Способ получения поглощающего материала на основе замещенного гексаферрита бария

Изобретение относится к получению магнитно-диэлектрических материалов, поглощающих электромагнитное излучение, и может быть использовано в радиоэлектронной технике при производстве принимающих антенн, осуществляющих селективное радиопоглощение в субтерагерцовом диапазоне (0,09-0,1 ТГц). Материал получают путем синтезирования замещенного гексаферрита бария BaFe12-xAlxO19, где 0.5≤x≤2, из оксидов Fe2О3, Al2O3 и карбоната ВаСО3 с нанесением диэлектрического слоя легкоплавкой эвтектики в процессе единого цикла твердофазной реакции за счет добавления в исходную шихту 1-2 мас.% B2O3. Порошки подвергают мокрому помолу, после чего смесь прессуют и подвергают обжигу на воздухе при 1150-1250°С до спекания, затем медленно охлаждают. Способ получения поглощающего материала является простым, а полученный материал имеет коэффициенты поглощения -19,6…-22,7 дБ и эффективен для поглощения в субтерагерцовой области спектра (0,09-0,1 ТГц). 6 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области получения магнитно-диэлектрических материалов, поглощающих электромагнитное излучение, и может быть использовано в радиоэлектронной технике при производстве принимающих антенн, осуществляющих селективное радиопоглощение в субтерагерцовом диапазоне (0,09-0,1 ТГц).

Известен способ получения композиционного радиопоглощающего материала, состоящего из магнитных частиц (на основе ферритов), диспергированных в полимерном компаунде (см. В.М. Петров, В.В. Гагулин. Радиопоглощающие материалы. Журнал "Неорганические материалы", 2001, т. 37, №2, с. 135-141). Применение данного материала имеет основной недостаток - энергия электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне поглощается только за счет магнитных потерь в феррите (процессы резонанса доменных границ - РДГ и естественного ферромагнитного резонанса - ЕФМР). Данные процессы направлены на поглощение только лишь магнитной составляющей, не учитывая диэлектрических потерь в материале. Как результат - невысокая эффективность (менее -10 дБ) поглощения СВЧ-энергии.

Известен способ получения поглощающего порошкообразного материала (см. Патент USA №5965056, H01Q 17/00, от 12.10.1999), состоящего из магнитной компоненты - никель-цинковый феррит (99,9 вес. %) со структурой шпинели (состав феррита: 49-50 мол. % Fe2O3; 32-35 мол. % ZnO; 3-9 мол. % CuO; и 9-14 мол. % NiO) и диэлектрической компоненты - оксид молибдена (0,1 вес. % MoO3). Основным недостатком данного способа является сложный контроль равномерности распределения диэлектрической компоненты и невысокая степень эффективности радиопоглощения (менее 18 дБ в диапазоне 50-400 МГц).

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения поглощающего материала на основе ферритового наполнителя с нанесенными диэлектрическими слоями на поверхность ферритовых гранул. В качестве прототипа нами принят способ формирования композиционного материала для поглощения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне (см. Патент РФ №2247759 «Композиция для поглощения электромагнитного излучения и способ получения композиции» от 10.03.2005). Для реализации поставленной задачи в прототипе предлагается формировать поглощающий материал путем совмещения связующего с магнитодиэлектрическим наполнителем, в качестве наполнителя используют материал, полученный спеканием при 1150-1250°С и последующего дезагрегирования спека, состоящего из 61,5-86,7 об. % магнитных частиц ферритового материала, полученного химическим осаждением ферритовой фазы из водных растворов, и остальное - из диэлектрических слоев оксидов, осажденных на поверхность магнитных частиц ферритового материала наномолекулярным наслаиванием из газовой среды. В качестве ферритов (магнитная компонента) предлагается использовать такие широко известные радиопоглощающие группы ферритов, как гексаферриты бария с общей формулой BaFe12O19 (с вариацией замещения в А-подрешетке бария на стронций - Ba1-xSrxFe12O19, кальций - Ba1-xCaxFe12O19 или свинец - Ba1-xPbxFe12O19) и феррошпинели никель-цинкового составного ряда Ni1-xZnxFe2O4 (с вариацией замещения никеля и/или цинка на такие металлы, как марганец, кобальт, медь, железо и т.п.). В качестве материала, из которого формируются диэлектрические слои на поверхности частиц ферритов, предлагается использовать такие известные диэлектрики, как оксиды алюминия, кремния, титана и т.п.. Осаждение диэлектрических слоев оксидов на поверхность частиц ферритов проводится методами наномолекулярного наслаивания из газовой среды на специальной установке.

Решение прототипа имеет ряд недостатков. Трудоемкий процесс синтеза феррита и нанесения диэлектрических слоев. В прототипе указан метод химического осаждения из жидкой фазы (раствор нитратов соответствующих катионов) с последующим отжигом при 1150-1250°С (6 часов) с последующим нанесением диэлектрических слоев на поверхности феррита с использованием специализированной аппаратуры (наномолекулярное наслаивание из газовой среды). Также недостатком являются относительно невысокие коэффициенты поглощения СВЧ-энергии (-2.6…-11.8 дБ в диапазоне 0.5-40 ГГц).

Технический результат - упрощение способа получения поглощающего материала (синтез гексаферритов и нанесение диэлектрических слоев на поверхность зерен в едином цикле твердофазной реакции), эффективного для поглощения (коэффициенты поглощения -19,6...-22,7 дБ) в субтерагерцовой области спектра (0,09-0,1 ТГц).

Технический результат достигается тем, что синтезируют замещенный гексаферрит бария BaFe12-xAlxO19, 0.5≤х≤2, из оксидов Fe2O3, Al2O3 и карбоната ВаСО3, взятых в строго стехиометрическом соотношении, при этом перед смешиванием в исходную шихту из смеси оксидов и карбоната добавляют легкоплавкую эвтектику - В2О3 1-2 мас. %, смешанные порошки подвергают мокрому помолу, после чего смесь порошков прессуют и подвергают синтезирующему обжигу на воздухе при 1150-1250°С до спекания, а затем медленно охлаждают.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Поглощающий в субтерагерцовом диапазоне (~0.1 ТГц) материал формируется на основе поликристаллического гексаферрита бария с замещением ионов железа в В-подрешетке диамагнитными ионами алюминия BaFe12-xAlxO19 (где 0.5≤х≤2) с нанесением диэлектрического слоя легкоплавкой эвтектики В2О3 (1-2 мас. %) в едином цикле твердофазной реакции. Замещение ионов железа диамагнитными ионами алюминия увеличивает магнитокристаллическую анизотропию и может приводить к управляемому смещению пика поглощения (ЕФМР), в зависимости от предпочтения занимаемых кристаллографических позиций. Также диамагнитное замещение, за счет образования сильной несимметричной ковалентной связи пустыми d-оболочками диамагнитных ионов с окружающими анионами кислорода, способно значительно повысить удельное электросопротивление гексаферрита.

Поликристаллические образцы замещенного гексаферрита бария BaFe12-xAlxO19 получают из оксидов Fe2O3, Al2O3, и карбоната ВаСО3 (все квалификации ОСЧ), взятых в строго стехиометрическом соотношении. Расчеты масс составных компонентов образцов и формирование навесок производить в соответствии со стехиометрическим соотношением общего уравнения реакции:

ВаСО3+{(12-х)/2}*Fe2O3+{х/2}*Al2O3 → BaFe12-xAlxO19+CO2 ↑ (0.5≤х≤2)

Перед смешиванием в исходную шихту (смесь оксидов и карбоната) добавить легкоплавкую эвтектику - оксид бора (В2О3) в количестве 1-2 мас. %. Смешанные с соблюдением стехиометрии порошки подвергать мокрому помолу с добавлением этилового спирта на шаровой мельнице в течение 2 ч. После помола и сушки исходные смеси порошков прессовать на гидравлическом прессе в цилиндрической форме (диаметр 10 мм, высота 5 мм). Компактированные составы подвергать синтезирующему обжигу на воздухе при 1200°С в течение 6 ч, а затем после промежуточного помола в течение 0.5 ч, образцы вновь компактировать и спекать при 1200°С в течение 3 ч. После спекания образцы медленно охлаждать со скоростью ~ 100°С/ч.

Предложенный способ получения поглощающего материала является более технологически выгодным по сравнению с методом, предложенным в прототипе, за счет уменьшения количества стадий при синтезе гексаферритов и упрощения способа нанесения диэлектрических слоев на поверхность зерен гексаферрита.

Как следствие предложенного метода (с использованием легкоплавкой эвтектики), были сформированы материалы на основе замещенного гексаферрита бария BaFe12-xAlxO19 (где 0.5≤х≤2) с диэлектрическим слоем (B2O3) на поверхности зерен. Измерения поглощающих характеристик в субтерагерцовом диапазоне (0.07-0.1 ТГц) показали высокую эффективность поглощения энергии электромагнитного излучения при использовании предложенного метода.

Отмечено, что при синтезе поглощающих материалов на основе замещенного гексаферрита бария BaFe12-xAlxO19, полученного по стандартной керамической технологии с нанесением диэлектрического слоя В2О3, коэффициент поглощения достигает -19,6…-22.7 дБ при частотах 96.4-97.1 ГГц (0,0964-0,0971 ТГц), что является значительным преимуществом по сравнению с использованием в том же частотном диапазоне материала на основе замещенного гексаферрита бария BaFe12-xAlxO19, полученного по стандартной керамической технологии без диэлектрического слоя В2О3.

Пример 1.

Поглощающий материал на основе замещенного гексаферрита бария BaFe11,5Al0,5O19 получают из оксидов Fe2O3, Al2O3 и карбоната ВаСО3 (все квалификации ОСЧ), взятых в строго стехиометрическом соотношении. Расчеты масс составных компонентов образцов и формирование навесок производить в соответствии со стехиометрическим соотношением общего уравнения реакции:

ВаСО3+5,75*Fe2O3+0,25*Al2O3 → BaFe11,5Al0,5O19+CO2

Перед смешиванием в шихту добавить низкотемпературную эвтектику - оксид бора (В2О3) в количестве 1 мас. %. Смешанные с соблюдением стехиометрии порошки подвергать мокрому помолу с добавлением этилового спирта на шаровой мельнице в течение 2 ч. После помола и сушки исходные смеси порошков прессовать на гидравлическом прессе в цилиндрической форме (диаметр 10 мм, высота 5 мм). Компактированные составы подвергать синтезирующему обжигу на воздухе при 1200°С в течение 6 ч, а затем после промежуточного помола в течение 0.5 ч образцы вновь компактировать и спекать при 1200°С в течение 3 ч. После спекания образцы медленно охлаждать со скоростью ~ 100°С/ч.

На Фиг. 1 и 2 представлены частотные зависимости коэффициента поглощения замещенного гексаферрита бария BaFe11,5Al0,5O19, полученного по стандартной керамической технологии без нанесения диэлектрического слоя В2О3 (Фиг. 1), и замещенного гексаферрита бария BaFe11,5Al0,5O19 полученного по стандартной керамической технологии с нанесением диэлектрического слоя В2О3 (Фиг. 2). Отмечено, что при использовании способа, описанного в данной заявке (с добавлением оксида бора), эффективность поглощения в субтерагерцовом диапазоне увеличивается и достигает - 22.7 дБ.

Пример 2.

Поглощающий материал на основе замещенного гексаферрита бария BaFe11Al1O19 получают из оксидов Fe2O3, Al2O3 и карбоната ВаСО3 (все квалификации ОСЧ), взятых в строго стехиометрическом соотношении. Расчеты масс составных компонентов образцов и формирование навесок производить в соответствии со стехиометрическим соотношением общего уравнения реакции:

ВаСО3+5,5*Fe2O3+0,5*Al2O3 → BaFe11Al1O19+CO2

Перед смешиванием в исходную шихту добавить низкотемпературную эвтектику - оксид бора (B2O3) в количестве 2 мас. %. Смешанные с соблюдением стехиометрии порошки подвергать мокрому помолу с добавлением этилового спирта на шаровой мельнице в течение 2 ч. После помола и сушки исходные смеси порошков прессовать на гидравлическом прессе в цилиндрической форме (диаметр 10 мм, высота 5 мм). Компактированные составы подвергать синтезирующему обжигу на воздухе при 1200°С в течение 6 ч, а затем после промежуточного помола в течение 0.5 ч, образцы вновь компактировать и спекать при 1200°С в течение 3 ч. После спекания образцы медленно охлаждать со скоростью ~ 100°С/ч.

На Фиг. 3 и 4 представлены частотные зависимости коэффициента поглощения замещенного гексаферрита бария BaFe11Al1O19, полученного по стандартной керамической технологии без нанесения диэлектрического слоя B2O3 (Фиг. 3), и замещенного гексаферрита бария BaFe11Al1O19, полученного по стандартной керамической технологии с нанесением диэлектрического слоя B2O3 (Фиг. 4). Отмечено, что при использовании способа, описанного в данной заявке (с добавлением оксида бора), эффективность поглощения в субтерагерцовом диапазоне увеличивается и достигает -23.1 дБ.

Пример 3.

Поглощающий материал на основе замещенного гексаферрита бария BaFe10Al2O19 получают из оксидов Fe2O3, Al2O3 и карбоната BaCO3 (все квалификации ОСЧ), взятых в строго стехиометрическом соотношении. Расчеты масс составных компонентов образцов и формирование навесок производить в соответствии со стехиометрическим соотношением общего уравнения реакции:

ВаСО3+5*Fe2O3+Al2O3 → BaFe10Al2O19+CO2

Перед смешиванием в шихту добавить низкотемпературную эвтектику - оксид бора (B2O3) в количестве 2 мас. %. Смешанные с соблюдением стехиометрии порошки подвергать мокрому помолу с добавлением этилового спирта на шаровой мельнице в течение 2 ч. После помола и сушки исходные смеси порошков прессовать на гидравлическом прессе в цилиндрической форме (диаметр 10 мм, высота 5 мм). Компактированные составы подвергать синтезирующему обжигу на воздухе при 1200°С в течение 6 ч, а затем после промежуточного помола в течение 0.5 ч образцы вновь компактировать и спекать при 1200°С в течение 3 ч. После спекания образцы медленно охлаждать со скоростью ~ 100°С/ч.

На Фиг. 5 и 6 представлены частотные зависимости коэффициента поглощения замещенного гексаферрита бария BaFe10Al2O19 полученного по стандартной керамической технологии без нанесения диэлектрического слоя В2О3 (Фиг. 5), и замещенного гексаферрита бария BaFe10Al2O19, полученного по стандартной керамической технологии с нанесением диэлектрического слоя В2О3 (Фиг. 6). Отмечено, что при использовании способа, описанного в данной заявке (с добавлением оксида бора), эффективность поглощения в субтерагерцовом диапазоне увеличивается и достигает -23.1 дБ.

Способ получения поглощающего электромагнитное излучение материала в виде спеченного ферритового наполнителя с диэлектрическим слоем на поверхности ферритовых гранул, отличающийся тем, что синтезируют замещенный гексаферрит бария BaFe12-xAlxO19, где 0.5≤х≤2, из оксидов Fe2O3, Al2O3 и карбоната ВаСО3, взятых в строго стехиометрическом соотношении, при этом перед смешиванием в исходную шихту из смеси оксидов и карбоната добавляют легкоплавкую эвтектику - В2О3 1-2 мас.%, смешанные порошки подвергают мокрому помолу, после чего смесь порошков прессуют и подвергают синтезирующему обжигу на воздухе при 1150-1250°С до спекания, а затем медленно охлаждают.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокационной маскировки объектов и может быть использовано для снижения эффективной площади рассеяния воздухозаборника самолетного двигателя в передней полусфере.

Изобретение относится к средствам для защиты от электромагнитных полей: электротехнических и электронных. Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения, состоящий из полимерной основы с распределенными в ней частицами сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B, представляющий собой многослойную конструкцию, каждый слой которой выполнен из указанного состава, а содержание частиц сплава в каждом слое составляет 70-90 мас.

Изобретение относится к электротехнике, к системе обеспечения транспортных средств энергией посредством магнитной индукции. Технический результат состоит в использовании намагничиваемого материала для экранирования части окружающей среды.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к получению полимерных композиций, предназначенных для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к материалам для поглощения электромагнитных волн, и может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения радиолокаторами объектов морской, наземной, авиационной и космической техники, а также обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных и радиотехнических приборов и устройств.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к материалам для поглощения электромагнитных волн, и может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения радиолокаторами объектов морской, наземной, авиационной и космической техники, а также обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных и радиотехнических приборов и устройств.

Изобретение относится к поглотителям электромагнитных волн (ЭМВ) в диапазоне сверхвысоких частот. Техническим результатом является электрическое управление величиной поглощения ЭМВ независимо на различных участках защищаемой поверхности объектов; управление диаграммой направленности и поляризацией отраженных ЭМВ; модуляция и фрагментация отраженных сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиопоглощающим покрытиям (РПП) электромагнитных волн (ЭМВ), и может быть использовано в сверхширокополосных антенных системах.

Изобретение относится к получению нанокристаллического магнитомягкого порошкового материала для изготовления широкополосного радиопоглощающего композита. Способ включает измельчение аморфной ленты из магнитомягкого сплава на молотковой дробилке до частиц 3-5 мм и затем измельчение в высокоскоростном дезинтеграторе.

Изобретение относится к области создания конструкционных радиопоглощающих материалов, которые используются для изготовления корпусных конструкций объектов техники двойного назначения.

Изобретение относится к способу получения фотохромных оптических изделий. Способ включает (i) нанесение первого органического растворителя на поверхность оптической подложки с образованием смоченной органическим растворителем поверхности оптической подложки, (ii) нанесение отверждаемого фотохромного состава на смоченную органическим растворителем поверхность оптической подложки и (iii) по меньшей мере частичное отверждение вышеупомянутого отверждаемого слоя фотохромного покрытия.

Изобретение относится к листу или заготовке с предварительным покрытием, содержащим стальную подложку для термической обработки, перекрываемую поверх по меньшей мере одного участка по меньшей мере одной из ее основных поверхностей предварительным покрытием.

Изобретение относится к радиоэлектротехнике, в частности к получению полимерных композиций, предназначенных для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах.

Изобретение относится к технологии специальных покрытий, обладающих способностью поглощать электромагнитное излучение определенного диапазона частот и используемых в различных областях - в строительстве и промышленности для наружных покрытий зданий и оборудования, а также в военной технике для задач маскировки и камуфляжа.

Изобретение относится к области радиопоглощающих материалов и покрытий. Описано защитное покрытие на основе полимерного композиционного радиоматериала, содержащее наполнитель и эпоксидную смолу в качестве полимерного связующего, в котором в качестве наполнителя использованы многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) в следующей концентрации, мас.

Изобретение относится к применению содержащей оксид цинка фритты с содержанием ZnO, лежащим в диапазоне от 20 до 75 мас. %, в качестве поглощающего УФ-излучение средства для защиты от УФ-излучения поливинилхлорида.

Изобретение относится, главным образом, к составам для покрытия, которые пропускают инфракрасное излучение и демонстрируют стабильность цвета. Изобретение также относится к отвержденным покрытиям, нанесенным на подложку, а также способам, пригодным для использования составов для покрытия.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для изготовления поглотителей электромагнитного излучения 5-миллиметрового диапазона (52-73 ГГц). Радиопоглощающий материал содержит полимерное связующее и наполнитель - углеродные нанотрубки, предварительно обработанные в смеси серной и азотной кислот, при следующем содержании компонентов, мас.%: полимерное связующее - 95-99,9; углеродные нанотрубки - 0,1-5.
Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к покрытиям пассивной терморегуляции класса «истинный поглотитель» («ИП»). Терморегулирующее покрытие класса «истинный поглотитель» выполнено из композиции, включающей неорганическое силикатное связующее и магнетит.
Изобретение относится к антирадарному покрытию, включающему вещество ВК-6, которое добавляется в бесцветный лак НЦ. Технический результат - получение покрытия, поглощающего электромагнитные волны в широком диапазоне, исключая проникновение этих волн вглубь, при этом покрытие нетрудоемкое и доступно при изготовлении и найдет применение в быту и технике.

Изобретение относится к получению магнитно-диэлектрических материалов, поглощающих электромагнитное излучение, и может быть использовано в радиоэлектронной технике при производстве принимающих антенн, осуществляющих селективное радиопоглощение в субтерагерцовом диапазоне. Материал получают путем синтезирования замещенного гексаферрита бария BaFe12-xAlxO19, где 0.5≤x≤2, из оксидов Fe2О3, Al2O3 и карбоната ВаСО3 с нанесением диэлектрического слоя легкоплавкой эвтектики в процессе единого цикла твердофазной реакции за счет добавления в исходную шихту 1-2 мас. B2O3. Порошки подвергают мокрому помолу, после чего смесь прессуют и подвергают обжигу на воздухе при 1150-1250°С до спекания, затем медленно охлаждают. Способ получения поглощающего материала является простым, а полученный материал имеет коэффициенты поглощения -19,6…-22,7 дБ и эффективен для поглощения в субтерагерцовой области спектра. 6 ил., 3 пр.

Наверх