Новости

На сегодняшний день, этот материал используют, например, при изготовлении сердечников трансформаторов, антенн, устройств магнитной записи. В перспективе, выявленные политехниками закономерности делают литиевый феррит привлекательным для использования в СВЧ-устройствах, например, в качестве фазовращателей, переключателей, циркуляторов.

 

Незамещенный литиевый феррит – это магнитомягкий материал, обладающий свойствами – высокой намагниченностью и температурой Кюри (около 630 °C), низкой коэрцитивной силой, делающими его привлекательным для использования в электронике и радиоволновой технике.

 

Для получения литиевых ферритов используются различные методы. Например, для получения наноразмерных ферритовых порошков при низких температурах применяют химические методы. А для изготовления плотных ферритовых изделий применяют доступный керамический метод, который включает в себя предварительный синтез ферритовых порошков из оксидов и карбонатов и спекание ферритовой керамики при температурах выше 1000 °C.

 

«Существенным недостатком литиевого феррита является его относительно низкое удельное электрическое сопротивление в плотноспеченных образцах, что приводит к большим диэлектрическим потерям на высоких частотах. Для решения этой проблемы существуют разные подходы, среди которых замещение ионов железа, входящих в решетку литиевого феррита, другими катионами. При этом температура Кюри феррита, определяющая термическую стабильность его свойств на высоких частотах, падает. Например, феррит LiTiZnMn, используемый для СВЧ-устройств в качестве фазовращателя, имеет температуру Кюри около 300 °С, что значительно ниже, чем у незамещенного литиевого феррита. Поэтому существует проблема, связанная с необходимостью получения термически стабильных магнитомягких ферритов с особыми свойствами для сверхвысоких частот. Мы обнаружили, что добавление редкоземельных элементов (РЗЭ) при получении литиевого феррита значительно улучшает его электрические свойства», – говорит заведующая Проблемной научно-исследовательской лабораторией электроники диэлектриков и полупроводников Елена Лысенко.

 

При этом влияние редкоземельных элементов на свойства ферритов существенно зависит от способа изготовления материалов. Так, образцы ферритов с добавлением редкоземельных элементов, полученные химическими методами, имеют, как правило, замещенную однофазную структуру. В то время как, ферриты с РЗЭ, изготовленные широко распространенным твердофазным методом, могут иметь композитную структуру, в которой вторичная фаза на основе РЗЭ способствует формированию определенных свойств ферритов.

 

«В нашей работе изучено влияние добавки гадолиния (Gd³⁺) различной концентрации на микроструктуру и электромагнитные свойства литиевого феррита. Для получения образцов по традиционной керамической технологии использовались оксид железа, карбонат лития и оксид гадолиния. На первом этапе проводился твердофазный синтез при температуре 900 °C для получения ферритизованных порошков. На втором этапе образцы спекались при более высоких температурах – 1100 и 1150 °C – для получения плотной керамики. Затем полученные композитные материалы (Li_0.5Fe_2.5O₄-Gd₃Fe₅O₁₂) исследовались с помощью рентгенофазового анализа, термогравиметрии, дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, а также с помощью измерений электрических и магнитных характеристик», – добавляет ученый.

 

Установлено, что повышение температуры спекания улучшает структурные характеристики материала только при небольших добавках РЗЭ, тогда как увеличение содержания РЗЭ приводит к снижению магнитной проницаемости и намагниченности насыщения за счет уменьшения концентрации магнитной фазы литиевого феррита.

 

«Полученные результаты показали, что композитные образцы с низкими концентрациями РЗЭ характеризуются достаточно высокими значениями удельной намагниченности и начальной магнитной проницаемости. При этом существенное увеличение удельного электросопротивления (на несколько порядков) таких образцов обеспечило меньшие диэлектрические потери в широком диапазоне частот. Таким образом, введение малых концентраций РЗЭ способствует формированию магнитного композита на основе незамещенного литиевого феррита с высокой температурой Кюри (630 °C) и пониженными диэлектрическими потерями. Полученный результат представляет интерес для использования таких термически-стабильных композитов в СВЧ-устройствах, работающих при повышенных температурах», – подытоживает исследователь.

 

В исследовании принимали участие сотрудники Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ.

 

Источник фото: пресс-служба Томского политехнического университета

Читайте также:

Тэги: технологии