WO2002092532A1 - Materiau ferrite a faibles pertes en hyperfrequence et procede de fabrication - Google Patents

Materiau ferrite a faibles pertes en hyperfrequence et procede de fabrication Download PDF

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WO2002092532A1
WO2002092532A1 PCT/FR2002/001502 FR0201502W WO02092532A1 WO 2002092532 A1 WO2002092532 A1 WO 2002092532A1 FR 0201502 W FR0201502 W FR 0201502W WO 02092532 A1 WO02092532 A1 WO 02092532A1
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ferrite material
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sintering
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Richard Lebourgeois
Adèle Le Fur
Claude Rohart
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Thales
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    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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    • H01F1/346—[(TO4) 3] with T= Si, Al, Fe, Ga

Definitions

  • the invention relates to ferrite materials with low magnetic losses, particularly suitable for producing microwave components and in particular passive inductive components with low losses operating at frequencies of the order of a few Gigahertz.
  • Such components are particularly sought after both for civil telecommunications applications and for radar applications typically operating in frequency ranges between a few Gigahertz and a few tens of Gigahertz. They may be passive inductive components which perform, in microwave communication systems, functions of the phase-shifter, circulator or isolator type.
  • the passive components can typically comprise an element made of ferrite material in which an electromagnetic wave propagates.
  • the previously magnetized ferrite material has a magnetic anisotropy which acts differently on the electromagnetic wave depending on whether it is polarized in one direction or the other.
  • This well-known principle of non-reciprocity is based on gyromagnetic resonance or also ferromagnetic resonance.
  • the performance of the component is conditioned by low losses (magnetic and dielectric). The magnetic losses are directly linked to the saturation magnetization which must be adjusted according to the frequency band of the application. For low frequency operations (1 to 20 GHz), we have to look for magnetizations with low saturation (less than 0.2 Tesia), otherwise the magnetic losses are significant.
  • YIG yttrium-iron garnet
  • ferrites have weak saturation magnetizations which limit magnetic losses at low frequency (1 to 20 GHz) as well as low dielectric losses.
  • garnet ferrite based on yttrium and iron of generic formula: Y 3 Fe 5 O 12 makes it possible for example to obtain widths of ferromagnetic resonance line less than 4000 A / m at 10 GHz and tangents of dielectric losses less than or equal to 10 4 to 10 GHz.
  • the problem with this type of ferrite lies in the very high manufacturing temperatures which necessarily generate high development costs for components incorporating this type of ferrite.
  • the invention proposes a new family of “garnet” type ferrites, the manufacture of which can be carried out at lower temperatures, thanks to the presence of copper.
  • the ferrites are produced according to a conventional process comprising the following steps:
  • this temperature can be lowered to approximately 1350 ° C.
  • the ferrite materials according to the invention comprising copper have a clearly lowered sintering temperature, of the order of 1000 ° C. to 1150 ° C. Copper has the advantage of replacing in particular vanadium which is a toxic substance. Thus, it is possible to develop ferrites with a lower sintering temperature, while reducing the content of toxic element. Their industrial synthesis is thus easier to implement. Their low sintering temperature reduces their manufacturing cost and makes it possible to co-sinter with other types of materials such as for example certain metals such as gold or silver-palladium alloys or other ceramics used in manufacturing. components such as ferrites for permanent magnets or dielectric materials such as those based on alumina.
  • the ferrite according to the known art constituting the heart of the circulator is metallized with silver deposited most often by screen printing. We then glue one or two pole pieces (which create the polarizing magnetic field) consisting of a permanent magnet of the hexaferrite type or a samarium-cobalt or neodymium-iron-boron alloy.
  • pole pieces which create the polarizing magnetic field
  • a permanent magnet of the hexaferrite type or a samarium-cobalt or neodymium-iron-boron alloy it is impossible to cofrit a garnet ferrite with a metal because the minimum sintering temperatures for garnets are incompatible with the melting temperatures of the main metals used in microelectronics (962 ° C for silver, 1064 ° C for gold ).
  • the advantage of having lowered sintering temperatures is to minimize the solid phase diffusion reactions of the species present and therefore preserve the starting chemical compositions while mechanically combining the different materials. In this way, it is possible to avoid machining and assembly steps and thus to manufacture microwave components at low cost.
  • numerous compositions have been optimized according to the intended applications and the desired characteristics.
  • Gadolinium (Gd) substitutions which lead to the following formulations: Y 3 3 ⁇ Fe 5 Gd 3 O 12 , varying there from 0 to 0.5. They make it possible to reduce the saturation magnetization of the ferrite without reducing the Curie temperature. Power handling ( ⁇ H k ) is also improved.
  • Me being Si or Ge and u varying from 0 to 0.2. They allow high power operations at the expense of low power performance (increase in ⁇ H).
  • Another advantage of the invention lies in the fact that in particular for applications at frequencies used in the telecommunications field, the ferrite must contain relatively high molar percentages of Yttrium and or of Gadolinium.
  • a ferrite substituted for copper advantageous properties are obtained, by reducing the levels of Yttrium and or Gadolinium, since copper replaces these elements in the ferrite according to the invention.
  • Another advantage of the invention is that copper overcomes the presence of vanadium which is a toxic element.
  • the subject of the invention is a ferrite material based on yttrium and iron, characterized in that it corresponds to the following chemical formula: Y a TR FecAldlneCafCUgZr h C ⁇ jSikOi2 ⁇ y with
  • TR a rare earth or a combination of rare earths
  • the rare earths can be of the gadolinium (Gd), dysprosium (Dy) or holmium (Ho) type.
  • the subject of the invention is also a composite material based on ferrite, characterized in that it comprises a material according to the invention co-sintered with one or more materials of metal type or of dielectric type or of ferroelectric type.
  • the subject of the invention is also a magnetic component comprising a magnetic core made of ferrite material according to the invention and a magnetic component characterized in that it comprises a microwave circulator or phase shifter, made of ferrite material, according to the invention, capable of operating in a frequency range from about 0.5 Giga Hertz to about 20 Giga Hertz.
  • the subject of the invention is a method of manufacturing a ferrite material according to the invention characterized in that it comprises the following steps:
  • the subject of the invention is also a method of manufacturing the material, characterized in that it comprises the following steps:
  • the ferrite material according to the invention corresponds to the chemical formula:
  • TR a rare earth or a combination of rare earths
  • the ferrite material is produced according to the steps described below:
  • Step 1
  • All raw materials are mixed - crushed for example with a ball mill (airtight container filled with stainless steel balls or any other non-polluting hard material) or by attrition
  • Step 3 The first powder is heat treated at a temperature between about 800 ° C and 1100 ° C, preferably in air, under nitrogen or under oxygen.
  • This step corresponds to the conventional chamotte or calcination step during the manufacture of ferrite material which aims to partially form the desired crystalline phase.
  • the calcined powder is again ground according to conditions analogous to those of step 2.
  • the regrind powder is then pressed by axial or isostatic pressing with pressures of the order of 1000 to 2000 bars to promote densification at the time of sintering.
  • the regrind powder is pressed and then brought to high temperature.
  • the purpose of this so-called sintering operation is the complete formation of the "garnet" crystalline phase as well as the densification of the ceramic. It is carried out at temperatures between about 900 ° C and
  • the raw materials are industrial oxides CuO, Y2O3 and
  • the grindings are carried out by attrition for 30 minutes at the speed of 420 rpm.
  • the grinding balls are made of zirconia, the grinding bowl is made of stainless steel.
  • Chamotte is carried out at 1000 ° C for formulations containing copper, at 1200 ° C for formulation (A) without copper.
  • a recalcination of the chamotte is carried out at 975 ° C in air.
  • Sintering is carried out at 1090 ° C under oxygen for the formulations with copper and at 1500 ° C for that without copper, a difference of 350 ° C.
  • the densities measured after sintering are given below:
  • the Curie temperatures (temperature for which the ferrite passes from the ferrimagnetic state to the paramagnetic state) are worth:
  • the raw materials are industrial oxides CuO, Y2O3 and
  • a first dry mixing is carried out using plastic jars and a few stainless steel balls.
  • the mixture is then chamotte at 1000 ° C in air and the product is ground by attrition for 30 minutes at a speed of 420 revolutions / min.
  • the grinding balls are made of zirconia, the grinding bowl is made of stainless steel.
  • a second calcination is carried out at 1100 ° C.
  • the final grinding is carried out by attrition at the speed of 420 rpm for 30 minutes, 60 minutes and 120 minutes.
  • the sintering is carried out at 1090 ° C. under oxygen.

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Abstract

L'invention concerne un matériau ferrite de structure grenat à base d'yttrium et de fer comportant du cuivre qui permet d'en abaisser sensiblement la température de frittage par rapport aux matériaux ferrites classiques de type grenat. Applications: Composants hyperfréquences, composants passifs inductifs à faibles pertes fonctionnant à des fréquences de l'ordre du Giga hertz.

Description

MATERIAU FERRITE A FAIBLES PERTES EN HYPERFREQUENCE ET PROCEDE DE FABRICATION
L'invention concerne des matériaux ferrites à faibles pertes magnétiques, particulièrement adaptés à la réalisation de composants hyperfréquences et notamment de composants passifs inductifs à faibles pertes fonctionnant à des fréquences de l'ordre de quelques Gigahertz. De tels composants sont particulièrement recherchés actuellement tant pour des applications civiles de télécommunications que pour des applications radar fonctionnant typiquement dans des gammes de fréquences comprises entre quelques Gigahertz et quelques dizaines de Gigahertz. II peut s'agir de composants passifs inductifs qui réalisent dans les systèmes de communications hyperfréquences, des fonctions de type déphaseur, circulateur ou isolateur.
Pour cela, les composants passifs peuvent typiquement comprendre un élément en matériau ferrite dans lequel se propage une onde électromagnétique. Le matériau ferrite préalablement aimanté possède une anisotropie magnétique qui agit différemment sur l'onde électromagnétique suivant qu'elle est polarisée dans un sens ou dans l'autre. Ce principe bien connu de non-réciprocité est basé sur la résonance gyromagnétique ou encore résonance ferromagnétique. Pour ces applications, les performances du composant sont conditionnées par de faibles pertes (magnétiques et diélectriques). Les pertes magnétiques sont directement liées à I' aimantation à saturation qui doit être ajustée en fonction de la bande de fréquence de l'application. Pour des fonctionnements à basse fréquence (1 à 20 GHz), on est amené à rechercher des aimantations à saturation faible (inférieure à 0,2 Tesia), autrement les pertes magnétiques sont importantes. Pour des fonctionnements à plus haute fréquence (20 à 100 GHz), on est amené à rechercher des aimantations plus élevées (typiquement comprises entre 0,2 Tesia et 0,55 Tesia) pour obtenir de meilleures efficacités, les pertes magnétiques étant réduites. Des familles de matériaux ferrites particulièrement adaptés pour ces applications sont des matériaux ferrites de structure « grenat » qui correspondent à une organisation cristalline particulière. La structure cristallographique des grenats est cubique. Les sites cristallographiques sont tetraédriques (correspondant à un environnement de 4 ions oxygènes), octaédriques (correspondant à un environnement de 6 ions oxygènes) et dodécaédriques (correspondant à un environnement de 8 ions oxygènes). Citons comme exemple le grenat d'yttrium-fer (YIG) de formule chimique :
{Y 3+ 3}[Fe 3+ 2](Fe 3+ 3)012 dans laquelle les symboles { }, [ ] et ( ) indiquent respectivement les sites dodécaédriques, octaédriques et tetraédriques et les valeurs + 3, + 2 et + 3 la valence des ions.
Ces ferrites présentent de faibles aimantations à saturation qui permettent de limiter les pertes magnétiques à basse fréquence (1 à 20 GHz) ainsi que des pertes diélectriques faibles. Ainsi le ferrite grenat à base d'yttrium et de fer de formule générique : Y3Fe5O12 permet d'obtenir par exemple des largeurs de raie de résonance ferromagnétique inférieure à 4000 A/m à 10 GHz et des tangentes de pertes diélectriques inférieures ou égales à 10"4à 10 GHz. Le problème de ce type de ferrite réside dans les températures très élevées de fabrication qui génèrent nécessairement des coûts élevés de développement des composants intégrant ce type de ferrite.
C'est pourquoi l'invention propose une nouvelle famille de ferrites de type « grenat » dont la fabrication peut être réalisée à des températures moindres, grâce à la présence de cuivre.
En effet, de manière générale les ferrites sont fabriqués selon un procédé classique comprenant les étapes suivantes :
- une étape de pesée des matières premières ;
- une étape de mélange et de broyage des matières premières ; - une étape de traitement thermique appelée chamottage à température élevée typiquement 1200°C ayant pour but de synthétiser la phase grenat sous forme de poudre ;
- une seconde étape de broyage et de pressage ; - le frittage à très haute température de la poudre chamottée rebroyée ayant pour but de densifier la céramique tout en lui conférant la forme souhaitée. Typiquement avec un grenat de type Y3Fe5Oι2. Le frittage est effectué à une température comprise entre 1450°C et 1550° C.
En ajoutant des constituants de type calcium et vanadium, on peut abaisser cette température à environ 1350° C.
Les matériaux ferrites selon l'invention comportant du cuivre présentent une température de frittage nettement abaissée, de l'ordre de 1000° C à 1150° C. Le cuivre présente l'intérêt de se substituer notamment au vanadium qui est une substance toxique. Ainsi on parvient à élaborer des ferrites à température de frittage abaissée, tout en diminuant la teneur en élément toxique. Leur synthèse industrielle est ainsi plus facile à mettre en œuvre. Leur basse température de frittage réduit leur coût de fabrication et rend possible le co-frittage avec d'autres types de matériaux comme par exemple certains métaux tels que l'or ou des alliages argent-palladium ou d'autres céramiques qui entrent dans la fabrication des composants comme les ferrites pour aimants permanents ou les matériaux diélectriques tels que ceux à base d'alumine. Par exemple, le ferrite selon l'art connu, constituant le cœur du circulateur est métallisé avec de l'argent déposé le plus souvent par sérigraphie. On vient ensuite coller une ou deux pièces polaires (qui créent le champ magnétique polarisant) constituées par un aimant permanent de type hexaferrite ou un alliage samarium-cobalt ou néodyme- fer-bore. En effet selon l'état de l'art il est impossible de cofritter un ferrite grenat avec un métal car les températures minimales de frittage pour les grenats sont incompatibles avec les températures de fusion des principaux métaux utilisés en microélectroniques (962°C pour l'argent, 1064°C pour l'or...).
De plus l'avantage d'avoir des températures de frittage abaissées est de minimiser les réactions de diffusion en phase solide des espèces présentes et donc préserver les compositions chimiques de départ tout en associant mécaniquement les différents matériaux. On peut par ce biais éviter des étapes d'usinage et d'assemblage et ainsi fabriquer des composants hyperfréquences à faible coût. Selon l'art connu, à partir de la formulation de base du Y3Fe5012 de nombreuses compositions ont été optimisées selon les applications visées et les caractéristiques souhaitées.
Suivant les fréquences de fonctionnement et les puissances mises en jeu, on adapte les caractéristiques du matériau suivantes : aimantation à saturation, pertes magnétiques à bas niveau de puissance (largeur de raie ΔH ou ΔHθff), pertes magnétiques à fort niveau de puissance (ΔHk), pertes diélectriques, stabilité en température. Chaque type d'application (bande de fréquence, niveau de puissance, température de fonctionnement et stabilité en température) conduit à un compromis entre tous ces paramètres. Citons pour les substitutions ayant donner lieu à des développements de matériaux :
- les substitutions par l'aluminium (Al) qui aboutissent aux formulations suivantes : Y3Fe5_5χAI5χO12, x variant de 0 à 0,3. Elles permettent de diminuer l'aimantation à saturation du ferrite donc d'adapter le matériau à la fréquence de fonctionnement.
- les substitutions par le gadolinium (Gd) qui aboutissent aux formulations suivantes : Y3 3χFe5Gd3 O12, y variant de 0 à 0,5. Elles permettent de diminuer l'aimantation à saturation du ferrite sans diminuer la température de Curie. La tenue en puissance (ΔHk) est également améliorée.
- les substitutions mixtes par l'aluminium (Al) et le gadolinium (Gd) qui aboutissent aux formulations suivantes : Y3.3yGd Fe5 5χAI5χO12, x variant de 0 à 0,3 et y variant de 0 à 0,5. On obtient ainsi les effets combinés décrits ci-dessus.
- les substitutions par l'indium (In) ou par le calcium-zirconium (Ca-Zr) qui aboutissent aux formulations suivantes: Y3Fe5_2lnz012 ou
Y„ Ca Fe. Zr 019, z variant de 0 à 0,6. On augmente ainsi l'aimantation à saturation.
- les substitutions par le calcium-indium-vanadium qui aboutissent aux formulations suivantes : Y3-2χCa2χFe In Vχ012, z variant de 0 à 0,5. Elles permettent d'augmenter l'aimantation à saturation et de diminuer les pertes magnétiques à bas niveau de puissance.
- les substitutions par le cobalt (Co) qui est associé au silicium ou au germanium ce qui donne les formulations suivantes : Y.-Fe, 0 Me Co 01 ,
Me étant Si ou Ge et u variant de 0 à 0,2. Elles permettent des fonctionnements à puissance élevée au détriment des performances à bas niveau de puissance (augmentation de ΔH).
- les substitutions par le gadolinium et/ou des ions Terre Rare magnétiques tels que le dysprosium ou l'holium dont les formulations sont les suivantes : Y3.3x.3zFe5 _5 Gd3χMe32AI 5y012. Elles permettent également des fonctionnements à puissance élevée mais pour les faibles taux de substitutions, les pertes à bas niveau s'améliore également.
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que notamment pour des applications aux fréquences utilisées dans le domaine des télécommunications, le ferrite doit comporter des pourcentages molaires relativement élevés en Yttrium et ou en Gadolinium. En utilisant un ferrite substitué au cuivre on obtient des propriétés intéressantes, en diminuant les taux d'Yttrium et ou de Gadolinium, puisque le cuivre se substitue à ces éléments dans le ferrite selon l'invention.
Un autre avantage de l'invention est que le cuivre permet de s'affranchir de la présence de vanadium qui est un élément toxique.
Ainsi, plus précisément l'invention a pour objet un matériau ferrite à base d'yttrium et de fer caractérisé en ce qu'il répond à la formule chimique suivante : YaTR FecAldlneCafCUgZrhCθjSikOi2±y avec
TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et
3(a+b+c+d+e) + 2(f+g+j) + 4(h+k) = 24 ± 2γ 1 < a < 3,5 ; 0 < b < 1 ,5 ; 4 < c < 5 ; 0 < d < 1 ,5 ; 0 < e < 0,8 ;
0 < f < 1 ; 0,05 < g < 1 ; 0 ≤ j < 0,5 ; 0 ≤ k < 0,5. Avantageusement les terres rares peuvent être de type gadolinium (Gd), dysprosium (Dy) ou holmium (Ho).
L'invention a aussi pour objet un matériau composite à base de ferrite caractérisé en ce qu'il comporte un matériau selon l'invention cofritté avec un ou plusieurs matériaux de type métal ou de type diélectrique ou de type ferroélectrique.
L'invention a aussi pour objet un composant magnétique comportant un noyau magnétique en matériau ferrite selon l'invention et un composant magnétique caractérisé en ce qu'il comporte un circulateur ou un déphaseur hyperfréquence, en matériau ferrite, selon l'invention, pouvant fonctionner dans une gamme de fréquence d'environ 0,5 Giga Hertz à environ 20 Giga Hertz.
Enfin l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un matériau ferrite selon l'invention caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- le pesage des matières premières de types oxydes ou carbonates pour obtenir la composition du matériau ferrite :
- le mélange et un premier broyage des matières premières ; - le chamottage à une température comprise entre environ 800 et 1050° C ;
- un second broyage de la poudre obtenue, suivi d'un pressage ;
- le frittage de ladite poudre rebroyée à une température comprise entre environ 900° C et 1100° C.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication du matériau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- le pesage des matières premières de types oxydes ou carbonates pour obtenir la composition du matériau ferrite ; - le mélange et un premier broyage des matières premières ;
- le chamottage à une température comprise entre environ 800 et 1100° C ;
- un second broyage de la poudre obtenue ; - le mélange de ladite poudre rebroyée avec des produits organiques (liants, défloculants, surfactants...) pour la réalisation d'une pâte ;
- le dépôt en couches épaisse de cette pâte par coulage ou sérigraphie ;
- la réalisation d'une structure multicouche constituée d'un empilement de couches de ferrite dur (aimant permanent), de métal (argent, argent-palladium, or) et de ferrite selon la revendication 3 ; - le frittage de ladite structure multicouche à une température comprise entre 850 et 1100° C. Le ferrite dur peut avantageusement être de type hexaferrite. Avantageusement le premier broyage peut être effectué en milieu humide. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et grâce à la figure 1 annexée illustrant les pertes magnétiques pour des ferrites selon l'invention et un ferrite de l'art antérieur.
De manière générale le matériau ferrite selon l'invention répond à la formule chimique :
YaTRbFecAldIneCafCUgZrhCθjSi012±y avec
TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et
3(a+b+c+d+e) + 2(f+g+j) + 4(h+k) = 24 ± 2γ 1 <a<3,5;0<b<1,5;4<c<5;0<d<1,5;0<e<0,8; 0 < f ≤ 1 ; 0,05 ≤ g < 1 ; 0 < j < 0,5 ; 0 ≤ k < 0,5.
De manière générale le matériau ferrite est élaboré selon les étapes décrites ci-après :
Etape 1 :
L'ensemble des matières premières de type oxydes et/ou carbonates sont pesées de manière à réaliser le ferrite « grenat » adéquat. Etape 2 :
L'ensemble des matières premières est mélangé - broyé par exemple avec un broyeur à boulets (récipient hermétique rempli de boulets en acier inoxydable ou tout autre matière dure non polluante) ou par attrition
(système rotatif rempli de billes en contact qui broient la poudre par cisaillement) de manière à constituer une première poudre.
Etape 3 : La première poudre est traitée thermiquement à une température comprise entre environ 800° C et 1100° C, de préférence sous air, sous azote ou sous oxygène.
Cette étape correspond à l'étape classique de chamottage ou de calcination lors de la fabrication de matériau ferrite qui a pour but de former en partie la phase cristalline recherchée.
Etape 4 :
La poudre calcinée est à nouveau broyée selon des conditions analogues à celles de l'étape 2.
Etape 5 :
La poudre rebroyée est alors pressée par pressage axial ou isostatique avec des pressions de l'ordre de 1000 à 2000 bars pour favoriser la densification au moment du frittage.
Etape 6 :
La poudre rebroyée est pressée et alors portée à haute température. Cette opération dite de frittage a pour but la formation complète de la phase cristalline « grenat » ainsi que la densification de la céramique. Elle est effectuée à des températures comprises entre environ 900° C et
1150° C et de préférence sous air ou sous oxygène.
Exemples de réalisation Exemple 1 : Trois formulations ont été synthétisées
(A) Y3 e5O12
(B) Y3-χ CuxFe5θ-|2 x = 0,20 (C) Y3-χ CuxFe5O12 x = 0,28
Les matières premières sont des oxydes industriels CuO, Y2O3 et
Fe O3.
Les broyages sont effectués par attrition pendant 30 minutes à la vitesse de 420 tours/mn. Les billes de broyage sont en zircone, le bol de broyage est en acier inoxydable.
Le chamottage est réalisé à 1000°C pour les formulations contenant du cuivre, à 1200°C pour la formulation (A) sans cuivre. Une recalcination de la chamotte est effectuée à 975°C sous air.
Une analyse aux Rayons X indique que la phase cristalline grenat est obtenue pour les 3 formulations.
Le frittage est réalisé à 1090°C sous oxygène pour les formulations avec cuivre et à 1500°C pour celle sans cuivre, soit un écart de 350°C. Les densités mesurées après frittage sont données ci-après :
Référence Frittage à 1090°C Frittage à 1500°C
A 4,70 g/cm3
B 5,15 g/cm3 C 5,19 g/cm3
On obtient des densités supérieures avec les formulations contenant du cuivre malgré des températures de frittage inférieures de
360°C.
Les pertes magnétiques mesurées comme la largeur de la raie de la résonance gyromagnétique à 10 GHz (ΔH) valent respectivement :
Référence Frittage à 1090°C Frittage à 1500°C A ΔH = 90 Oe + 5 Oe B ΔH = 63 Oe ± 5 Oe
C ΔH = 74 Oe ± 5 Oe
Les pertes magnétiques sont plus faibles pour les échantillons contenant du cuivre.
Les moments magnétiques à saturation par gramme sont donnés ci-après :
Référence Frittage à 1090°C Frittage à 1500°C A 28 uem/g
B 26,9 uem/g
C 27 uem/g
Les températures de Curie (température pour laquelle le ferrite passe de l'état ferrimagnétique à l'état paramagnétique) valent :
Référence Frittage à 1090°C Frittage à 1500°C
A 273°C
B 288°C C 280°C
Les températures de Curie légèrement supérieures des ferrites contenant du cuivre sont plus favorables à un bon fonctionnement à haute température.
Exemple 2 :
Deux formulations ont été synthétisées
(D) Y3-χ CuxFe5θ-|2 x = 0,20
(E) Y3-χ CuxFe5O12 x = 0,28
Les matières premières sont des oxydes industriels CuO, Y2O3 et
Un premier mélange à sec est réalisé à l'aide de jarres en plastique et de quelques boulets en acier inoxydable.
Le mélange est ensuite chamotté à 1000°C sous air puis le produit est broyé par attrition pendant 30 minutes à la vitesse de 420 tours/mn. Les billes de broyage sont en zircone, le bol de broyage est en acier inoxydable. Une seconde calcination est réalisée à 1100°C.
Une analyse aux Rayons X indique que la phase cristalline grenat est obtenue pour les 2 formulations. Le broyage final est réalisé par attrition à la vitesse de 420 tours/mn pendant 30 minutes, 60 minutes et 120 minutes.
Le frittage est réalisé à 1090°C sous oxygène.
Les densités mesurées après frittage sont données ci-après
Référence Broyage 30 mn Broyage 60 mn Broyage 120 mn
D 5,06 g/cm3 5,09 g/cm3 5,13 g/cm3
E 5,06 g/cm3 5,09 g/cm3 5,12 g/cm3
Les pertes magnétiques mesurées comme la largeur de la raie de la résonance gyromagnétique à 10 GHz (ΔH) valent respectivement :
Référence Broyage 30 mn Broyage 60 mn Broyage 120 mn
D ΔH = 88 0e±5 Oe ΔH = 78 Oe+5 Oe ΔH = 50 O'e±5 Oe
E ΔH = 96 Oe+5 Oe ΔH = 84 Oe+5 Oe ΔH = 61 Oe+5 Oe
Les pertes magnétiques sont plus faibles pour les échantillons contenant du cuivre.
Les moments maqnétigues à saturation par gramme sont donnés ci-après : Référence moment magnétique / g
D 27,6 uem/g
E 27,3 uem/g

Claims

REVENDICATIONS
1. Matériau ferrite de structure grenat à base d'yttrium et de fer caractérisé en ce qu'il répond à la formule chimique suivante :
YaTRbFecAldlneCafCUgZrhCojSik012±r avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et
3(a+b+c+d+e) + 2(f+g+j) + 4(h+k) = 24 ± 2γ
1 ≤a≤3,5;0<b<1,5;4<c≤5;0<d<1,5;0<e<0,8;
0 < f ≤ 1 ; 0,05 ≤ g ≤ 1 ;h≠0;0≤j<0,5;0<k< 0,5.
2. Matériau ferrite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les terres rares sont de type Gd, Dy ou Ho.
3. Matériau composite à base de ferrite caractérisé en ce qu'il comporte un matériau ferrite selon l'une des revendications 1 ou 2, cofritté avec un ou plusieurs matériaux de type métal ou de type diélectrique ou de type ferroélectrique.
4. Composant magnétique comportant un noyau magnétique en matériau ferrite selon l'une des revendications 1 à 3.
5. Composant magnétique caractérisé en ce qu'il comporte un circulateur ou un dephaseur hyperfréquence, en matériau ferrite selon l'une des revendications 1 à 3.
6. Composant magnétique selon l'une des revendications 4 ou 5 fonctionnant dans une gamme de fréquence d'environ 0,5 Gigahertz à environ 20 Gigahertz.
7. Procédé de fabrication d'un matériau selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - le pesage des matières premières de types oxydes ou carbonates pour obtenir la composition du matériau ferrite :
- le mélange et un premier broyage des matières premières ;
- le chamottage à une température comprise entre environ 700 et 900° C ;
- un second broyage de la poudre obtenue, suivi d'un pressage ;
- le frittage de ladite poudre rebroyée à une température comprise entre environ 900° C et 1100° C.
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier broyage est effectué en milieu humide.
9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le frittage de la poudre rebroyée est effectué sous air ou sous oxygène.
10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les opérations de broyage sont effectuées avec un broyeur à boulets et/ou par attrition.
11. Procédé de fabrication du matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- le pesage des matières premières de types oxydes ou carbonates pour obtenir la composition du matériau ferrite ; - le mélange et un premier broyage des matières premières ;
- le chamottage à une température comprise entre environ 700 et 900° C ;
- un second broyage de la poudre obtenue ;
- le mélange de ladite poudre rebroyée avec des produits organiques (liants, défloculants, surfactants...) pour la réalisation d'une pâte ;
- le dépôt en couche épaisse de cette pâte par coulage ou sérigraphie ;
- la réalisation d'une structure multicouche constituée d'un empilement de couches de ferrite dur (aimant permanent), de métal (argent, argent-palladium, or) et de ferrite selon la revendication 3 ; - le frittage de ladite structure multicouche à une température comprise entre 850 et 1100° C.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le ferrite dur est de type hexaferrite.
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