Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Радиопоглощающие покрытия 10
1.1 Обзор радиопоглощающих покрытий 10
1.2 Материалы, применяемые в радиопоглощающих покрытиях 13
1.3 Ферриты и их свойства
1.3.1 Кристаллическая структура и свойства шпинели 16
1.3.2 Структура и свойства гексагональных ферритов 17
1.3.3 Магнитные спектры ферритов 21
1.3.4 Наноразмерные ферриты 24
ГЛАВА 2. Методика эксперимента 27
2.1 Технология получения ферритов и композиционных материалов на их основе 27
2.2 Измерения свойств синтезированных ферритов 27
ГЛАВА 3 Исследование свойств гексагональных ферритов структуры типам 33
3.1 Влияние механической обработки гексагональных ферритов на свойства композиционных материалов на их основе 33
3.2 Влияние углеродных нанотрубок на свойства радиопоглощающих композиционных материалов 67
Глава 4 Свойства ферритов со структурой шпинели 74
Глава 5 Синтез гексагональных ферритов 84
Глава 6 Пленочные радиопоглощающие покрытия 101
6.1 Радиопоглощающее покрытие с наполнителем в виде феррита BaSco Fen 80,9 102
6.2 Радиопоглощающее покрытие с наполнителем в виде феррита BaFe Oig нанесенное на металлическую подложку 105
6.3 Пленочные покрытия с наполнителями, повышающими диэлектрические потери 108
6.4. Широкополосное многослойное радиопоглощающее покрытие на основе гексагональных ферритов 112
6.5 Формирование покрытия под действием постоянного магнитного поля 115
Заключение 118
Список используемой литературы
- Кристаллическая структура и свойства шпинели
- Измерения свойств синтезированных ферритов
- Влияние углеродных нанотрубок на свойства радиопоглощающих композиционных материалов
- Радиопоглощающее покрытие с наполнителем в виде феррита BaFe Oig нанесенное на металлическую подложку
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие СВЧ-устройств радиоэлектроники и энергетики, мощных энергетических установок приводит к тому, что возникающее при их работе электромагнитное излучение на частотах высших типов гармоник создает значительные помехи радиоэлектронной аппаратуре, работающей в СВЧ – области, и спутниковой связи. В связи с этим, проблема уменьшения помех и электромагнитной совместимости устройств становится актуальной. В работе предлагается использовать для этих целей новые композиционные магнитодиэлектрики на основе высокоанизотропных ферритов, в которых существует эффективное поле кристаллографической анизотропии. В таких материалах внутреннее поле анизотропии зависит от химического состава и вызывает явление естественного ферромагнитного резонанса (ЕФМР) в области СВЧ. Использование композиционных сред в СВЧ устройствах позволяет управлять электродинамическими параметрами в широком диапазоне частот. Отсутствие внешнего магнитного поля и использование композиционных сред позволяет создавать новые электротехнические материалы, обладающие способностью поглощения электромагнитного излучения и обеспечивающие существенное уменьшение помех паразитных электромагнитных колебаний в устройствах электротехники и электроэнергетике.
В работе исследована возможность управления частотной дисперсией комплексной магнитной проницаемости в полимерных композитах, наполненных полидисперсными магнитными порошками. Установлены закономерности изменения свойств радиопоглощающих композитов (РПК) в магнитных и электрических полях.
Рассмотрена возможность создания гетерогенных диспергированных наполнителей, состоящих из магнитных и электропроводящих компонентов, с целью получения ряда материалов, которые могут эффективно использоваться в частотном диапазоне 2-40 ГГц с поглощением ЭМИ не менее 12 дБ в температурном интервале -600 +1000 С в специальной, бытовой, медицинской технике и устройствах СВЧ- электроэнергетики.
Работа проводилась в соответствии с тематикой, предусмотренной научно-технической программой Минобразования России «Научные исследования высшей школы в области новых материалов», в рамках грантов Минобразования РФ, по государственным контрактам Минобразования РФ № «01.200.95.3121», «01.200.96.2471», «01.201.15.0806», «01.201.15.0812», «01.201.15.8670», «01.201.15.8677»
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка новых радиопоглощающих покрытий (РПП) на основе композиционных магнитных материалов.
В соответствии с этим основными задачами работы являются:
исследование влияния дисперсности ферритов на характеристики композиционных материалов на их основе;
установление зависимостей магнитных и электрических свойств легированных ферритов от дисперсности ферритового наполнителя;
экспериментальное изучение электродинамических и электрофизических характеристик композиционных материалов на основе высокодисперсных ферритов;
влияние углеродных нанотрубок на свойства композитов на основе высокодисперсных ферритов с различным размером частиц порошка;
исследование свойств композиционных материалов на основе ферритов-шпинелей с целью их дальнейшего использования в РПП;
создание технологии синтеза гексагональных ферритов со структурой Y по керамической технологии для их использования в РПП;
исследование электродинамических и электрофизических характеристик структуры типа Y;
получение РПП на основе магнитодиэлектрических композиционных материалах различной конструкции.
исследование влияния магнитного поля на формирование и свойства РПП на основе магнитных эластомеров.
Научная новизна:
систематические исследования и анализ композиционных радиопоглощающих материалов (РПМ), наполненных высокодисперсными, высокочастотными гексаферритами дали возможность выявить новые закономерности, получить количественные оценки между различными свойствами композитов для диапазона частот 36-54ГГц;
впервые синтезированы РПМ с углеродными нанотрубоками для диапазона частот 36-54ГГц. Установлены отличия влияния углеродных нанотрубок на величину поглощения электромагнитного излучения материала в зависимости от дисперсности наполнителя;
изучено влияние углеродных нанотрубок на электродинамические параметры РПМ, содержащих феррошпинели;
впервые рассмотрено влияние постоянного магнитного поля на процесс формирования РПП; установлена зависимость величины поглощения электромагнитного излучения сформированного покрытия;
получены макеты РПП; изучены их электродинамические и электрофизические характеристики, позволяющие определить применение покрытий для решения конкретных технологических задач.
Практическая ценность полученных результатов:
-
Получены данные о влиянии размеров частиц наполнителей гексагональных ферритов и ферритов-шпинелей на электродинамические и электрофизические параметры магнитодиэлектриков с целью дальнейшего выбора их практического применения при изготовлении покрытий;
-
Получена зависимость влияния углеродных нанотрубок на свойства композитов при различных размерах частиц наполнителя феррита;
-
Получены результаты синтеза гексаферрита структуры типа Y при различных температурах и исследованы электродинамические характеристики композиционного материала на его основе;
-
Разработаны и изготовлены РПП для применения в диапазоне частот 36-54ГГц в;
-
Разработана методика формирования РПП игловидной формы под действием постоянного магнитного поля и исследованы его частотные характеристики поглощения.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались наXVII международной конференции «Магнетизм, дальнее и ближнее спин-спиновое взаимодействие». Москва-Фирсановка, ноябрь 2009г.; на XV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, февраль 2009г.; на XIII Международной конференции по «Электромеханике, электротехнологии и электротехническим материалам и компонентам»,ICEEE-2010, Крым, Алушта, сентябрь 2010г.; на XVIII Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». Москва-Фирсановка, 2010г, на Международной конференции «Функциональные материалы»ICFM`2011, октябрь 2011г., Крым, п.г.т. Партенит; на XIX Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». Москва-Фирсановка, ноябрь 2011г;на XIV Международной конференции по «Электромеханике, электротехнологии и электротехническим материалам и компонентам», ICEEE-2012, Крым, Алушта, сентябрь 2012г.
Основные результаты исследований опубликованы в следующих научно- исследовательских работах:
-
по государственному контракту №01.200.95.0524 от 01.01.2009 по теме «Создание методов синтеза и исследование высокодобротных и высокоанизотропных сегнетоэлектрических и магнитных материалов для СВЧ-устройств»;
-
по государственному контракту №01.200.95.0511 от 01.01.2009 по теме «Создание методов синтеза и исследование свойств новых радиопоглощающих электрорадиоматериалов, содержащих микро- и наночастицы»
-
по государственному контракту №01.200.95.3121 от 01.01.2009 по теме «Разработка и исследование новых композиционных радиопоглощающих материалов, содержащих нано и микрочастицы оксидных соединений».
-
по государственному контракту №01.200.96.2171 от 30.09.2009 по теме «Синтез и исследование композиционной многофункциональной керамики для высокодобротных СВЧ радиопоглощающих материалов, покрытий и резонаторов» в рамках федеральной целевой научно-технической программы 02.740.11.0404.
-
по государственному контракту №01.201.15.0806 от 01.01.2011по теме «Исследование композитов на основе микро- и наночастиц легированных гексаферритов для СВЧ-устройств».
-
по государственному контракту №01.201.15.0812 от 01.01.2011по теме «Создание и исследование многослойных пленочных структур, содержащих ультрадисперсные частицы ферримагнитных сред».
-
по государственному контракту №01.201.15.8670 от 01.01.2011по теме «Композиционные сверхвысокочастотные материалы на основе микро и наночастиц ферримагнитных и сегнетоэлектрических сред».
Результаты выполненных исследований используются в учебном процессе ФБГОУ ВПО «НИУ «МЭИ» при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».
Личный вклад автора. Лично автором разработана методика измерения магнитных и диэлектрических спектров пленочных материалов в диапазоне частот 10МГц – 3ГГц на базе Agilent RF Impedance/Material Analyzer E4991A. Выявлены технологические параметры процессов механосинтеза порошковых высокочастотных гексаферритов, влияющие на параметры наполнителя. Получены частотные зависимости поглощения электромагнитного излучения РПМ. Проведены исследования магнитных и диэлектрических спектров РПМ. Проведен анализ влияния температуры синтеза на фазовый состав и характеристики гексаферрита со структурой типа-Y. Получены макеты РПП на основе высокодисперсных гексаферритов для снижения влияния паразитного электромагнитного излучения; исследованы параметры поглощения и отражения РПП.
На защиту выносятся следующие положения:
-
результаты исследования влияния дисперсности высокочастотных гексаферритов структуры типа М на ФМР и характер кривых поглощения;
-
результаты исследования электродинамических характеристик композиционных материалов с наполнителем в виде высокодисперсного порошка феррита-шпинели;
-
результаты исследования влияния углеродных нанотрубок на на характеристики композитов с различной дисперсностью наполнителя;
-
результаты по синтезу структуры типа Y;
-
результаты исследования электрофизических характеристик РПП, представляющих многослойные пленочные структуры;
-
кривые поглощения электромагнитного излучения для покрытия сформированного при действии постоянного магнитного поля.
Структура и объем работы. Настоящая диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и включает 130 страниц машинописного текста, 110 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 97 наименований.
Кристаллическая структура и свойства шпинели
Повышенный интерес к наноразмерным ферритам вызван возможностью изменения их магнитных свойств при уменьшении размеров частиц до субмикронных и наноразмеров. Одной из главных причин изменения физических и химических свойств гексагональных ферритов при уменьшении размера частиц является рост относительной доли «поверхностных» атомов в частице, находящихся в иных условиях, чем атомы объемной фазы.
Свойства наночастиц ферритов определяется многими факторами, основными из которых являются тип кристаллической решетки и ее дефектность, размер и форма частиц, морфология, взаимодействие частиц с матрицей и соседними частицами[91]. Изменяя размеры, форму, состав и строение наночастиц можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. В силу реального распределения частиц по размерам, а в некоторых случаях и по составу контролировать свойства наночастиц удается не всегда, поэтому свойства могут различаться.
Одним из актуальных методов получения наночастиц ферритов, имеющих сложный состав, является метод механического диспергирования в мельницах различной конструкции. Данный метод имеет ряд особенностей влияющих на свойства измельчаемого материала, а именно: существует предел механического измельчения твердых тел, в процессе измельчения возможно нарушение фазового состава измельчаемого материала, высокие энергетические нагрузки на измельчаемый материал могут привести к интенсивному взаимодействию образующихся наночастиц со средой диспергирования.
Влияние дисперсности частиц на свойства феррита рассмотрено в ряде работ. В работе [92] рассмотрено влияние дисперсности на ферромагнитный резонанс и анизотропию гексагонального феррита структуры типа М легированного ионами Со "и Ті" . Уменьшение размера частиц проводилось механической обработкой в высокоэнергетической мельнице. Увеличение времени механического диспергирования приводит к уменьшению интенсивности пика ферромагнитного резонанса (ФМР) от исходной высокоанизотропной фазы, что может сопровождаться возникновением и увеличением интенсивности дополнительного резонанса вызванного возникновением при механической обработке шпинельной и аморфной фазы, а так же частиц перешедших в суперпарамагнитное состояние.
Авторы говорят, что механическая обработка слабо влияет на величину поля анизотропии мелкодисперсных порошковых материалов с плоскостью легкого намагничивания (ПЛН), тогда как поле анизотропии порошков гексаферрита ВаМ с осью легкого намагничивания (ОЛН) уменьшается вдвое. Это уменьшение авторы объясняют влиянием упругих напряжений и вкладом от анизотропии дефектного поверхностного слоя, которая имеет в гексаферритах плоскостной характер и уменьшает, согласно [93], эффективную константу анизотропии наночастиц с ОЛН. С увеличением времени обработки величина напряжений существенно возрастает, что, по мнению авторов должно отразиться на величине магнитоупругого вклада в эффективные поля анизотропии порошковых материалов.
В работе [94] рассмотрено влияние механической обработки в высокоэнергетической планетарной мельнице на спектры магнитной проницаемости гексаферрита структуры типа W (Coo.9Zn1.1W). Показано, что обработка в течении 60с приводит к сдвигу частоты ЕФМР в область более высоких частот, при 3 минутной обработке и более частота ЕФМР смещается в низкочастотную область. Авторы объясняют это тем, что при малом времени механической обработки не происходит существенной перестройки структуры кристаллита в целом, но положительный вклад в поле анизотропии вызывают возникающие внутренние напряжения и анизотропия за счет частичного перераспределения катионов по кристаллографическим неэквивалентным позициям. При длительном времени механической обработки разрушается гексагональная структура и возрастает содержание шпинельной фазы, при больших временах механической обработки возможна полная аморфизация материала, что приводит к снижению частоты ЕФМР.
Измерения свойств синтезированных ферритов
Методом БЭТ (адсорбции азота) получена дополнительная информация о среднем размере кристаллитов порошка гексаферрита. По результатам измерений размеров частиц на лазерном анализаторе наночастиц, растровом электронном микроскопе и по методу БЭТ построена зависимость дисперсности порошков от времени механосинтеза (рис. 3.11). —
Анализ зависимости распределения среднего размера частиц порошка ГФ от времени механосинтеза показал, что в диапазоне значений от 2 мкм до 200 нм зависимость среднего размера частиц от времени помола может быть достаточно точно аппроксимирована выражением: d = kxk t (3.2) где d - средний размер частиц, мкм; t - время помола, мин; к\ w кг - коэффициенты, зависящие от свойств материала и условий механосинтеза (для ГФ BaSci 2Гею8Оі9Козффициентьі к\= 60,43; kf=—1,15).
Таким образом, используя выражение 3.2 можно однозначно сопоставить время механосинтеза со средним размером синтезированных частиц гексаферрита. Уменьшение размера частиц феррита, в том числе и до наноуровня, оказывает влияние на магнитные и электродинамические характеристики ГФ наполнителей (3.1).
С этой целью исследованы диэлектрические и магнитные спектры композиционных РПМ, состоящих из ГФ наполнителя, подвергнутого механосинтезу, и полимерного связующего.
По результатам измерений магнитных спектров композиционных РПМ построены зависимости действительной (ц ) и мнимой (ц") частей магнитной проницаемости(рис.3.12), а также частоты максимума ц" (рис.3.13, 3.14). Уменьшение среднего размера частиц феррита от 4 мкм до 320 нм приводит к уменьшению ц и ц", а также смещению максимума ц", соответствующего резонансу доменных границ в ГФ наполнителе, в область более высоких частот. Наблюдаемое увеличение частоты максимума ц" при уменьшении среднего размера частиц связано с увеличением внутренних напряжений.
Частотный спектр комплексной магнитной проницаемости КМ при различных размерах частиц порошка наполнителяВаБсі FeiosOig 1 6 1 2 08 04 Pa їмср частіш, мкм 2 З (. редний размер час иш. мкм Средний размер частий 4 мкм Средний ратмер части 2 мкм Средний размер частий І І мкм Средний размер частиц о 64 мкм Средний размер частиц 0.45 мкм Средний pj (мер части (I 32 мкм
Частотный спектр комплексной диэлектрической проницаемости композиционного РПМ с наполнителемВаБсі 2Feio809
Дисперсия действительной части диэлектрической проницаемости композиционных материалов с увеличением частоты при различных размерах частиц порошка наполнителя носит закономерный характер изменения, приближаясь к постоянному значению є (/) при частотах выше 1 ГГц.
На рисунке 3.16 представлена зависимость действительной части диэлектрической проницаемости (є1) от размера частиц. Выявлено, что уменьшение среднего размера частиц ферримагнитного наполнителя приводит к увеличению є и є" композиционного материала вследствие возрастающих механических напряжений, возникающих при механомодификации.
Для использования композита в РПП необходимо исследование частотной зависимости поглощения ЭМИ и исследование влияния размера частиц на величину поглощения электромагнитного излучения композиционным материалом. Измерение СВЧ параметров композиционных материалов проводилось волноводным методом с согласованной нагрузкой. Результаты представлены на рисунке 3.17.
Частотная зависимость поглощения ЭМИ композиционным материалом при различных размерах частиц наполнителяВаБсі Feio.sOig
На рисунке 3.18 показана зависимость максимального значения поглощения электромагнитного излучения и частоты максимума поглощения от среднего размера частиц.
Показано, что уменьшение среднего размера частиц приводит к снижению поглощения электромагнитного излучения. При этом частота естественного ферромагнитного резонанса практически не изменяется, что, по-видимому, связано с незначительным вкладом поверхностной анизотропии в эффективное значение поля магнитокристаллической анизотропии исследуемой ультрадисперсной гиромагнитной среды[58].
Одним из способов создания широкополосных РПМ и РПП является применение в качестве наполнителя смесь ферритов с различной частотой ЕФМР. Частоту ферромагнитного резонанса феррита изменяют, замещая ионы Fe3+ немагнитными ионами. При этом возникает вопрос о влиянии механической обработки на свойства порошков с различной концентрацией легирующих ионов и композиционных материалов на их основе. Для гексаферритовых наполнителей состава BaFei209 и BaSco.6Fen 4Оі9ИССледовано влияние среднего размера частиц на электродинамические характеристики и магнитные свойства композиционных радиопоглощающих материалов на их основе. Ферриты синтезированы по керамической технологии. Формирование ультрадисперсной структуры ГФ наполнителей осуществлялось в высокоэнергетической планетарной мельнице в интервале времени от 5 до 90 минут.
Влияние углеродных нанотрубок на свойства радиопоглощающих композиционных материалов
Уравнение, аппроксимирующее зависимость среднего размера синтезированных частиц от времени помола в высокоэнергетической планетарной мельнице: 1=12,3 If1"32 , где L - средний размер частиц ферритового порошка, t - время помола. Проведено исследование влияния дисперсности гексаферритового наполнителя на величину поглощения электромагнитного излучения (ЭМИ) композиционными радиопоглощающими материалами (рис. 3.43). Для этого синтезированные порошки смешивались с полимерным связующим и формовались в образцы для измерений. Соотношение компонентов композиционного материала выбрано 70%вес- феррит и 30%вес. -полимерное связующее соответственно.
Уменьшение среднего размера частиц ферримагнитного наполнителя оказывает влияние на поглощение ЭМИ при естественном ферромагнитном резонансе. Интенсивное измельчение гексаферрита приводит к изменению структуры поверхности частиц наполнителя и, как следствие, уменьшению объема частицы, что ведет к снижению мощности поглощаемой энергии ЭМИ. Чем меньше размер синтезируемых частиц, тем существеннее вклад в свойства такого наполнителя привносит поверхность. В частотной зависимости поглощения ЭМИ композиционными материалами с наполнителями прошедшими механоактивацию в планетарной мельнице изменение структуры поверхности частиц выражается в уменьшении поглощения ЭМИ при естественном ферромагнитном резонансе изменении резонансной частоты в область более низких частот. В частотной зависимости поглощения ЭМИ композиционного материала с наполнителем в виде феррита, прошедшего механоактивацию в течение 60 минут (средний размер частиц 50-150нм) практически отсутствует резонансный пик соответствующий естественному ферромагнитному резонансу (ЕФМР). Измерение магнитных спектров в области частот, соответствующих резонансу доменных границ ферромагнитного наполнителя, так же показало уменьшение коэффициента магнитных потерь (рис. 3.44). 25
В частотной зависимости магнитных потерь композиционного материала на основе феррита, прошедшего механоактивацию в течение 60 мин, не наблюдается резонанс доменных границ, что может свидетельствовать о достижении монодоменности частиц полидисперсного ферритового наполнителя.
Влияние среднего размера частиц гексаферритового наполнителя на частотную зависимость действительной части магнитной проницаемости композиционного радиопоглощающего материала приведено на рис.3.44. Из рисунка видно, что действительная часть магнитной проницаемости изменяется слабо.
Таким образом, путём интенсивной механической активации в высокоэнергетической планетарной мельнице, синтезированы полидисперсные гексагональные наполнители со средним размером частиц менее ЮОнм. Исследованы закономерности проявления роли размерных эффектов при формировании свойств композитных материалов. Показано, что изменение среднего размера частиц ферримагнитного наполнителя оказывает влияние на мощность поглощаемого ЭМИ при явлении ЕФМР, а также на коэффициент потерь при резонансе доменных границ в композиционных радиопоглощающих материалах. Уменьшение среднего размера частиц ферримагнитного наполнителя менее чем до ЮОнм приводит к уменьшению поглощения ЭМИ при явлении ЕФМР до 5 дБ и существенному снижению коэффициента магнитных потерь. С точки зрения технологичности, увеличение удельной поверхности частиц порошкового наполнителя при уменьшении среднего размера частиц приводит к увеличению плотности системы ферримагнитный порошок - полимерное связующее при формовании образцов для измерения или изделий.
Одним из способов повышения поглощения ЭМИ композиционными материалами является повышение величины диэлектрических потерь в композите. С этой целью в состав композита введены углеродные нанотрубки.
Синтезированы и исследованы композиционные материалы на основе феррита BaSco2FeM 809. Дисперсный гексаферритовый наполнитель синтезирован по керамической технологии. После спекания формованный феррит дробился до среднего размера частиц порошка 200 мкм и смешивался с полимерным связующим в соотношении 70% феррит и 30% полимер. Из синтезированного гексаферритового наполнителя формировались для исследований свойств объёмные образцы. С целью повышения технологичности изготовления формируемых покрытий, а в частности получения однородного композиционного материала производился последующий помол ферримагнитного наполнителя. Количество УНТ вводимых в состав композита 1% от общей массы композита. Композиционный материал исследован в двух диапазонах частот: - в диапазоне частот резонанса доменных границ (10МГц - ЗГГц); - в диапазоне частот естественного ферромагнитного резонанса (ЗбГГц - 54ГГц). Результаты измерения диэлектрических и магнитных спектров объёмных композиционных материалов на основе порошка феррита BaSco.2Fe11.gO19 с различной дисперсностью частиц и добавкой УНТ в диапазоне частот резонанса доменных границ (РДГ) приведены на рис.3.46-3.49.
Уменьшение диэлектрической проницаемости композиционных материалов на основе BaSc02Fen 8019с ростом дисперсности наполнителя связано с существованием поверхностного слоя на частицах, свойства которого отличаются от основного вещества. Уменьшение размеров частиц приводит к росту их поверхности, а следовательно и поверхностного слоя. Введение в состав композита добавок УНТ приводит к росту значений комплексной диэлектрической проницаемости и позволяет компенсировать уменьшение є, что может быть использовано для обеспечения электромагнитного согласования композита с окружающей его средой.
Радиопоглощающее покрытие с наполнителем в виде феррита BaFe Oig нанесенное на металлическую подложку
В настоящее время значительно повысился интерес ученых разных стран к синтезу и изучению свойств гексаферритов различных составов и кристаллических структур: М, Y, Z, W, X, U, так-так эти материалы имеют высокие дисперсионные частоты, попадающие в рабочий диапазон высокочастотной радиоэлектроники. Одной из перспективных структур гексагональных ферритов является структура типа Z.
В качестве объекта исследования выбраны гексагональные ферриты Z-типа составов Ba3Ni2Fe2404H Ba3Ni2Sc2Fe2204i. Ферриты синтезированы по керамической технологии при температуре спекания 1320С. Зависимость фазового состава типичного гексаферрита Z-типа приведена на рис. 5.1. 1.0
Для осуществления контроля структуры синтезированных керамических магнитных материалов проведён рентгенофазный анализ (методика проведения анализа приведена в прил.В). По результатам рентгенофазового анализа (рис. 5.2 и 5.3), основной фазой в синтезированных образцах является соединение общего состава ВазРе2б04і. Рассчитанные параметры для этой фазы в обоих образцах (а=5.8745(3) А, с=52.176(3)А для образца Ba3Ni2Fe2404i, а=5.890(2)А, с=52.40(2) А для o6pa3uaBa3Ni2Sc2Fe2204i)xopomo совпадают с литературными данными (а=5.885 А, с=52.301 А). В обоих образцах присутствует не идентифицированная примесь в количестве до 10 вес. % , причём в образце с добавкой скандия содержание этой примесной фазы выше. Повышенным содержанием примеси также объясняется меньшая точность определения параметров элементарной ячейки для последнего образца.
Исследованы частотные зависимости диэлектрической и магнитной проницаемости композиционных материалов с наполнителем в виде синтезированных ферритов Z-типа со средним размером частиц 200 и 70 мкм. Зависимость действительной и мнимой части магнитной проницаемости композитов на основе составов Ba3Ni2Fe2404i и Ba3Ni2Sc2Fe2204i приведены на рисунках 5.4 и 5.5 (непрерывные линии соответствуют средней дисперсности наполнителя 200 мкм, штриховые - 70 мкм). 1-04
Замещение в ферримагнитном наполнителе состава Ba3Ni2Fe2404i части ионов железа на ионы скандия привело к росту действительной части магнитной проницаемости и коэффициента потерь, что указывает на уменьшение значения магнитокристаллической анизотропии. Уменьшение среднего размера частиц ферримагнитного наполнителя до 70 мкм для обоих составов приводит к одинаковому уменьшению коэффициента магнитных потерь в мегагерцовой области частот, что необходимо учитывать при построении технологического процесса формирования радиопоглощающих покрытий, применяемых в этом диапазоне.
Зависимость действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости композитов на основе составов Ba3Ni2Fe2404i и Ba3Ni2Sc2Fe2204i приведены на рисунках 5.6 и 5.7 (непрерывные линии соответствуют средней дисперсности наполнителя 200 мкм, штриховые - 70 мкм).
Выраженная дисперсия действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости указывают на наличие ионов Fe в не идентифицированной примеси, выявленной при рентгенофазном анализе.
Частотные зависимости поглощения в диапазоне частот от 8 до 28 ГГц для композиционных материалов с наполнителем в виде синтезированных ферритов со структурой Z-типа приведены на рис.5.8 и 5.9.
Т.о. синтезированы и исследованы свойства РПМ на основе гексагональных ферритов Z-типа показало, что синтезированные композиционные материалы предпочтительнее использовать в диапазоне частот от единиц ГГц до 24-26 ГГц. Частота. ГГц Частота, ГГц
Как известно, синтез радиопоглощающих материалов в промышленных масштабах осложняется рядом возможных ошибок (погрешностей), возникающих в технологическом процессе. Наиболее существенными факторами, влияющими на свойства синтезируемых магнитных материалов, является состав шихты и температура обжига. В связи с этим исследовано влияние нестехиометрического состава и температуры его обжига на состав и свойства магнитной керамики (исходный состав шихты приведен в табл.5.1).
Определение фазового состава синтезированной керамики осуществлялся рентген дифракционным анализом образцов на рентгеновском дифрактометре RigakuD/max-RC, оснащённом 12кВт источником излучения с вращающимся анодом (графитовый кристалл-анализатор, МоКа излучение). Для съёмки дифрактограмм использовали классическую схему фокусировки по Брэггу-Брентано. Образцы перетирались под ацетоном и наносились на стандартный стеклянный держатель. Ввиду необходимости получить высококачественную съёмку для последующего структурного анализа, эксперимент проводили при мощности источника, близкой к максимальной: U=55KB, I=180MA. ДЛЯ обеспечения большей точности определяемых параметров съёмку вели в интервале углов 29=5-60 в режиме шагового сканирования с шагом 0.02. Уточнение параметров решетки и систематического сдвига проводили методом Ле Бэля в программе Jana2006. Для построения структурной модели использовались кристаллохимические данные из базы данных FIZ/NIST.
По результатам рентгенофазового анализа синтезированные материалы имеют двухфазный состав. Основной фазой во всех образцах является гексагональный феррит М-типа состава BaFe Oig (ICDDPDF2 #84-757, пр.гр. Рбз/mmc, а=5.8920(1) А, с=23.183(1) А). Второй фазой является гексагональный феррит Y-типа состава Ba2Ni2Fei2022 (ICDDPDF2 #51-1880, пр. гр. R3m, а=5. 8503(3) А, с=43.370(3) А). Структура указанных соединении приведена на рис. 1.2 и 1.3.
Похожие диссертации на Пленочные радиопоглощающие материалы, содержащие микро- и наночастицы наполнителя
