Способ получения никель-цинкового феррита с высокими диэлектрическими потерями

Способ получения никель-цинкового феррита с высокими диэлектрическими потерями

Реферат

Изобретение относится к технологии радиопоглощающих ферритов, которые находят все более широкое применение в безэховых камерах, для значительного снижения отражения радиоволн от стен.

Известны способы получения радиопоглощающих никель-цинковых ферритов [1, 2]. Наиболее близким техническим решением является патент США [2] на никель-цинковый феррит, используемый в качестве радиопоглощающего материала, который включает синтез ферритового порошка из оксидов никеля, цинка и железа, измельчение синтезированной шихты до размеров частиц 2-5 мкм, гранулирование шихты с введением связки, прессование заготовок и спекание. К недостаткам известных никель-цинковых ферритов, при использовании их в качестве радиопоглощающих материалов, можно отнести невысокое поглощение радиоволн в интервале частот от 30 МГц до 1000 МГц. Поглощение радиоволн радиопоглощающими ферритами обусловлено магнитными потерями в результате резонанса магнитных доменных стенок и ферромагнитного резонанса. Невысокое поглощение радиоволн известными никель-цинковыми ферритами, на наш взгляд, обусловлено тем, что частоты резонанса магнитных доменных стенок и ферромагнитного резонанса практически совпадают, а резонанс доменных стенок при этом проявляется слабо.

Потери в ферритах могут быть увеличены не только за счет магнитных, но и за счет диэлектрических потерь. Диэлектрические потери пропорциональны произведению диэлектрической проницаемости ε на тангенс диэлектрических потерь tgδ при данной частоте электромагнитного излучения ω. Как правило, никель-цинковые ферриты имеют сравнительно невысокие значения ε и tgδ, а следовательно, электрические потери в диэлектрике.

Задача изобретения - разработка нового способа синтеза никель-цинковых ферритов с высокими радиопоглощающими свойствами в интервале частот от 30 МГц до 1000 МГц.

Повышение радиопоглощающих свойств достигается тем, что применяется новый способ получения радиопоглощающего никель-цинкового феррита, включающий: синтез ферритового порошка из оксидов никеля, цинка и железа; измельчение синтезированной шихты до размеров частиц 1-3 мкм; гранулирование шихты с введением связки; прессование заготовок и спекание в воздушной среде, который отличается тем, что предусматривает охлаждение заготовок после спекания при температуре ниже 900°С в среде с пониженным парциальным давлением кислорода в интервале от 0,1 до 5,0 кПа. Предложенная технология синтеза керамического никель-цинкового феррита включает следующие важнейшие операции: смешивание ферритообразующих оксидов никеля, цинка и железа; синтез ферритового порошка из полученной смеси в печах в воздушной среде прокалкой смеси исходных оксидов в интервале температур 890-950°С; введение поливинилового спирта в качестве связки и гранулирование полученной смеси; формование сырых заготовок в виде пластин из синтезированного ферритового порошка прессованием и высокотемпературное спекание заготовок в воздушной среде при 1290-1350°С.

Мы предполагаем, что охлаждение спеченных заготовок в среде с пониженным парциальным давлением кислорода приводит к частичному восстановлению ионов железа в материале феррита Fe³⁺ с переходом в ионы Fe²⁺. В результате снижается удельное электрическое сопротивление феррита и формируется микроструктура из зерен, обладающих определенной электропроводностью. По границам эти зерна окружены прослойками с низкой электропроводностью, которые выполняют функции конденсаторов электрических зарядов. Полученная структура обеспечивает увеличение диэлектрической проницаемости материала феррита из-за возрастания электрической емкости материала. Высокая диэлектрическая проницаемость обеспечивает возрастание диэлектрических потерь в кристаллах феррита. Для подтверждения эффективности предлагаемого способа получения радиопоглощающих никель-цинковых ферритов, состав которых соответствует составу никель-цинковых ферритов марки 1000НН, проводили определение сравнительных свойств новых материалов и ферритов, полученных по технологии известного способа-прототипа.

Примеры

В качестве исходных компонентов в предлагаемом способе использовали высокочистые оксиды никеля (ГОСТ 17607-72 «ч.д.а.»), цинка (ГОСТ 10262-72 «ч.д.а.»), меди (ГОСТ 16539-79 «ч.д.а.»), железа (ТУ 6-09-4783-83 «ММ-1»). Исходные компоненты смешивали в ходе совместного измельчения в вибрационной мельнице М-50 в течение 5 часов. Синтез ферритовой шихты проводили прокалкой смеси при 920°С в туннельной печи с воздушной средой. Синтезированные порошки измельчали мокрым помолом в аттриторе в течение 10 часов до удельной поверхности 6000 см²/г, соответствующей среднему размеру частиц 2 мкм. В высушенный после измельчения порошок вводили связку в виде водного раствора поливинилового спирта с целью приготовления гранулированного порошка. Из гранулированных порошков изготавливали пластины 60×60×6 мм прессованием под давлением 100 МПа, которые затем спекали в туннельной печи при 1300°С с регулируемой атмосферой кислорода при охлаждении ниже 900°С. Для сравнения изготавливали пластины из шихты, полученной по известному способу [2]. Усредненные данные по измерению диэлектрической проницаемости и частотной зависимости коэффициента отражения радиоволн от поверхности пластин приведены в таблице.

Таблица
№ п/п		Относительная диэлектрическая проницаемость εr	Коэффициент отражения, дБ
P(O2), кПа	при частоте поля ω	при частоте поля ω	Примечание
	30 МГц	200 МГц	1000 МГц	30 МГц	200 МГц	1000 МГц
1	20,8	12	11	10	-23	-24	-15	Прототип
2	0,05	212	142	83	-29	-27	-16	Выход за пределы
3	0,1	229	168	125	-31	-38	-21	Согласно формуле
4	2,5	223	151	124	-32	-42	-24	Согласно формуле
5	5,0	112	105	95	-26	-41	-25	Согласно формуле
6	5,5	95	91	68	-20	-26	-19	Выход за пределы

Как видно из данных таблицы, изготовление радиопоглощающих никель-цинковых ферритов по предлагаемому способу позволяет значительно снизить отражение радиоволн от поверхности пластин. Ухудшение параметров при выходе за пределы изобретения можно объяснить либо недостаточным количеством ионов Fe²⁺, образующихся при охлаждении ферритов после спекания (при парциальном давлении кислорода более 5,0 кПа), либо избыточным количеством ионов Fe²⁺ (при парциальном давлении кислорода менее 0,1 кПа). Избыточное количество ионов Fe²⁺ приводит к заметному повышению электропроводности ферритов, повышая тем самым отражение электромагнитных волн от поверхности.

1. Патент США US №5,711,893 Ni-Cu-Zn ferrite U.S. Class: 252/62.62; 252/62.59; 252/62.6 International Class: C04B 35/26 (20060101); H01F 1/34 (20060101); H01F 1/12 (20060101); C04B 035/28 Inventor Park Jonghak (Seoul, KR) Assignee: Samsung Corning Co., Ltd. (Suwon, KR) Filed: October 23, 1995.

2. Патент США US №6146545 Radio wave absorbent U.S. Class: 252/62.56 International Class: H01Q 17/00 (20060101); C04B 035/01 Inventor: Murase; Taku (Tokyo, JP) ssignee: TDK Corporation (Tokyo, JP) Filed: December 2, 1999.

Способ получения никель-цинкового феррита с высокими диэлектрическими потерями, включающий синтез ферритового порошка из оксидов никеля, цинка и железа, измельчение синтезированной шихты до размеров частиц 1-3 мкм, гранулирование шихты с введением связки, прессование заготовок и спекание, отличающийся тем, что предусматривает охлаждение заготовок после спекания при температуре ниже 900°С в среде с пониженным парциальным давлением кислорода в интервале от 0,1 до 5,0 кПа.