RU2776991C1 - Ферритовый материал - Google Patents
Ферритовый материал Download PDFInfo
- 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
Links
- 229910000529 magnetic ferrite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910001954 samarium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N Samarium(III) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229940075630 samarium oxide Drugs 0.000 claims abstract description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 abstract description 14
- 230000005418 spin wave Effects 0.000 abstract description 14
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005293 ferrimagnetic Effects 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N Gadolinium Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N Gadolinium(III) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 108020000977 msbA Proteins 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
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 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;
- 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;
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%,
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%,
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
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 (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 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,
при обеспечении
прямых потерь (αпр) - не более 0,4 дБ (устройство СВЧ - Микрополосковый вентиль-циркулятор (МПВЦ)).
Claims (2)
- Ферритовый материал со структурой граната на основе оксидов иттрия, самария и железа, отличающийся тем, что ферритовый материал содержит упомянутые компоненты при следующем соотношении, вес. %:
-
оксид иттрия (Y2O3) 45,27÷45,49 оксид самария (Sm2O3) 0,63÷0,65 оксид железа (Fe2O3) остальное
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776991C1 true RU2776991C1 (ru) | 2022-07-29 |
Family
ID=
Citations (5)
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)
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 |