог ОАО «НИИ «Феррит-Домен» "Приборы, изделия, материалы" 2010 г.].
Данный ферритовый материал имеет значения:
- намагниченности насыщения (Ms), кА/м - 141,7±5%;
- ширины кривой ферримагнитного резонанса (ΔН9), кА/м - ≤2,786 кА/м;
- действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000002
- 15,1±5%.
Значения указанных электромагнитных характеристик достаточно высоки.
Однако значения ширины линии спиновых волн (ΔНк) этого ферритового материала не превышают 0,12 кА/м, что является недостаточным для увеличения пороговых значений СВЧ-полей (hкр) в используемых изделиях СВЧ.
Известен ферритовый материал с большой величиной линии спиновых волн (ΔНк), содержащий в качестве базового состава оксиды иттрия, гадолиния и железа.
В котором, с целью получения ферритового материала со значениями:
ширины линии спиновых волн (ΔНк), не менее 1,592 кА/м на частоте 9,5 ГГц,
намагниченности насыщения 95,5 кА/м±5%,
ширины кривой ферримагнитного резонанса не более 11,14 кА/м,
действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости 15,0±5%,
тангенса угла диэлектрических потерь не более 2×10-4 и
температуры Кюри не менее 270°С.
Ферритовый материал дополнительно содержит оксид самария при следующем соотношении компонентов, вес. %:
оксид иттрия (Y2O3) 27,2÷27,5
оксид гадолиния (Gd2O3) 22,4÷22,6
оксид самария (Sm2O3) 1,1÷1,2
оксид железа (Fe2O3) остальное
[Патент №2573601 RU. Ферритовый материал /Н.Б. Григорьева и др./ /Бюл. - 2016 г. - №2/].
Данный ферритовый материал имеет в целом достаточно высокие значения электромагнитных характеристик.
Однако данный ферритовый материал отличается низкими значениями намагниченности насыщения, что не позволяет применять его в устройствах СВЧ в диапазоне рабочих частот более 10 ГГц.
Известен ферритовый материал с большой величиной линии спиновых волн, содержащий в качестве базового состава оксиды иттрия и железа.
В котором с целью получения ферритового материала со значениями:
ширины линии спиновых волн не менее 0,8 кА/м на частоте 9,5 ГГц,
намагниченности насыщения 143,2 кА/м±5%,
ширины кривой ферримагнитного резонанса не более 3,184 кА/м,
действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости 15,0±5%,
тангенса угла диэлектрических потерь не более 2×10-4 и
температуры Кюри не менее 200°С.
Ферритовый материал дополнительно содержит оксид самария при следующем соотношении компонентов, вес. %:
оксид иттрия (Y2O3) 45,0÷45,5
оксид самария (Sm2O3) 1,2÷1,3
оксид железа (Fe2O3) остальное.
[Патент №2588262 RU. Ферритовый материал /В.В. Федоров и др./ /Бюл. - 2016 г. - №18/] - прототип.
Данный ферритовый материал (прототип) по сравнению с предыдущим аналогом обеспечивает более высокие значения намагниченности насыщения (143,2 кА/м против 95,5 кА/м).
Однако данный ферритовый материал не обладает необходимыми значениями тангенса угла диэлектрических и магнитных потерь для использования их в устройствах СВЧ высокого уровня мощности X-диапазона (8÷12 ГГц) с обеспечением низких прямых потерь СВЧ.
Техническим результатом заявленного ферритового материала является:
снижение тангенса угла диэлектрических потерь (tgδε) менее 1×10-4,
обеспечение: тангенса угла магнитных потерь (tgδμ) менее 1,1⋅10-3,
при сохранении значений:
ширины линии спиновых волн (ΔHk) не менее 0,8 кА/м на частоте 9,5 ГГц,
намагниченности насыщения (Ms) 143,2 кА/м±5%,
действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000001
15,0±5%,
обеспечение низких прямых потерь СВЧ.
Технический результат достигается заявленным ферритовым материалом со структурой граната на основе оксидов иттрия, самария и железа.
В котором
ферритовый материал содержит упомянутые компоненты при следующем их соотношении, вес. %:
оксид иттрия (Y2O3) 45,27÷45,49
оксид самария (Sm2O3) 0,63÷0,65
оксид железа (Fe2O3) остальное
Раскрытие сущности изобретения
Совокупность существенных признаков как ограничительной, так и отличительной частей формулы изобретения, заключающаяся в качественном и количественном составе компонентов заявленного ферритового материала, а именно.
Ограничительная часть формулы изобретения, касающаяся качественного состава компонентов ферритового материала - на основе оксидов иттрия, самария и железа, который аналогичен качественному составу компонентов ферритового материала прототипа.
Отличительная часть, касающаяся количественного состава указанных выше компонентов ферритового материала, который является иным - отличительным по сравнению с количественный составом компонентов ферритового материала прототипа.
При этом заявленный ферритовый материал содержит указанные компоненты следующего количественного состава, вес. %:
оксид иттрия (Y2O3) 45,27÷45,49
оксид самария (Sm2O3) 0,63÷0,65
оксид железа (Fe2O3) остальное
Это обеспечивает снижение:
тангенса угла диэлектрических потерь (tgδε) менее 1×10-4,
при обеспечении тангенса угла магнитных потерь (tgδμ) менее 1,1⋅10-3.
При сохранении значений:
ширины линии спиновых волн (ΔHk) не менее 0,8 кА/м на частоте 9,5 ГГц,
намагниченности насыщения (Ms) 143,2 кА/м±5%,
действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000001
15,0±5%.
И тем самым совокупность признаков обеспечивает значения указанных электромагнитных характеристик заявленного ферритового материала и тем самым при использовании его в устройствах СВЧ высокого уровня мощности Х-диапазона обеспечивает низкие прямые потери СВЧ.
Итак, заявленный ферритовый материал в полной мере обеспечивает указанный технический результат, а именно снижение значения тангенса угла диэлектрических потерь (tgδε) менее 1×10-4 и обеспечение тангенса угла магнитных потерь (tgδμ) менее 1,1×10-3,
при сохранении значений: ширины линии спиновых волн (ΔHk), намагниченности насыщения (Ms), действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000003
при обеспечении низких прямых потерь СВЧ.
Выполнение ферритового материала, количественного состава его компонентов, а именно:
как менее - оксида иттрия (Y2O3) - 45,27, оксида самария (Sm2O3) - 0,63; оксида железа (Fe2O3) - остальное;
так и более - оксида иттрия (Y2O3) - 45,49, оксида самария (Sm2O3) - 0,65, оксида железа (Fe2O3) - остальное нежелательно из-за нарушения достижения технического результата.
Примеры конкретного изготовления заявленного ферритового материала.
Пример 1.
Ферритовый материал изготавливают по стандартной керамической технологии.
Берут исходные компоненты ферритового материала следующего качественного и количественного состава:
оксид иттрия (Y2O3) 45,39
оксид самария (Sm2O3) 0,64
оксид железа (Fe2O3) остальное
Взвешивание осуществляют с помощью весов электронных (A&D GX-1000) с ценой деления не более 0,001 г.
Смешивают вышеупомянутые компоненты ферритового материала посредством шаровой мельницы МШ-1 в среде деионизованной воды (Марка Б ОСТ 11.029.003-80), в присутствии стальных шаров (марка ШХ-15), в течение 24 часов, с формированием суспензии.
Высушивают суспензию в сушильном шкафу (SNOL 420/300) до полного испарения влаги, с формированием шихты исходных компонентов.
Прессуют шихту, слегка увлажненную деионизованной водой, посредством гидравлического пресса (PST-63), с формированием брикетов заданной формы.
Прокаливают брикеты в электропечи камерной (ТК.54.1550.3Ф) при температуре 1150-1200°С, в течение 8 часов.
Размалывают брикеты в шаровой мельнице в среде деионизованной воды, в присутствии стальных шаров, в течение 24 часов, с формированием суспензии.
Высушивают суспензию в сушильном шкафу до полного испарения влаги, с формированием ферритизированной (прокаленной) шихты.
Приготавливают пресс-порошок посредством введения в шихту пластификатора - водного раствора поливинилового спирта.
Далее прессуют ферритовые заготовки из пресс-порошка в стальных пресс-формах заданного размера посредством гидравлического пресса при удельном давлении 1,5-2 т/см2.
Далее заготовки сушат в сушильном шкафу (Memmert UF55plus) при заданной температуре в течение 8 часов.
Спекают ферритовые заготовки в электропечи камерной в воздушной атмосфере при заданной температуре и времени, с формированием конечного продукта - заявленного ферритового материала, заданного качественного и количественного состава.
Примеры 2-5. Изготавливают образцы заявленного ферритового материала аналогично примеру 1, но при других количественных составах компонентов ферритового материала: как в пределах заявленных в формуле изобретения (примеры 2-3), так и за ее пределами (примеры 4-5).
Пример 6 соответствует прототипу.
На изготовленных образцах были измерены следующие электромагнитные характеристики:
- тангенс угла диэлектрических потерь (tgδε), тангенс угла магнитных потерь (tgδμ), действительная составляющая относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000004
(Методика измерений электромагнитных параметров СВЧ ферритов с малыми потерями на образцах в форме пластин в диапазоне частот от 9,8 до 10,1 ГГц (свидетельство об аттестации методики измерений №584-RA.RU.311243-2018));
- ширина линии спиновых волн (ΔHk), кА/м (Измерение ширины линии спиновых волн (ΔHk) основано на методе параллельной накачки, при которой измеряемый образец намагничивается постоянным магнитным полем, направленным параллельно СВЧ полю);
- намагниченность насыщения (Ms), кА/м (Метод измерения намагниченности насыщения ферритовых материалов и ее температурной зависимости (аттестат №0.012.991-022));
- прямые потери (αпр), дБ (ОСТ 480.005.1-79 Приборы ферритовые СВЧ. Методы измерения прямых потерь на низком уровне мощности).
Данные сведены в таблицу.
Как видно из таблицы образцы ферритового материала, изготовленные согласно заявленной формулы изобретения, имеют:
тангенс угла диэлектрических потерь (tgδε) примерно 7×10-5;
тангенс угла магнитных потерь (tgδμ) примерно 1×10-3;
ширину линии спиновых волн (ΔHk) примерно 0,8 кА/м на частоте 9,5 ГГц;
намагниченность насыщения (Ms) примерно 140 кА/м; действительную составляющую относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000005
примерно 14,9;
прямые потери СВЧ (αпр) - не более 0,4 дБ (устройство СВЧ - Микрополосковый вентиль-циркулятор (МПВЦ)).
Таким образом, заявленный ферритовый материал по сравнению с прототипом обеспечит снижение:
тангенса угла диэлектрических потерь (tgδε) примерно в 2 раза, при обеспечении
тангенса угла магнитных потерь (tgδμ) не более 1,1×10-3, при сохранении значений:
ширины линии спиновых волн (ΔHk) не менее 0,8 кА/м на частоте 9,5 ГГц,
намагниченности насыщения (Ms) примерно 140 кА/м,
действительной составляющей относительной диэлектрической проницаемости
Figure 00000006
примерно 14,9,
при обеспечении
прямых потерь (αпр) - не более 0,4 дБ (устройство СВЧ - Микрополосковый вентиль-циркулятор (МПВЦ)).
Figure 00000007

Claims (2)

  1. Ферритовый материал со структурой граната на основе оксидов иттрия, самария и железа, отличающийся тем, что ферритовый материал содержит упомянутые компоненты при следующем соотношении, вес. %:
  2. оксид иттрия (Y2O3) 45,27÷45,49 оксид самария (Sm2O3) 0,63÷0,65 оксид железа (Fe2O3) остальное
RU2021124888A 2021-08-20 Ферритовый материал RU2776991C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776991C1 true RU2776991C1 (ru) 2022-07-29

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2339105C2 (ru) * 2006-11-24 2008-11-20 Открытое акционерное общество "Головное системное конструкторское бюро Концерна ПВО "Алмаз-Антей" имени академика А.А.Расплетина" (ОАО "ГСКБ "Алмаз-Антей") Ферритовый материал
CN102531561A (zh) * 2012-01-10 2012-07-04 深圳市华扬通信技术有限公司 一种用于微波铁氧体的钇铁柘榴石材料及其制备方法
CN104291803A (zh) * 2014-09-23 2015-01-21 南京理工大学 一种具有红外辐射功能的尖晶石型陶瓷材料及其制备方法
RU2573601C1 (ru) * 2014-11-13 2016-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит-Домен" Ферритовый материал
RU2588262C2 (ru) * 2014-11-26 2016-06-27 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Ферритовый материал

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2339105C2 (ru) * 2006-11-24 2008-11-20 Открытое акционерное общество "Головное системное конструкторское бюро Концерна ПВО "Алмаз-Антей" имени академика А.А.Расплетина" (ОАО "ГСКБ "Алмаз-Антей") Ферритовый материал
CN102531561A (zh) * 2012-01-10 2012-07-04 深圳市华扬通信技术有限公司 一种用于微波铁氧体的钇铁柘榴石材料及其制备方法
CN104291803A (zh) * 2014-09-23 2015-01-21 南京理工大学 一种具有红外辐射功能的尖晶石型陶瓷材料及其制备方法
RU2573601C1 (ru) * 2014-11-13 2016-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит-Домен" Ферритовый материал
RU2588262C2 (ru) * 2014-11-26 2016-06-27 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Ферритовый материал

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111825441B (zh) 高介电常数、高饱和磁化强度石榴石铁氧体材料、其制备方法及应用
CN109437879B (zh) x波段至毫米波波段锁式移相器用尖晶石Li系铁氧体材料
CN112047731B (zh) 一种准平面化微带环行器用六角铁氧体材料及其制备方法
CN106518038B (zh) 多元掺杂yig材料及其制备方法
CN111499369B (zh) 一种Ku波段用高功率旋矩铁氧体材料及其制备方法
CN112430080A (zh) 一种高功率和高剩磁比的石榴石铁氧体材料及其制备方法
CN112745122A (zh) 一种高功率高介电常数石榴石的制备方法及石榴石
US20240067568A1 (en) Two-component microwave ferrite material, preparation method therefor and application thereof
CN114057479B (zh) 一种超高居里温度的yig微波铁氧体材料及其制备方法
CN108191423B (zh) 一种应用于超高功率锁式移相器石榴石铁氧体材料
CN114436637B (zh) 一种高介电常数高功率微波铁氧体材料及其制备方法
CN106946559B (zh) 尖晶石复合铁氧体材料及制备方法
RU2776991C1 (ru) Ферритовый материал
Huang et al. Effects of Zr-substitution on microstructure and properties of YCaVIG ferrites
CN116396068B (zh) K~Ka波段自偏置环行器铁氧体基板材料及制备方法
CN112939590B (zh) 一种x波段准平面化器件用六角铁氧体材料及其制备方法
Kuo et al. Structure and magnetic properties of Mn and Al doped magnesium ferrite
CN112456993A (zh) 一种可用于铁氧体器件的微波铁氧体材料及制备方法
EP0635855B1 (en) Magnetic material for high frequencies
JP4706837B2 (ja) Li系フェライト焼結体の製造方法及びLi系フェライト焼結体
RU2573601C1 (ru) Ферритовый материал
RU2637269C1 (ru) Ферритовый материал
Subawi et al. Microwave Response of Gd-Doped YIG Based Y-Junction Stripline Circulator for Use at Very High Frequencies
CN116514535B (zh) 高介电低线宽石榴石铁氧体材料及制备方法和微带环行器
CN115331907B (zh) 一种应用于大功率微波器件的旋磁铁氧体材料及其制备方法