Министерство образования и науки Российской Федерации

Вид материала

Документы

Содержание Электромагнитное экранирование Направления создания РПП и РПМ Теоретические основы создания РПМ Отечественные предприятия, выпускающие РПМ 2) ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва [11] 3) НПП ООО «Радиострим» [12] 4) ЦНИИ им.ак.А.Н.Крылова 5)ООО «Мета-Феррит» совместно с Пензенским государственным университетом (ПГУ) Выводы Из всех разрабатываемых в России РПМ основная масса не работает в диапазоне от единиц до нескольких сотен МГц. Материал В Зарубежные РПМ и тенденции их создания Методика эксперимента Результаты экспериментов и их обсуждение А.Г.Гуревич. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973. - 573с. 2. Объёмно-резистивные материалы 3. Радиорассеивающие материалы 4. Магнитомягкие материалы Ключевые слова Электроника и автоматика физических установок. Блок управления источником питания гальваники Atmel AVR ... Полное содержание

Подобный материал:

• Российской Федерации Министерство образования и науки Российской Федерации Государственный, 343.55kb.
• Министерство образования и науки российской федерации федеральное государственное научное, 1938.46kb.
• Министерство образования и науки российской федерации «утверждаю» Минобрнауки России, 7940.78kb.
• Министерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию, 32.48kb.
• Государственная программа Российской Федерации «Доступная среда» на 2011 2015 годы, 1560.95kb.
• Вторая всероссийская научно-практическая конференция «Рынок образования и рынок труда:, 36.95kb.
• Реферат по дисциплине «Методология программной инженерии» Тема: «case технологии разработки, 116.96kb.
• Министерство образования и науки Российской Федерации, 427.21kb.
• Министерство министерство образования и науки информационных российской федерации технологий, 47.51kb.
• Правительства Российской Федерации от 11 июля 2005 г. №422. Государственным заказчиком, 268.73kb.

Министерство образования и науки Российской Федерации


КУЗНЕЦКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ

И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

(филиал Пензенского государственного университета)


Актуальные проблемы

электроники


Материалы II внутривузовской

молодёжной научной школы

Апрель 2011г.


Кузнецк


Секция №1

Материаловедение и технологии новых материалов

В. Царёв (КИИУТ, группа 09КП1)

Научный руководитель: доцент кафедры ЕНиТД Меньшова С.Б.

Современные радиопоглощающие материалы (РПМ)

и покрытия (РПП). Литературный обзор


Назначение РПМ и РПП

Согласно закону РФ «О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств» [1], ужесточаются требования к уровню электромагнитного излучения выпускаемых электронных и электрических приборов. Закон направлен на согласованную работу приборов и устройств, а также на защиту человека от электромагнитных излучений, нередко приводящих к раковым новообразованиям [2]. Испытания на соответствие требованиям проводятся в безэховых камерах, стены которых облицованы радиопоглощающими покрытиями (РПП) и радиопоглощающими материалами (РПМ), необходимыми для защиты персонала и измерительных приборов от переотраженного электромагнитного излучения (ЭМИ). Безэховые камеры используются также для тестирования и настройки чувствительных и высокоточных систем, к которым относятся спутниковые системы, георадары, корабельные радиобуи и другие.

Во многих странах в целях охраны здоровья людей и защиты чувствительных приборов от ЭМИ применяется экранирование. Экранированные помещения необходимы также для защиты от несанкционированного съема информации с устройств обработки, передачи и хранения информации.

Электромагнитное экранирование

При выборе экранирующих материалов, как правило, считают, что на низких частотах  (до 1 МГц) доминирующим фактором является магнитная проницаемость, а на высоких (выше 1 МГц) ­– проводимость материала. Длительное время в практике электромагнитного экранирования применялись традиционные материалы – металлические листы. Однако при необходимости в наиболее высоком уровне экранировки (более 50-60 дБ) серьёзные технические проблемы возникают при обеспечении электрогерметичности контура. При несоблюдении этого условия проникшее внутрь экранируемого объёма излучение из-за переотражений от высокопроводящих стенок образует стоячие волны, а сама экранирующая конструкция выступает в качестве резонатора при определенных частотах излучения[3].

Из-за накопления энергии в камере как в резонаторе с определённой добротностью Q увеличивается мощность электромагнитного излучения через возможные щели, не плотности прилегания частей экрана, отверстия и другие неоднородности электромагнитного контура:

,

(1)

где W_ - электромагнитная энергия, запасённая в образовавшемся контуре (резонаторе), W₁ – энергия, рассеиваемая за один период излучения. Использование радиопоглощающих материалов в экранирующих конструкциях позволит снизить добротность контура Q, запасённую энергию W_ и напряжённость поля внутри контура [4].

С целью создания электрогерметичного экранирующего контура целесообразно сделать выбор в пользу композиционных материалов на основе полимерного связующего и наполнителей на основе магнитных сплавов (например, магнитоаморфных сплавов, содержащих Fe, Si, B, Сu) или ферритов, характеризующихся высокими магнитными потерями, технологичностью изготовления и сравнительно невысокой ценой. Эффективность экранирования S обычно определяется суммой:

S = A + R + B,

(2)

где A - ослабление излучения, связанное с поглощением электромагнитной энергии внутри экрана; R - величина потерь, обусловленная отражением электромагнитной волны от обеих сторон экрана; B - величина потерь, связанная с многократными переотражениями внутри экрана.

Применение в качестве наполнителя в композиционной полимерной матрице (КПМ) малых магнитных частиц, например, из феррита, относится к числу перспективных направлений техники электромагнитного экранирования [5]. РПМ на основе Ni-Zn феррита марки 1000НН, используемой для безэховых камер, отличаются технологичностью изготовления, стоимостью в 3-4 раза ниже импортных аналогов, небольшими массогабаритными характеристиками (масса не более 26кг/м² при толщине не более 5 мм), широким интервалом рабочих частот (от 10 МГц -1ГГц). В базовой технологии производства Ni-Zn ферритов марки 1000НН существуют резервы для увеличения магнитной проницаемости и магнитных потерь, при снижении затрат на производство. Интерес представляет разработка теоретической модели релаксации электромагнитной энергии в поликристаллическом ферритовом материале, а также разработка концепции создания широкополосных радиопоглощающих композиционных материалов на основе ферритов.

Направления создания РПП и РПМ

В настоящее время можно выделить следующие тенденции увеличения потерь электромагнитной энергии РПМ и РПП:

1. За счет увеличения мнимой части диэлектрической проницаемости ", что приводит к увеличению диэлектрических потерь материала. Однако, увеличение проводимости и, соответственно, тепловых потерь, приводит к увеличению отражения от передней поверхности материала, для снижения которой целесообразно использовать интерференцию отражения от задней поверхности материала, что означает зависимость толщины поглощающего слоя от частоты, а следовательно, приемлемых значений коэффициента поглощения можно добиться лишь на некоторых фиксированных частотах.

2. За счёт увеличения мнимой части магнитной проницаемости " и магнитных потерь. Магнитные наполнители, обеспечивающие большие магнитные потери в материале: ферриты различного состава, нити и порошки из ферромагнитных материалов и сплавов, - входят в состав композиционных материалов и аморфных сплавов, предназначенных для экранирования и поглощения электромагнитной энергии. Это направления создания РПМ является перспективным, однако в настоящее время отсутствуют теоретические модели, удовлетворительно описывающие поглощение ЭМИ как функцию параметров микроструктуры РПМ и приложенного электромагнитного поля. Имеющиеся модели носят, скорее, качественный характер[6]. Эмпирические формулы для расчета коэффициента отражения и толщины слоев громоздки, имеют массу ограничений и допущений, дают высокую (до 50%) погрешность[7].

3.За счет согласования волновых сопротивлений материала покрытия со средой распространения электромагнитной волны. Для снижения уровня сигнала, отраженного от границы раздела и обусловленного скачком волнового сопротивления, используют многослойные материалы, первый которых слой обладает меньшим , следовательно, меньшим отражением от границы раздела. Предельным случаем являются материалы градиентного типа, характеристики которых меняются непрерывно в сторону увеличения вглубь материала. С этой целью используют конструкции в виде пирамид или усеченных конусов, обеспечивающих плавное изменение электрических характеристик вдоль распространения волны. Недостатком вышеперечисленных конструкций являются сложность изготовления и необходимость использования РПМ с высотой порядка длины волны в свободном пространстве, что становится критичным для задач снижения отражений в области частот ниже 1 ГГц, особенно при ограничении на общие габаритные характеристики.

Паразитное отражение от границы раздела из-за рассогласования волновых сопротивлений можно подавить путем введения в материал компонента с отличной от нуля мнимой частью магнитной проницаемости ". И наряду с электропроводящими наполнителями при создании РПМ и РПП используются магнитные наполнители (порошки ферритов, карбонильное железо и т.д.) В ряде работ предлагают использование композиционных материалов, содержащих в диэлектрической матрице (вспененная полимерная композиция) фракцию проводящего наполнителя в форме протяженных включений (например, углеродных или металлических волокон) совместно с мелкодисперсными электропроводящими и магнитными порошками.

Применение ферритовых наполнителей в радиопоглощающих материалах перспективно, так как материал имеет значительные магнитные потери, и наличие больших значений магнитной проницаемости " позволяет обеспечить лучшее согласование металлических и сильно поглощающих слоёв со свободным пространством [7].

Значительное число публикаций в России и за рубежом посвящено созданию новых форм ферритовых наполнителей и совместному использованию ферритовых порошков, графитов, металлических волокон. Так в [8] предложен РПМ, который содержит в качестве полимерного связующего синтетический клей "Элатон" на основе латекса, в качестве магнитного наполнителя - порошкообразный феррит или карбонильное железо.

4. За счет интерференции отражений от разных слоёв покрытия, приводящей к уменьшению отражения от материала (многослойные покрытия и покрытия специальной формы). Такой подход является другим подходом к созданию покрытий, согласованных по волновому сопротивлению со средой. Здесь комплексное волновое сопротивление Z* также уменьшается по мере погружения вглубь покрытия. Это позволяет избежать резких скачков волнового сопротивления и, следовательно, нежелательных отражений. Наиболее простым вариантом такой структуры является двухслойное покрытие из материала с разной проводимостью, где верхний слой с меньшими значениями  часто называют согласующим, а нижний (с большими ) – поглощающим. Формулы расчета коэффициента поглощения для многослойных покрытий содержат большое количество взаимосвязанных частотнозависимых параметров и служат, как правило, для качественного анализа факторов, влияющих на коэффициент поглощения.

Теоретические основы создания РПМ

Под поглощением электромагнитной энергии понимают электрические и магнитные потери в материале, происходящие за счет процессов релаксации. Энергия, переданная системе, распределится между собственными типами колебаний, амплитуды которых примут значения, соответствующие термодинамическому равновесию. Процессы релаксации будут определять скорость убывания амплитуд колебаний, возбужденных внешними силами. Если система находится под действием периодических внешних сил, то процессы релаксации осуществляют непрерывный отток энергии от первичных типов колебаний и обеспечивают тем самым возможность непрерывного поглощения системой энергии внешних сил. Процессы релаксации в этом случае определяют диссипативные характеристики системы, например, ширину резонансной кривой, мнимые части магнитной проницаемости и восприимчивости. В [6] приведены математические модели спин-спиновой, спин-решеточной, ионной релаксации, релаксации с участием носителей тока, - в зависимости от частиц, участвующих в процессе перераспределения энергии. Выделение нескольких типов релаксации условно, так как все частицы связаны силами взаимодействия и одновременно участвуют в процессе перераспределении энергии, однако такое разделение возникло из-за сложности цельного описания процесса релаксации в поликристаллическом материале.

Наиболее сильное поглощение энергии связывают с резонансом доменных границ (РДГ) и естественным ферромагнитным резонансом (ЕФМР), которые описываются уравнениями Деринга и Ландау-Лифшица соответственно[6]. Известные уравнения практически постулированы, но непригодны для решения практических задач, для их решения пользуются уравнениями, полученными эмпирическим путем.

С тех пор, как понятие доменной было впервые введено Блохом, двумерные магнитные структуры стали объектом всесторонних исследований. Было установлено, что процессы смещения ДГ оказывают решающее влияние на многие физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, определяющие возможности их использования для решения важнейших практических задач. Нелинейные процессы динамического преобразования намагниченности в системе спинов, локализованной в доменной стенке, определяют способы диссипации энергии, подведенной к доменной границе извне [9].

К сожалению, теоретическая модель, адекватно описывающая процессы релаксации электромагнитной энергии в материале как функции параметров микроструктуры отсутствует. Однако потребность в формальном описании процессов релаксации весьма велика, и спрос на радиопоглощающие материалы растет.

Отечественные предприятия, выпускающие РПМ

1) ФГУП «ЦКБ РМ» (Москва) [10]:

Сверхширокодиапазонный ферритодиэлектрический поглотитель электромагнитных волн (ФДПЭВ) представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из металлической подложки, ферритового материала и клиновидных согласующих элементов из пеностекла. Коэффициент отражения на диапазоне частот 30МГц÷40ГГц составляет 12÷-40дБ. Недостатки: сложность в изготовлении, высокая цена (всего на 20-30% ниже импортных аналогов), высокие массогабаритные характеристики: толщина до 350мм, вес до 65кг/м².

РПП "Сорбент" выполнен на основе металлоуглеродного сорбента. Недостатки: ограничения по температуре (-5ºС÷+60ºС) и частоте (37,5÷60ГГц). РПП "Универсал - 25Б" изготавливается в виде отдельных пирамидальных элементов, представляющих собой полые диэлектрические корпуса, заполненные легким электропроводящим наполнителем. Недостатки: не перекрывает мегагерцовый диапазон (рабочий диапазон 0,6 ГГц ÷ 37,5ГГц), имеет высокие массогабаритные характеристики: высота до 263мм, масса до 18 кг/м²[10]. РПМ на основе наноструктурного ферромагнитного микропровода (НФМП) в стеклянной изоляции имеет недостатки: сложную и очень дорогую технологию изготовления, предназначен только для СВЧ – диапазона (2÷ 150ГГц), работает при температуре до +60ºС.

2) ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, Москва [11]

Материал ВРП-23 выполнен на основе кремнийорганического связующего и магнитного наполнителя. Недостатки: ограниченный частотный диапазон (1÷75ГГц). Аналогичны ему материалы ВРП-4Н (7,5÷13,5ГГц), ВРП-21 (8÷12,5 ГГц). ВРБ-1 (25÷37500 МГц) - магнитодиэлектрический материал на основе базальта или асбеста и подложки из спеченного феррита для безэховых камер и защиты от СВЧ-излучения. Недостатки: сложная технология изготовления, высокая масса (до 42 кг/м²), цена на уровне импортных аналогов.

3) НПП ООО «Радиострим» [12]

Выпускает РПМ для широкого класса частот. Метализованные сетки и легкие РПМ (до 0,5 кг/м2) предназначены для диапазона 1,5ГГц - 40ГГц, основная масса выпускаемых РПП, работающих в диапазонах 120МГц- 15ГГц , 1ГГц – 36ГГц–градиентного типа, имеет высокие массогабаритные характеристики (высота пирамид достигает 1 м, а масса – до 12,4 кг/м². К недостаткам можно отнести и высокую цену.

4) ЦНИИ им.ак.А.Н.Крылова разрабатывает РПМ, предназначенные для объектов ВВСТ. Научный центр проводит разработки физических основ технологии «Stealht», изучает физические свойства атомных кластеров и накапливает соответствующий эмпирический материал [13]. Им принадлежит патент на радиопоглощающее покрытие [14], способ получения которого включает вакуумное распыление в аргоно-водородной рабочей среде графита и ферромагнитного материала и осаждение продуктов распыления в виде пленки на переплетенные арамидные высокомодульные нити. Рабочий диапазон 2-18 ГГц.

5)ООО «Мета-Феррит» совместно с Пензенским государственным университетом (ПГУ) производит ферритовые РПМ по заказу НПП «Радиострим». Специалисты ПГУ работают над вопросом улучшения эксплуатационных характеристик ферритовых РПМ.

Выводы

Из всех разрабатываемых в России РПМ основная масса не работает в диапазоне от единиц до нескольких сотен МГц. Материал ВРБ-1 (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ), работающий в диапазоне 25÷37500 МГц, состоит из базальта (асбеста) и ферритовой подложки, имеет большой вес – до 42кг/м² и цену на уровне импортных аналогов. Закупаемые зарубежные ферритовые РПП, работающие в указанном «проблемном» диапазоне, имеют цену порядка не ниже 60000руб/м².

Несмотря на то, что спрос на безэховые камеры и радиопоглощающие покрытия в России растет, РПМ и сами безэховые камеры приобретаются из-за рубежа по высокой цене. Рынок на РПМ в России не сформирован. Спрос на РПМ в России еще только изучается, например, отделом маркетинга ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» (Санкт-Петербург). Необходимо разрабатывать недорогие отечественные РПМ и РПП и налаживать их сбыт.

Для создания РПП низкочастотного диапазона целесообразно изготавливать пластины толщиной 3-10мм из Cu-Zn, Cu-N-Zn, Ni-Zn, Mg-Zn феррита, приготовленные по керамической технологии. При использовании ферритовых порошков в качестве наполнителей композиционных материалов частота поглощения сдвигается в сторону верхних частот [13]. Следовательно, композиционные РПМ на основе ферритов могут быть использованы практически во всех частотных диапазонах.

Зарубежные РПМ и тенденции их создания

Поглотитель радиолокационного излучения, разработанный в США [15], состоит из множества дробленых частиц, полученных из отходов пеноматериала (средний размер 0,3 см до 2,4 см), и отрезков волоконного материала (длиной от 0,3 - 1,8 см и диаметром 7.3 мкм). Он имеет невысокую себестоимость, работает в диапазоне 8-16ГГц.

В [16] используется ткань восьмислойного сатинового плетения толщиной 0,5 мм, которая перерабатывается при температуре 1300º C в течении 6 часов в атмосфере серебра. Её получают после обугливания кремнийорганических волокон с молекулярной массой 200  2000, пропитывают синтетической смолой или керамическим связующим, и такой материал уменьшает отражение электромагнитной энергии на 10 дБ в диапазоне частот 8  16 ГГц.

В работе [17] предложен РПМ, предназначенный для диапазона 4  6 ГГц. Магнитные потери обусловлены ферритовым порошком, а электрические – порошком карбонильного железа, входящими в состав материала.

Ведущим производителем РПМ на мировом рынке является фирма TDK (Япония) [18]. Она выпускает широкую номенклатуру РПМ, в том числе, на основе ферритовых порошков. Класс выпускаемого изделия, - IS, IP, IB, ICT, IJ, IR и другие, - определяется материалом-основой данного РПМ. Например, класс материалов IP выполнен на основе пенополистирола, он градиентного типа, имеет поглощение не менее 20дБ на частотах 500МГц- 40ГГц. Он отличается высокими ценой и массогабаритными характеристиками: при толщине 450-945мм вес составляет 12-22 кг/м².

ICM – выполнен из неорганической основы и ферритового порошка, обеспечивающего магнитные потери. Материал градиентного типа (в форме усеченных пирамид), имеет большую стоимость (70000-90000руб/м²), габариты (толщина не менее 60мм) и вес (80-100кг/м²). В диапазоне 30МГц – 18ГГц, имеет поглощение не ниже 15дБ. Может быть использован на частотах менее 30МГц.

IB – ферритовый РПМ, приготовленный по керамической технологии, от 20МГц до 700 МГц имеет поглощение не хуже 15дБ. Вес 32кг/м² при толщине 6,3 мм, цена – не менее 40000руб./м².

Класс материалов IS (на основе пенополиэтилена и углеродного порошка), имеет самые высокие габариты. Выбор материала для заданного частотного диапазона определяется размером и формой пирамид. Например, IS-100 высотой 1м обеспечивает поглощение не менее 30 дБ в диапазоне 200МГц-110ГГц. Стоит 60000руб/м². Вес РПМ составляет 12 кг/м².

Фирма выпускает также композиционные материалы на основе вышеуказанных классов. Например, материалы класса IP-BX, сочетают свойства IP и IB классов, выполнены на основе пенополистирола, имеют высокий уровень поглощения (не ниже 23дБ) в широком диапазоне частот (70МГц-40ГГц) благодаря электрическим потерям углеродного и магнитным потерям ферритового наполнителей. Высота пирамид материала достигает 1,3 м при весе 25кг/м². Цена не менее 100000руб./м².

Пудра из феррошпинелей и гексаферритов используется для создания материалов класса IR, выполненных на основе синтетического каучука. В материале IR-E используется порошок карбонильного железа.

Таким образом, использование ферритовых материалов и наполнителей для создания широкодиапазонных композиционных РПМ является перспективным. Следует развивать направления, связанные с разработкой научных основ создания композиционных РПМ на основе ферритов, а также налаживать выпуск отечественных РПМ на основе ферритов, конкурентоспособных на внешнем рынке.


Литература:

1. ссылка скрыта
   
2. Меньшова С.Б., Зябирова А.Р. Оценка излучения сотового телефона. Способы защиты от излучения. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в России». Кузнецк. 2008г. Т. 4. – С. 49–61.
   
3. T.Tsanov, L.Terlemezyan. Polymers & Polymer Composites, 6, N7, 1997, pp.447-454.
   
4. M.Omastova, J.Pavlinec, J.Pionteck, F.Simon, S.Kosina. Polymer, 39, N25, 1998, pp.6559-6566.
   
5. T.Tsanov, P.Mokreva, L.Terlemezyan. Polymers & Polymer Composites, 5, N7, 1997, pp.483-492.
   
6. А.Г.Гуревич. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973. - 573с.
   
7. Крутогин Д.Г. Элементы и устройства магнитоэлектроники. Лабораторный практикум. – М.:МИСИС, 2008. - 81с.
   
8. ссылка скрыта
   
9. Горнаков В.С. Элементарные акты перемагничивания квазидвумерных магнетиков и доменных границ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико -математических наук. Черноголовка, 2007г, - 34с.
   
10. ссылка скрыта
    
11. ссылка скрыта
    
12. ссылка скрыта
    
13. А.Г. Алексеев, Е.А. Штагер, С.В. Козырев. Физические основы технологии Stealth . С-Пб- 2007, - 284с.
    
14. ссылка скрыта
    
15. Пат. 6043769 США, МПК7 Н 01 Q 17/00. Cuming Microwave Corp., Rowe Paul E., Kocsik Michael T. № 09/121293; Заявл. 23.07.1998; Опубл. 28.03.2000; НПК 342/4. Англ.
    
16. Патент США США, МПК7 Н 01 Q 17/00. Electromagnetic wave absorbers of silicon carbide fibers. ссылка скрыта; ссылка скрыта; ссылка скрыта; ссылка скрыта; ссылка скрыта. № 05/147199; Заявл. 24.12.1984; Опубл. 26.03.85; НПК 342/4. Англ.
    
17. Mirtaheri S.A., Yin J., Sehi H., Mizumoto T., Naito Y. The characteristics of electromagnetic wave absorber composed on rubber, carbon and ferrit. Int.Symp.Electromagn.Compat., Nagoya, Sept.8-10, 1989, pp.784-787.
    
18. ссылка скрыта
    

С. Голованов (КИИУТ, группа 09КП1)

Научный руководитель: доцент кафедры ЕНиТД Меньшова С.Б.

Получение ферритовых материалов с высокой коэрцитивной силой, предназначенных для хранения информации в условиях воздействия сильных электромагнитных полей


Mg-Mn-ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса, благодаря устойчивости к воздействию радиации, широко используются в системах записи и хранения информации в боевых ракетах с ядерным оружием. Однако эти ферриты не способны сохранять записанную информацию в условиях воздействия электромагнитного импульса, возникающего при ядерном взрыве. Поэтому представляет интерес разработка материалов с высокой коэрцитивной силой, обеспечивающей сохранение записанной информации при воздействии мощного электромагнитного импульса.

Известно, что высокой устойчивостью намагниченного состояния облают материалы, имеющие закритическую петлю гистерезиса, т.е. сочетающие невысокие значения остаточной индукции и высокой коэрцитивной силы. Среди ферритов максимальной коэрцитивной силой обладают гексаферриты бария ВаFe₁₂O₁₉ и стронция Sr Fe₁₂O₁₉ (до 350 кА/м) при остаточной индукции до 0,38 Тл. Однако такое сочетание магнитных свойств не всегда обеспечивает надежность магнитной записи. Целью данной работы, была разработка ферритов с коэрцитивной силой до 800 кА/м.

Исследования показали, что гексаферриты на основе систем SrFe_12-ХAl_ХO₁₉, Ва Fe_12-ХAl_ХO₁₉, где х изменяется в пределах от 1,5 до 3,0, полученные по керамической технологии из смеси оксидов железа, алюминия, карбонатов стронция и бария, обладают коэрцитивной силой в пределах от 550 до 800 кА/м при остаточной индукции в пределах от 0,29 до 0.35 Тл (рис.1 и 2).порошков Синтез гексаферитов проводили прокалкой предварительно измельченной смеси исходных оксидов и карбонатов при 1000 – 1100 ^оС. Увеличение коэрцитивной силы можно объяснить возрастанием константы кристаллографической анизотропии, а уменьшение остаточной индукции и температуры Кюри (рис.3) замещением катионов железа Fe³⁺, обладающих магнитным моментом, на немагнитные катионы алюминия Al³⁺ [1].

Композиционные материалы (пленки) на основе этих порошков с размерами частиц от 0,8 до 1,6 мкм также могут быть использованы для изготовления систем записи информации, поскольку обладают коэрцитивной силой в пределах от 350 до 500 кА/м при остаточной индукции от 0,09 до 0.19 Тл. На основе этих материалов могут быть созданы системы одноразовой записи информации, устойчивые к воздействию мощного электромагнитного поля, образующегося при ядерном взрыве. Сочетание низкой остаточной индукции с высокой коэрцитивной силой обеспечивает повышенную устойчивость намагниченного состояния материала в условиях воздействия внешнего импульса электромагнитного излучения. Для записи информации требуется нагрев материала до температур, на 10-20 градусов ниже точки Кюри (250 – 340 ^оС), когда коэрцитивная сила резко снижается с последующим медленным охлаждением для сохранения записанной информации.



Рис.1. Влияние изоморфного замещения Fe₂O₃ на Al₂O₃ на коэрцитивную силу по намагниченности стронциевых (1) и бариевых (2) ферритов



Рис.2. Влияние изоморфного замещения Fe₂O₃ на Al₂O₃ на остаточную индукцию стронциевых (1) и бариевых (2) ферритов




Рис.3. Влияние изоморфного замещения Fe₂O₃ на Al₂O₃ на температуру Кюри стронциевых (1) и бариевых (2) ферритов


Разработанные материалы на основе гексаферритов с изоморфным замещением катионов железа на катионы алюминия представляют интерес для разработки систем записи информации, устойчивых к воздействию мощного импульса электромагнитного излучения.

Библиографический список

1. 
   Андреев В.Г., Летюк Л.М., Стрыгин А.А. Получение высокоэнергетических стронциевых ферритовых магнитов путем использования модифицирующих добавок // Перспективные материалы. – 2006. - №1. – С.20-24.
   

Д. Хованов (ПГУ)

Научный руководитель: доцент кафедры ЕНиТД Меньшова С.Б.

Влияние легирующих добавок и газового режима атмосферы печи при спекании на коэффициент отражения Ni-Zn-ферритового материала


Развитие современных сверхширокополосных радиотехнических систем требует решения новых задач, связанных с проблемами электромагнитной совместимости. Эти задачи невозможно решить без обеспечения испытательных стендов и радиотехнических систем широкополосными радиоэкранирующими и радиопоглощающими материалами. К перспективным радиопоголощающим материалам относятся Ni-Zn- ферриты, поскольку они весьма интенсивно поглощают электромагнитные волны в интервале частот от 10 МГц до 1000 МГц.

Основным параметром радиопоглощающих ферритов является коэффициент отражения электромагнитного излучения, определяемый через как отношение мощности отраженного излучения к падающей мощности. Известно, что поглощение излучения в Ni-Zn-ферритах в интервале частот более 300 МГц определяется ферромагнитным резонансом [1].

В интервале частот менее 300 МГц важную роль играет резонанс доменных стенок [2]. Уровень поглощения электромагнитного излучения достигает максимума вблизи частоты собственных колебаний доменных стенок. Условием возникновения резонанса доменных стенок является жесткое их закрепление на границах зерен, порах или других дефектах, обеспечивающее обратимое их смещение относительно положения равновесия. Частота собственных колебаний доменных стенок ω_о определяется эффективной массой доменной стенки m и коэффициентом жесткости квазиупругой силы k:



Из формулы следует, что увеличение массы доменной стенки позволяет снизить частоту резонанса доменных стенок. Известно [3,4], что масса доменной m стенки примерно пропорциональна площади поверхности стенки S. Поэтому формирование крупнозернистой структуры должно обеспечить снижение частоты резонанса доменных стенок, а разброс размеров зерен к увеличению ширины кривой резонанса доменных стенок. Поэтому в данной работе была поставлена задача по формированию в феррите крупнозернистой структуры со значительным разбросом размеров зерен.

Наряду с известными ферромагнитным резонансом и резонансом доменных стенок, важную роль играют диэлектрические потери на радипоглощающие свойства ферритов [2]. Частотная зависимость диэлектрических потерь определяется частотной зависимостью комплексной диэлектрической проницаемости ферритов. Известно, что кажущаяся диэлектрическая проницаемость ферритов во многом определяется соотношением электропроводности зерен и границ зерен [5]. Микроструктура, состоящая из зерен с определенной электропроводностью, изолированных диэлектрическими границами зерен, характеризуется высокими значениями электроемкости и обеспечивает повышенные значения диэлектрической проницаемости. Поэтому для увеличения диэлектрических потерь в ферритах представляется целесообразным легирование добавками, формирующими высокоомные диэлектрические слои по границам зерен. Спекание в печах с пониженным парциальным давлением кислорода, позволяющее повысить электропроводность зерен при сохранении диэлектрических свойств границ зерен, также должно увеличить диэлектрические потери.