Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Метод Вернейля так же, как и метод Бриджмена, эффектиаеи для кристаллизации марганецсодержвщих ферритоа. Зтими методами выращиваются монокристаллы в промышленных условиях. Приготовленная керамическим способом тсмкодисперсная шихта из бункера аппарата Вернейля под воздействием ударного механизма засыпается малымн порциями в пламя кислородно-водородной смеси, плавится и питает каплю расплава на поверхности роста кристалла. Медленно опускаясь вместе со свечой (крисгаллоносителем), кристалл нарастает в результате охлаждения капли.
Поступление шихты и опускание кристалла уравновешиваются, чтобы цоверхносгь капли оставалась на постоянном уровне и проходила через температурный фокус пламени. Фронт роста должен иметь плоскую или слегка выпуклую форму. Метод Вернейля позволяет со скоростью несколько миллиметров в час получать большие монокристаллы (були) цилиндрической нли грушевидной формы. Преимуществами метода явлшотся возможность контроля за ростом, отсутствие загрязняющих кристалл флюсов, дешевые тигля и точная регулировка температуры.
Однако вследствие высоких температур кристаллы имеют большие внутренние напряжения, стехиомегрические соотношения компонентов нарушаются из-за восстановления феррита и испарения летучих компонентов. Технологический режим задается параметрами шихты, роста н охлаждения кристаллов. Шихта должна быть сыпучей, дисперсной, цднофазной. Мощность пламени, соотношение окислительной (центральной) и восстаноаительной (периферической) зон, горизонталь- ные н вертикальные градиенты температур определяются расходами кислор<жа и водорода, размерами камеры смещении этих газов в горелке. Мощность горения максимальна при объемном соотношении Нз: Ох=2. В лабораторых условиих методом Вернейля выращиваютсн були УзГезОп диаметром 5...8 мм и длиной до 25 мм, ВГеОз(й-Ен. ТЬ.
Ог))— длиной до 20 мм и ВаГемО,з длиной до 70 мм. /(ля выращивания моиокристаллоз ферритоз в лабораторных условиях используются также методы: Чохрзльского, зонной плавки и гидротермальных растворов. Монокристаллы ферритов лишь приближенно можно рассматривать как однородные. Они в той или иной степени содержат дефекты, поторые сопутствуют неравнонесному росту и которые называются росговыми в отличие от дефектов обработки.
Ростовые дефекты обусловливают секгориальное к зонарное строение монокристаллов, видимая симметрия их при этом снижается. Примеси и отклонения от нестехиометрни составл нют точечные дефекты, дислокации — линейные, напряжения, сегрегация, включения — объемные. 9.3. СВОЙСТВА И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В современной электронике в зависимости от функционального назаачения и диапазона частот применяются феррогранвты, феррошпннели и гексаферриты.
В настоящем разделе приводятся основные параметры материалов: намагниченность насыщения, напряженность поля (или константа) «ристаллографической аиизотропии, температура Кюри, электрическое сопротивление,а такжеспецнальные параметры материалов. В диапазоне СВЧ качества монокристаллического материала характеризуется собственной шириной кривой ФМР 1зуй= =2зз,/у или собственной магнитной добротностью Язlй/АМ, (9.1) где М= Нз — Н.М. — внутреннее поле в образце; Ф, — коэффициент размагничивания з направлении приложенного поля Из.
Собственная добротность образца зависит от его формы и определяется относительно внешнего резонансного поля Нз: Яа= Нз/АНз. (9.2) Ширина кривой ФМР эллипсоидальвого образца АНю связана с собственной шириной кривбй ФМР вещества АН,=2ы,/у соотнгаце- нием (4 9.3) Свойства и параметры люнакристаллическил материалов 173 КЯ/м ЛН«= Ъ|5 . (9.3) ' у(Н« — НМ) Таблица У.У. Оснавмые нараметры некоторых манакристаллов феррогранатов Намагниченность илсыщеини М., кА/и Ширина кривой ФМР ЛН, А/и Реитгевозская плотность щ. г/см' Поле зии- зотрознн Н„кд/и Точка Кюри Зх, К Моно- кристалл Состав 148,0 140.0 120,0 65,6 49,6 34,4 24,0 16,0 11,2 48 48 48 48 96 48 80 64 80 2,00 3,40 3,40 0,88 1,76 1,84 2,16 2,40 513 556 543 443 498 448 433 4.1 8 395 5,13 5,! 7 5,!9 4,00 4,26 4,! 6 4,19 4,20 4,16 !50 КГ !40 КГ-1 120 КГ 65 КГ 50 КГ 35 КГ 25 КГ !5 КГ 12 КГ У Зс У Ре У Ре Сра Са Н:Ое В! Са )Р В! Са )/:!п 1 Са '«Рр1п И р Са )/:!и г( 1 Са рг:1п (ч П р н м е ч а н и е.
Значения намагниченности насыьцения приведены умноженными на 4п. Здесь ы, — частота релаксаций; Н,— коэффициент размагничивания вдоль направления поля (ось г) . По мере приближения Нр к М,Н, собственная добротность ()р уменьшается. Граничная частота (частота «отсечки»), при которой внутреннее поле, а следовательно, и добротность обращаются в ноль, определнется намагниченностью насыщения и полем анизотропии материала: ю,р=у)Ф,М,+Н,Т(О)(.
(9.4) где Е(О) — функция углов между направлением внешнего поля и кристаллографическими осями. Например, для сферических образцов иттриевого феррограната граничная частота, рассчитанная по намагниченности, 1,р=ы,р/ /2ягл 1600 МГц, а для дисков, имеющих отношение диаметра к толщине 30, 1щгз!20 МГц.
Рабочая частота приборов всегда выше расчетной граничной частоты на 200...500 МГц из-за влияния полей анизотропии и дефектов кристаллов. Собственная добротность сферических образцов иттрневого феррограната почти во всем диапазоне СВЧ составляет 4000...6000. .Для характеристики качества монокристаллического ферритового резонатора, связанного с элехтродинамической системой, используется нагруженная добротность г/„= н,/лн„, (9.5) гля Нр = ыр/т = () Нр + ( Н Н ) М ) (Нр+ ( Нр — Н)М4'м-- резонансное псле для зллипсоида, ЛН, — нагруженная ширина резонаис- Рис.
9.2. Температурная зависимость намагниченности насыщения иттриевого феррограната ной кривой с учетом связи; Н, и Нр — коэффициент размагничивания эллнпсоида вдоль осей л и у соответственно. В д и а п а зон е НЧ и ВЧ применяются монокристаллы феррошпинелей. Для головок видеозаписи применяются в основном Мп— Хп и 53 — Хп ферриты. Монокриствллы феррошпинелей и ориентированные сердечники из ннх характеризуются намагниченностью насыщения М., начальной магнитной проиицвемостью рм проницаемосгью на частоте 5 МГц, тангенсом угла магнитных потерь(85, и удельной проводимостью т.
ФЕРРОГРАНАТЫ. Монокристаллы феррогранатов обладают сравнительно малыми значениями намагииченнскти насыщения М„= = — 24,0...160 кА/м (300...2000 Гс], поля анизо- [равш 9[ А(ококригталлические ферритовые материалы 174 й)() 2(Т) Х() 9()О ба'+ распределение катнонов становится более сложным. Зависнмости намагниченности насыщения ат содержання алюминия и галлия показаны на рнс.
9.4. Уменьшение М. с ростом х в У вЂ” баферрогранате сопровождается увеличением поля аннэотропин. Для уменьшения граничной частоты этих материалов необходимо уменьшить Н,. С этой целью в состав вводится (п нли 5с. Температурные зависимости намагниченности прн различном содержании галлия в нттрневам гранате показаны на рнс. 9.5. Иттрнй — нндневый, нттрнй — скаядвевый в кттрнй — хромовый феррогрвнатыг [уз[[Гег-*Ме4Гез)бгг, где Ме — 1п, 5с, Сг. Прн замещения октаэдрических ионов железа ианамк 1пз+, 5сз+ н Сг"+ до концентрации хгС0,2 в областн низких температур намаг- гропни Н.=0...3 «А/м [О...!ОО Э) н малой шнрнной резонансной кривой.
Благодаря этому они прнменякпся в СВЧ приборах дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн. Г1ромышленные марки н основные параметры манокрнсгаллов феррогранатав приведены з табл. 9.9. Иттрневый феррогранат (нттрий -- железный гранат, ИЖГ). Идеальный двухподрешеточный феррнмагнетнк [Уз[рез[(Гез)бгг— прототип группы феррогранатов.
Магнитные свойства при комнатной температуре приведены в табл. 9.9. Температурная зависимость намагниченности насыщенна М. показана на рнс. 9.2. Прн оседании фильтров, ограничителей мощности н других приборов, а основе которых лежит явление ФМР, аннзатропия резонансного поля приводит к необходимости прецизионной ориентировки образцов па заданным крнсталлографнческим направлениям. Добавки небольших количеств ионов скандня 5сзт, индия 1пз+ нли кобальта Сот', компенсированных четырехвахентнымн ионзмн, например германием бе'+, в ИЖГ позволяют уменьшить поле анизотропни при комнатной температуре (х=0,003 в формуле УзГез або,бе,01г) и получить материал с малонзменяющимся (термосгабнльным) полем аннзотропнн в широком интервале температур.
Ширина линии ФМР оптически полированных сфернчесннх образцов ИЖГ зависят аг температуры (рнс. 9.3) н линейно возрастает с частоюй. Иттрнй — алюминиевый н нттрнй — галляевый феррагранаты. Для получения матернвхав с малой намагниченностью по сравнению с ИЖГ часть ионов железа в теграэдрической подрешетке замещается диамагннтными ионами АГ+ нли бах+: [Уз[раз[(рез — *А( )Озг н [Уз[Гег[(Гез — ба,)Ом (х(0,5). Прн больших концентрациях А1'+ и () ([4 ()8 (,2 [б Рнс. 9.4. Зависимость намагниченности нзсыщения феррогранатов от содержания х замещающих ионов ба, А1, 1п, 5с, Н, Сг (х — содержание днамагннтного номпонента и Сг в кристаллохнмнческай формуле УзГез,Ме,б~г и ВИ г,Саг,рез „Ч Огг Рис. 9.3.
Температурная зависимость шнрнны кривой ФМР АНз полированного сферического образца нттрнеаого феррограната прн различных частотах 175 [4 9.3] Свойства и лораметры мояокристалляческих хютериалоа хл/м вв Таблица Гс/0. Свойства монокристаллов феррогранатов при комнатной температуре П р и м е ч а н и е. Значения намагниченности насыщения приведены умноженными на 4я. В гав 4ВП и Рис. 9.5.
Температурная зависимость намагниченности насыщения иттрий — галлиевого феррограната Узрез — Оа Ом ниченность насыщения возрастает по сравнению с ИЖГ. При х х0,2 замещение перестает быть яреимушесгаенно октаэдрическим и намагниченность уменьшается. Зависимости намагниченности насыщения М„от содержании Сг'+, 1ях+, Зсз+ показаны на рис. 9.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
