Способ получения никель-цинкового феррита с высокими диэлектрическими потерями
Предложенное изобретение относится к технологии изготовления радиопоглощающих ферритов, которые находят все более широкое применение в безэховых камерах, для значительного снижения отражения радиоволн от стен. Изобретение направленно на получение никель-цинковых ферритов с высокими радиопоглощающими свойствами в интервале частот от 30 МГц до 1000 МГц. Повышение радиопоглощающих свойств никель-цинкового феррита является техническим результатом предложенного изобретения и достигается за счет того, что синтезированный ферритовый порошок из оксидов никеля, цинка и железа предварительно измельчают до размеров частиц 1-3 мкм, после чего проводят гранулирование шихты с введением связки и прессование заготовок с последующим их спеканием в воздушной среде, при этом охлаждение заготовок после спекания ведут при температуре ниже 900°С в среде с пониженным парциальным давлением кислорода в интервале от 0,1 до 5,0 кПа. 1 табл.
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.