Композиционные радиопоглощающие материалы на основе ферримагнитных соединений
На правах рукописи
Смирнов Денис Олегович
Композиционные радиопоглощающие материалы на основе ферримагнитных соединений
05.09.02 – Электротехнические материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук.
Москва 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)» на кафедре физики электротехнических материалов и компонентов и автоматизации электротехнологических комплексов.
| Научный руководитель: | к.т.н., профессор Чепарин Владимир Петрович |
| Официальные оппоненты: | Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., проф. Быков Юрий Александрович |
| К.ф.-м.н., доц. Родин Алексей Олегович | |
| Ведущая организация: | Московский Государственный Институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) |
Защита состоится
« 19 » июня 2009 г. в 15.00 час. на заседании диссертационного Совета Д 212.157.15 при ГОУВПО «Московский энергетический институт (технический университет)» по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 13, ауд. Е-205.
Отзывы на автореферат в 2-х экз., заверенные печатью организации, направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ
ВПО «МЭИ(ТУ)».
Автореферат разослан «_____» ________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
к.т.н., доцент М.В. Рябчицкий
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Научно-технический прогресс, обусловленный эффективным использованием достижений электроники, радиотехники, вычислительной техники, во многом оказался возможным благодаря уровню и темпам исследований в области создания материалов для этих отраслей техники. Развитие устройств СВЧ-радиоэлектроники и увеличение их мощности обуславливает актуальность разработки новых материалов для уменьшения помех и обеспечения электромагнитной совместимости.
Важную роль в этих областях приобретают материалы, эффективно поглощающие сверхвысокочастотные (СВЧ) электромагнитные излучения. Радиопоглощающие материалы (РПМ) СВЧ-диапазона являются также незаменимыми в радиолокации и специальной технике.
Существенное снижение взаимных помех в передающих и приемных трактах устройств, работающих в диапазоне 8 – 36 ГГц, возможно только за счет создания и применения РПМ нового поколения, обеспечивающих расширение функциональных и тактико-технических возможностей электронных средств спецтехники.
Экспериментальные исследования и теоретические оценки показывают, что дальнейшее совершенствование и развитие помехозащищенности радиоаппаратуры в целом, а также повышение стабильности характеристик радиопоглощающих покрытий могут быть достигнуты путем использования композиционных магнитных материалов на основе диспергированных поликристаллических ферритов различного химического состава.
Актуальным является получение материалов, позволяющих создавать на их основе эффективные радиопоглощающие покрытия и фильтрующие устройства с малыми потерями в полосе пропускания и большим уровнем поглощения в полосе заграждения.
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 государственному контракту Минобразования РФ № 02.513.12.0020 по лоту 31 шифр «2008-10-1.3-07.26», «2008-10-23-32», по государственному контракту Минобразования РФ № 02.513.11.3280 по лоту «2007-3-1.3-24-04», по темам «Исследование электрофизических процессов в радиопоглощающих диэлектриках нового типа» номер 06-08-00497-а «Высокоанизотропные магнитные материалы для устройств СВЧ энергетики» номер 07-08-00237-а, а также «Исследование и синтез композиционных ферримагнитных радиопоглощающих структур» номер 09-08-00690а Российского фонда фундаментальных исследований.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка новых композиционных магнитных материалов на основе ферритов для радиопоглощающих покрытий.
В соответствии с этим основными задачами работы являются:
- разработка композиционных радиопоглощающих материалов на основе гексагональных ферритов и углеродных нанотрубок;
- синтез легированных гексагональных ферритов со структурой типа Z;
- комплексные экспериментальные и теоретические исследования электрофизических, электродинамических и физико-химических свойств композиционных радиопоглощающих материалов, основой которых являются наполнители в виде гексагональных ферритов и феррошпинелей;
- установление зависимостей магнитных и электрических свойств легированных ферритов от состава, концентрации замещающих ионов, добавок, а также дисперсности ферритового наполнителя.
Научная новизна:
- Впервые установлено влияние добавок углеродных нанотрубок на поглощение электромагнитного излучения в композиционных материалах на основе гексагональных ферритов. Применение углеродных нанотрубок позволяет повысить поглощение более чем в 30 раз.
- В диапазоне частот от 8 до 26 ГГц установлены частоты поглощения электромагнитного излучения композиционными материалами на основе синтезированных гексаферритов структуры Mg2Z, Zn2Z и Co2Z, легированных ионами Ti4++Co2+, Ti4++Zn2+ и In3+.
- Впервые экспериментально исследованы электродинамические характеристики новых композиционных материалов на основе бариевых гексагональных ферритов со структурой Mg2Z, а также бариевых гексагональных ферритов M-типа с добавками углеродных нанотрубок.
- Исследованы магнитные спектры и частоты поглощения маргенец-цинковых, литиевых, литий-цинковых и литий-кобальтовых феррошпинелей в зависимости от состава и технологических факторов.
- Впервые синтезированы и изучены гексаферриты со структурой Mg2Z, легированные ионами In3+.
Практическая ценность полученных результатов:
- Предложено и опробовано применение углеродных нанотрубок в качестве добавок в композиционные радиопоглощающие материалы, позволяющих увеличить поглощение электромагнитного излучения более чем в 30 раз.
- Изучены закономерности изменения электродинамических и магнитных свойств радиопоглощающих композитов на основе гексагональных ферритов со структурой М-типа, Mg2Z и литиевых, литий-цинковых и литий-кобальтовых шпинелей, что позволяет выработать рекомендации для формирования эффективных радиопоглощающих покрытий.
- Экспериментально исследовано влияние размеров частиц наполнителей гексагональных ферритов М типа на резонансное поглощение электромагнитного излучения, что позволяет учитывать эти параметры на стадии разработки композиционных радиопоглощающих материалов.
- Разработаны новые составы гетерогенных наполнителей для создания поглотителей СВЧ-излучения в диапазоне частот от 8 до 26 ГГц.
- Изучены адгезионные свойства композиций полимер-феррит-углеродные нанотрубки к металлическим подложкам, позволяющие учитывать эти параметры на стадии разработки и проектирования экранирующих конструкций.
- Разработана методика нанесения композиционных радиопоглощающих покрытий со связующим из латекса, наполненных ферритами, позволяющая формировать изделия любой формы.
На защиту выносятся следующие положения:
- результаты исследования ЕФМР в наполненных полимерных композициях на основе гексагональных ферритов и углеродных нанотрубок;
- результаты исследования влияния технологических факторов на электродинамические свойства диспергированных ферримагнитных материалов для радиопоглощающих покрытий;
- экспериментальные данные по электрическим и магнитным свойствам гексагональных ферритов Z и M типа, легированных ионами различных металлов;
- результаты исследования поглощения в композиционных радиопоглощающих магнитных материалах на основе гексагональных ферритов Z и M типа, а также на основе Li, Li-Zn и Li-Co феррошпинелей;
- результаты измерения частотной зависимости магнитной проницаемости для композиционных материалов на основе Li, Li-Zn и Li-Co шпинелей с различной дисперсностью частиц наполнителя.
Композиционные магнитные материалы использованы при выполнении работ:
- по государственному контракту с федеральным агентством по науке и инновациям по теме «Исследование и разработка новых специальных материалов для электротехнических и электроэнергетических устройств», в рамках федеральной целевой научно-технической программы;
- госбюджетных научно-исследовательских работ по теме «Исследование физико-химических и физико-механических свойств новых композиционных магнитных материалов».
- в НИР, выполняемой по государственному оборонному заказу на 2007г., утвержденному постановлением Правительства Российской Федерации от 28 декабря 2006 года №812-37 с шифром "Двор-1 (МЭИ)".
- выполняемых по программам Российского фонда фундаментальных исследований научной школой кафедры ФЭМАЭК МЭИ
Результаты выполненных исследований используются в учебном процессе МЭИ (ТУ) при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на XIV Международной конференции по спиновой электронике и гировектроной электродинамике (Москва, декабрь 2005), на XI Международной конференции по электромеханике, электротехнологии и электротехническим материалам и компонентам (Крым, Алушта, сентябрь 2006), на XIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов " Радиоэлектроника, электротехника и энергетика " (Москва, февраль 2007), Международной конференции «Функциональные материалы» (Крым, 2007), на XIV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов " Радиоэлектроника, электротехника и энергетика " (Москва, февраль 2008), на XII Международной конференции по электромеханике, электротехнологии и электротехническим материалам и компонентам (Крым, Алушта, сентябрь 2008), на XIV Международной конференции «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, ноябрь 2008), на XV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов " Радиоэлектроника, электротехника и энергетика " (Москва, февраль 2009).
Публикации по работе. Результаты диссертационной работы опубликованы в 16 изданиях, в том числе в трудах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 101 наименования и приложений, содержит 176 страниц, 131 иллюстрации и 18 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, изложены цели и задачи диссертационной работы, методы решения поставленных задач. Описаны состав и структура работы, показана научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.
Первая глава содержит обзор и анализ литературных источников, постановку задач. Изложены общие положения о свойствах гексагональных ферритов и феррошпинелей, приведены примеры структур, уделено внимание влиянию технологических факторов на свойства синтезируемых ферритов. Изложен обзор существующих радиопоглощающих материалов, в том числе тенденции развития радиопоглощающих материалов за последние годы, и обоснование исследования свойств, как самих ферритов, так и композиционных материалов на их основе. Проведенный анализ литературных данных выявил, что в последние годы в качестве РПМ широко используются материалы на основе диэлектрического связующего с диспергированным наполнителем из ферритов. Диэлектрической матрицей подобных РПМ могут служить синтетическая резина, смола и другие материалы с малыми потерями на СВЧ.
Анализ свойств ферритов на СВЧ показывает, что для РПМ в длинноволновой части СВЧ диапазона предпочтительно использовать марганец-цинковые ферриты, в дециметровом диапазоне – никель-цинковые ферриты, в сантиметровой области – гексагональные ферриты. Использование высокоанизотропных гексагональных ферритов в качестве наполнителей композиционных радиопоглощающих материалов (КРМ) позволяет осуществлять частотно-селективное поглощение электромагнитного излучения (ЭМИ) путем управления частотой естественного ферромагнитного резонанса ферритов.
Кроме того отмечено, что одним из направлений в создании эффективных радиопоглощающих покрытий (РПП) является включение в полимерную диэлектрическую матрицу нанодисперстных порошков электропроводящих веществ, в качестве которых могут использоваться порошки сплавов высокого сопротивления, карбидов некоторых металлов или углерода.
Во второй главе приводятся методика эксперимента, включающая в себя технологию получения ферритов и измерения свойств, как самих ферритов, так и композиционных материалов (КМ) на их основе. Ферриты изготавливались по классической керамической технологии. Спекание осуществлялось при температурах 1000 – 1360оС в виде прессованных таблеток или порошка, прошедшего предварительный обжиг при температуре 950оС. Порошок феррита, полученного путем размола таблеток, использовался в качестве наполнителя композиционного материала. Кроме того, в качестве наполнителя использовался порошок, протертый через сито после окончательного обжига (размер ячейки сита составляет 140 мкм).
В качестве связующего использован парафин. В расплавленный парафин вводился ферритовый порошок и тщательно перемешивался. Соотношение феррит/парафин для композитов составляет 70/30 % вес. либо 60/40 % вес. для мелкодисперсных порошков с большой удельной поверхностью выше 2 м2/г. Измерение магнитных и диэлектрических спектров композиционных материалов на основе ферритов проводились на приборе Agilent E4991 A RF Impedance/Material Analyzer индукционным и емкостным методами соответственно. Характерные точки магнитного спектра указаны на рис.1.
Рис.1 – Характерные точки магнитного спектра
Измерения поглощения и отражения ЭМИ от РПМ осуществлялось волноводным методом с согласованной нагрузкой. Измерения отраженного ЭМИ от покрытий, выполненных на основе ферритов со связующим из латекса, осуществлялось рупорным методом. Покрытия наносились методом распыления пульверизатором с промежуточной сушкой слоев.
Полученные после спекания ферритовые образцы в виде таблеток диаметром ~ 8 мм использовались для измерения удельного электрического сопротивления. Удельное объемное сопротивление измерялось на специальном приспособлении с винтовым зажимом. Измерение сопротивления от 1 до 1012 Ом проводилось на тераомметре модели E6-13.
Исследование микроструктуры ферритового порошка, ферритовых гранул и прессованных таблеток проводилось при помощи оптического микроскопа Reichert-Jung (Австрия) с приставкой для измерения размеров, а также на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss Leo 1420 (Германия).
Измерения удельной поверхности ферритовых порошков и гранул проводилось методом БЭТ на приборе TriStar 3000 V6.03 A (в институте проблем керамики).
В третьей главе приводятся результаты экспериментального и теоретического исследования влияния состава и технологических факторов на частотные характеристики и поглощение композиционных магнитных материалов на основе гексагональных ферритов.
Объектами исследований служили композиционные магнитные материалы на основе бариевого гексаферрита, легированного различным количеством ионов Sc3+. Увеличение времени помола гексагонального феррита BaSc1.3Fe10.7O19 от 1 до 50 часов привело к уменьшению среднего размера частиц порошка от 80 до 2-4 мкм, что отразилось в снижении значений поглощения в композиционном материале, которое связано с увеличением нарушенного слоя при сильном механическом воздействии молющих шаров (рис.2). При этом установлено, что частота максимума поглощения не изменяется.
Избыток BaO в количестве 0,4%мол. в ферритах, спеченных в порошке при 1300оС, приводит к смещению частотных характеристик поглощения в область более низких частот и увеличению поглощения композиционного материала на основе феррита BaSc1,2Fe10,8O19.
Установлено, что введение в состав композиционного материала углеродных нанотрубок (УНТ) приводит к увеличению значения поглощения на 15 дБ или приблизительно в 30 раз (при добавке УНТ в количестве 1%масс.)(рис.3), а также увеличению действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости композита и тангенса угла диэлектрических потерь.
 |  | |
| Рис.2 – Частотная зависимость поглощения ЭМИ в КМ на основе гексаферрита при различных временах размола | Рис.3 - Частотные характеристики поглощения в зависимости от содержания УНТ в КМ на основе феррита состава BaSc1,2Fe10,8O19 | |
Полученные результаты измерения адгезионной прочности композиционных материалов на основе феррита BaSc1,2Fe10,8O19 с добавками УНТ показали, что увеличение содержания УНТ в материале приводит к росту адгезионной прочности, а также несколько изменяет характер адгезии композиционного материала к подложке, приводя в отдельных случаях к появлению смешанного типа отрыва.
С целью расширения диапазона существующих ферримагнитных материалов, которые могут эффективно применяться для поглощения электромагнитного излучения, синтезированы и исследованы гексагональные ферриты со структурами Zn2Z, Co2Z, Mg2Z, легированные ионами Ti4+-Co2+, Ti4+-Zn2+ и In3+.
Исследованы магнитные спектры композиционных материалов на основе ферритов со структурами Zn2Z, Co2Z, Mg2Z. Установлено, что замещение в феррите Mg2Z (Ba3Mg2TiхСoхFe24-2хO41) ионов Fe3+ на ионы Ti4++Co2+, Ti4++Zn2+ и In3+в количестве до х = 0,6 а также ионов In3 + в системе Zn1,5Co0,5Z не приводит к существенному изменению действительной, мнимой частей магнитной проницаемости и tg. В то время, как в системах Zn2Z и Co2Z аналогичные замещения в количестве до x = 3,0 приводят к плавному уменьшению действительной части магнитной проницаемости и частоты максимума мнимой части магнитной проницаемости. Замещение ионов Fe3+ ионами (In3+) в структурах Zn2Z при х = 0 – 0,6 не приводит к существенному изменению µ' и µ'', но частота максимума мнимой части магнитной проницаемости сдвигается приблизительно на 200МГц. при х=1, кроме того наблюдается незначительный рост действительной части магнитной проницаемости, что можно связать с уменьшением поля магнитокристаллической анизотропии.
Теоретический расчет изменения удельной намагниченности и температуры Кюри феррита со структурой Mg2Z проводился по формулам:
и
Сопоставление экспериментальных и теоретических зависимостей намагниченности и температуры Кюри (рис.3,4) показали, что ионы Ti4++Co2+, Ti4++Zn2+ и In3+ занимают преимущественно октаэдрические позиции с правым спином, уменьшая суммарную намагниченность феррита. Наиболее сильное влияние на намагниченность и температуру Кюри оказывает замещение ионами Ti4++Co2+. Аналогичные изменения происходят в ферритах со структурами Zn2Z и Co2Z, легированными ионами Ti4++Co2+, Ti4++Zn2+ и In3+. Уменьшение частоты ЕФМР при легировании ферритов со структурами Zn2Z, Co2Z, Mg2Z ионами Ti4++Co2+, Ti4++Zn2+ и In3+ является следствием уменьшения поля магнитокристаллической анизотропии.
На основе материальных уравнений феноменологической модели гиромагнитной среды рассчитаны значения действительной части диэлектрической проницаемости композиционных материалов с наполнителем в виде ферритов Mg2Z в СВЧ диапазоне частот.
 Рис.3 – Изменение намагниченности ферритов со структурой Мg2Z, легированных различными ионами при температуре 20оС |  Рис.4 – Зависимость температуры Кюри для гексагональных ферритов со структурой Mg2Z, легированной различными ионами |
В основу расчета легло то, что в диапазоне СВЧ частотная зависимость составляющей 
практически постоянна. Исходя из того, что частота 
в минимуме коэффициента отражения практически не зависит от потерь в материале и положение минимума коэффициента отражения связано с размерами образца и составляющей 
, действительная часть диэлектрической проницаемости рассчитывалась по формуле:
Здесь неизвестным параметром является число n, которое является номером соответствующего минимума коэффициента отражения. Оно рассчитывалось исходя из выражения:
Экспериментальные результаты и расчетные данные показали увеличение значения диэлектрической проницаемости композиционного материала на основе феррита Mg2Z при увеличении количества замещающих ионов Ti4++Co2+. Такая же зависимость действительной части диэлектрической проницаемости композита на основе феррита Mg2Z была получена при легировании ионами Ti4++Zn2+ и In3+.
В четвертой главе приводятся результаты исследования влияния состава и технологических факторов на частотные характеристики и поглощение композиционных магнитных материалов на основе феррошпинелей. В работе исследовались ферриты со структурой шпинели для формирования композиционных материалов, поглощающих в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.
Объектами исследований служили композиционные материалы на основе порошков ферритов марки 3000НМ с различной дисперсностью. Разделение частиц по размерам проводилось седиментационным методом.
Установлено, что изменение размеров частиц порошка Mn-Zn феррита марки 3000НМ оказывает значительное влияние на электродинамические характеристики композита (рис.5, 6). Уменьшение размера частиц порошка приводит к снижению как действительной, так и мнимой части магнитной проницаемости и смещению максимума '' в область более высоких частот.
С целью исследования влияния технологии синтеза порошковых ферритовых наполнителей на их электродинамические характеристики, обжиг ферритов проводился в виде порошков. Это позволило уменьшить влияние нарушенного слоя, а также уменьшить влияние напряжений в частицах малых размеров, возникающих при их разделении.
Проведенные рентгеноструктурный, термогравиметрический и микроструктурный анализы показали, что после предварительного обжига порошков при температуре 950оС процесс ферритизации полностью завершается, при этом практически не происходит припекания частиц, размер которых составляет 0,5 – 1,5 мкм.
 |  |
Рис. 5 - Частотные зависимости  для композитов на основе феррита 3000НМ | Рис.6 - Частотные зависимости  для композитов на основе феррита 3000НМ |
Спекание феррита в порошке при температурах Tспек от 1000оС до 1250оС приводит к росту магнитной проницаемости композита, что связано с припеканием частиц и плавным ростом размера зерен вплоть до 1250оС (рис.7).
При спекании ферритов в плотноспрессованных таблетках наблюдается падение удельного электрического сопротивления на несколько порядков при температурах обжига выше 1100оС, что сопровождается процессом рекристаллизации.
Увеличение концентрации ионов Zn2+ в феррите Li0,5-x/2ZnxFe2,5-x/2O4 до х=0,5 приводит к росту действительной и мнимой частей магнитной проницаемости композиционного материала и смещение их максимумов в область более низких частот (рис.8).
Легирование цинком приводит также к снижению удельного объемного сопротивления (V) спрессованных ферритов, которое имеет зависимость от режимов охлаждения. При быстром охлаждении ферритов V падает на несколько порядков. При температуре спекания 1150оС и выше происходит рекристаллизация феррита и быстрое падение удельного объемного электрического сопротивления на несколько порядков (рис.9).
 |  |
| Рис.7 - Изменение частотных характеристик µ’, µ’’max, f µ’max, f µ’’max, для КМ на основе Li феррита в зависимости от Тспек в течение 3ч | Рис.8 - Изменение частотных характеристик µ’, µ’’, fµ’max, fµ’’max для КМ на основе феррита Li0,5-x/2ZnxFe2,5-x/2O4 в зависимости от содержания Zn при Тспек = 1050оС в течение 3ч |
Рис.9 – Изменение V для прессованных таблеток Li-Zn феррита в зависимости от Тспек
Измерения магнитных и диэлектрических спектров, а также поглощения Li и Li-Zn ферритов показали, что полученные ферриты по магнитным и диэлектрическим характеристикам не уступают общепринятым стандартным ферритам марок 3000НМ, 400НН и 600НН, имея в несколько раз большую температуру Кюри (табл.2). При этом в композиционных материалах на основе Li и Li-Zn ферритов может быть достигнуто поглощение выше 16 дБ.
Измерение электродинамических характеристик Li-Co феррита показало, что увеличение концентрации ионов Со2+, замещающих Li+Fe, приводит к значительному уменьшению действительной и мнимой части магнитной проницаемости и смещению частот максимумов µ' и µ'' в область более высоких частот (рис.12).
Таблица 2 – Электромагнитные характеристики стандартных ферритов со структурой шпинели и полученных в данной работе Li и Li-Zn ферритов
| Феррит | Р-р част., мкм | µ'50 | µ''max | fµ''max, МГц | ' 50 МГц | '' 50 МГц | ' 1 ГГц | '' 1 ГГц | Поглощ. на 8ГГц, дБ | ТК, оС | ||
| 3000НМ | 40-360 | 4,10 | 1,45 | 1000 | 7,6 | 0,10 | 7,7 | 0,35 | 8,0 | 110 | ||
| 600НН | <150 | 3,50 | 1,03 | 1200 | 4,0 | 0,04 | 3,9 | 0,08 | 7,6 | 110 | ||
| 400НН | <150 | 3,25 | 1,05 | 1200 | 4,0 | 0,04 | 4,1 | 0,09 | 4,3 | 120 | ||
| Li0,5Fe2,5O4 | <150 | 3,30 | 0,92 | 520 | 4,8 | 0,02 | 4,8 | 0,10 | 7,5 | 670 | ||
| Li0,5Fe2,5O4 | <20 | 3,60 | 0,89 | 550 | 7,7 | 0,05 | 7,2 | 0,55 | 13,6 | 670 | ||
| Li0,35Zn0,3Fe2,35O4 | <150 | 5,10 | 1,37 | 700 | 4,5 | 0,02 | 4,6 | 0,07 | 11,8 | 420 | ||
| Li0,35Zn0,3Fe2,35O4 | <20 | 5,00 | 1,32 | 720 | 8,6 | 0,06 | 8,1 | 0,56 | 16,7 | 420 | ||
| Li0,3Zn0,4Fe2,3O4 | <150 | 5,50 | 1,50 | 500 | 4,7 | 0,03 | 4,8 | 0,08 | 11,2 | 360 | ||
| Li0,3Zn0,4Fe2,3O4 | <20 | 5,40 | 1,48 | 520 | 8,8 | 0,07 | 8,3 | 0,57 | 16,4 | 360 | ||
Также как у Li и Li-Zn ферритов сопротивление Li-Со феррита резко падает после прохождения рекристаллизации в прессованных таблетках, которая происходит при температуре спекания 1200оС.
Установлено, что введение в состав Li феррита ионов Co2+ дает возможность плавно изменять частоту поглощения ЭМИ от 10 до 26 ГГц, что позволяет осуществлять частотно-селективное поглощение ЭМИ (рис.13).
 |  | ||
| Рис.12 - Частотные характеристики феррита Li0,5-х/2СохFe2,5-х/2О4 в зависимости от содержания Co2+ (Тспек = 1100оС в течение 3ч, помол) | Рис. 13 – Изменение частот поглощения Li-Co феррита в зависимости от количества замещающих ионов Co2+ | ||
 Рис.14 – Частотная зависимость поглощения ЭМИ в композиционном материале на основе Li0,45Со0,1Fe2,45O4 |  Рис.15 – Частотная зависимость поглощения ЭМИ в композиционном материале на основе Li0,375Со0,25Fe2,375O4 | ||
В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
- Установлено, что технологический процесс размола гексагональных ферритов приводит к уменьшению значений поглощения. Спекание в порошке позволяет получить мелкозернистый ферритовый порошок при малых временах помола, не уступающий по величине поглощения ферриту, спеченному в прессованных таблетках.
- Введение в состав композиционных материалов на основе ферритов добавок углеродных нанотрубок приводит к увеличению поглощения в 30 раз (при добавлении УНТ в количестве 1%мас.).
- Легирование ферритов со структурами Zn2Z, Co2Z, Mg2Z ионами Ti4++Co2+, Ti4++Zn2+ и In3+ приводит к уменьшению удельной намагниченности, уменьшению температуры Кюри и смещению частоты ЕФМР в область более низких частот.
- Измерения магнитных и диэлектрических спектров, а также поглощения Li и Li-Zn ферритов показали, что полученные ферриты по магнитным и диэлектрическим характеристикам не уступают общепринятым стандартным ферритам марок 3000НМ, 400НН и 600НН, имея в несколько раз большую температуру Кюри. При этом в композиционных материалах на основе Li и Li-Zn ферритов может быть достигнуто поглощение выше 16 дБ.
- Введение в состав Li феррита ионов Co дает возможность плавно изменять частоту поглощения ЭМИ от 10 до 26 ГГц, что позволяет осуществлять частотно-селективное поглощение ЭМИ.
- Спекание Li-Co-феррита в спрессованных таблетках приводит к значительному увеличению поглощения, которое составляет примерно 20-26 дБ в широком диапазоне частот.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П., Еремцова Л.Л. Магнитные спектры композиционных материалов на основе ферритов // Электричество. – 2007.– №5.– С. 78-80.
- Чепарин В.П., Смирнов Д.О. Магнитные спектры композиционных материалов на основе гранул Li-шпинели // Вестник МЭИ.–2007.– №5.– С. 14-17.
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П., Еремцова Л.Л. Исследование композитов на основе ферритов. Труды XIV международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике, 2005-2006, Москва, МЭИ, с. 146-147.
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П. Влияние дисперсности порошков на резонансные свойства композитов на основе марганец-цинкового феррита Труды 11-ой Межд. конф. по электромехан., электротехнологии и электротехнич. матер. и компонентам 18-23 сентября 2006, Крым, Алушта с.119-120.
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П.Влияние ионов скандия на резонансные характеристики композитов на основе гексаферритов W и M-типа Труды 11-ой Межд. конф. по электромехан., электротехнологии и электротехнич. матер. и компонентам 18-23 сентября 2006, Крым, Алушта с.121-122.
- Чепарин В.П., Смирнов Д.О., Влияние поверхностно-активных веществ на свойства композита на основе ферритового наполнителя. Труды XII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА", 2006, Москва, МЭИ, с. 50-51.
- Чепарин В.П., Смирнов Д.О., Влияние отжига на мнимую часть комплексной магнитной проницаемости композита на основе феррита 3000НМ. Труды XIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА", 2007, Москва, МЭИ, с. 57-58.
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П., Еремцова Л.Л. Магнитные спектры композиционных материалов Труды XV международной конференции « Радиолокация и радиосвязь и спинтроника 2007, Москва, МЭИ, с. 490-497.
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П. Properties of hexagonal ferrites CoxZn2-x Z. Abstr. Int.conf “Functional Materials”, Ukraine, Crimea 2007, с. 339.
- Чепарин В.П., Смирнов Д.О., Гетерогенные композиционные радиопоглощающие материалы. Труды XIV международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА", 2008, Москва, МЭИ, с. 44-45.
- Чепарин В.П., Барадулин В.Н., Смирнов Д.О. Адгезионные свойства композиционных магнитных материалов, содержащих углеродные нанотрубки Труды 12-ой Межд. конф. по электромехан., электротехнологии и электротехнич. матер. и компонентам 29 сентября – 4 октября 2008, Крым, Алушта, с.67.
- Чепарин В.П., Барадулин В.Н., Смирнов Д.О. Влияние нанотрубок на поглощение электромагнитных волн в композиционных радиопоглощающих материалах Труды 12-ой Межд. конф. по электромехан., электротехнологии и электротехнич. матер. и компонентам 29 сентября – 4 октября 2008, Крым, Алушта, с.96.
- Китайцев А.А., Смирнов Д.О., Чепарин В.П., Шакирзянов Ф.Н., Карпов В.Н. Влияние нанотрубок на поглощение электромагнитных волн в композиционных радиопоглощающих материалах на основе гексаферритов Труды XVI международной конференции «Радиолокация и радиосвязь» 2008, Москва, МЭИ, с. 387-389.
- Серебрянников С.В., Бородулин В.Н., Чепарин В.П., Смирнов Д.О., Конкин Д.Н. Физико-механические свойства композиционных радиопоглощающих материалов на основе ферритов. Труды XVI международной конференции «Радиолокация и радиосвязь» 2008, Москва, МЭИ, с. 579-587.
- Серебрянников С.В., Смирнов Д.О., Чепарин В.П., Китайцев А.А. Свойства гетерогенных радиопоглощающих магнитных композитов. Труды XVI международной конференции «Радиолокация и радиосвязь» 2008, Москва, МЭИ, с. 588-598.
- Чепарин В.П., Смирнов Д.О., Влияние технологического процесса размола ферритового наполнителя для гетерогенных композиционных радиопоглощающих материалов Труды XV международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА", 2009, Москва, МЭИ.
