Розробка складів нікель-цинкового фериту з високою діелектричною проникністю для радіопоглинаючих матеріалів

Abstract

Розвиток електронного та електро-технічного обладнання відкладає слід у вигляді негативного впливу небажаного електромагнітного випромінювання, від якого захист в Україні рідко зустрічається і фактично не регламентується. В багатьох країнах існують вимоги до електромагнітної сумісності, що поширюються на технічні засоби, схильні до впливу електромагнітних перешкод та є їх джерелом. Зростаюча кількість технічних засобів, таких як радіостанції, радари, високовольтні лінії електропередачі та інші, потребує ефективного захисту від електромагнітного випромінювання. Це особливо важливо в умовах розвитку мікроелектроніки та інформаційних технологій, які мають підвищену чутливість до таких перешкод. Крім того, небажане електромагнітне випромінювання може бути шкідливим для здоров'я людини, сприяючи розвитку онкологічних захворювань. Від захисту від небажаного випромінювання використовуються радіопоглинаючі матеріали, серед яких ефективними є феритові матеріали. Зокрема, Ni-Zn ферити показують хороші результати в поглинанні випромінювання в діапазоні від 50 МГц до 1 ГГц. Зараз зростає затребуваність матеріалів з високою магнітною та діелектричною проникністю для зниження потужності відбитого випромінювання в діапазоні частот від 1 кГц до 50 МГц. Аналіз закордонних наукових публікацій показав, що діелектрична проникність феритів може бути підвищена за рахунок збільшення бар’єрної ємності, обумовленої підвищенням електроопору границь зерен. В роботі досліджено вплив модифікуючих добавок та технологічних параметрів виготовлення нікель-цинкового фериту Ni0,3Zn0,7Fe2O4 для радіопоглинаючих матеріалів. Встановлено оптимальні параметри змішування та подрібнення матеріалу на першій та другій стадіях, що забезпечує отримання випалених зразків з густиною близькою до теоретичної. Для пояснення отриманих властивостей феритів під впливом модифікуючих добавок, приведено модель Окадзакі, згідно з якою різниця електропровідності зерен і зернограничного шару в області високих частот формує бар’єрну ємність. Експериментально встановлено, що збільшення вмісту Fe2O3 в базовому складі понад стехіометрію, а також модифікування досліджуваного складу фериту оксидами кальцію та титану забезпечує збільшення діелектричну проникність, що сприяє отриманню феритів з високим рівнем поглинання в діапазон частот до 50 МГц.

The development of electronic and electrical equipment leaves a trace in the form of negative effects of unwanted electromagnetic radiation, from which protection in Ukraine is rare and is not actually regulated. In many countries, there are requirements for electromagnetic compatibility that apply to technical equipment that is exposed to and a source of electromagnetic interference. A growing number of technical devices, such as radios, radars, high-voltage power lines, and others, require effective protection against electromagnetic radiation. This is especially important in the context of the development of microelectronics and information technology, which are highly sensitive to such interference. In addition, unwanted electromagnetic radiation can be harmful to human health, contributing to the development of cancer. To protect against unwanted radiation, radio-absorbing materials are used, among which ferrite materials are effective. In particular, Ni-Zn ferrites show good results in absorbing radiation in the range from 50 MHz to 1 GHz. Nowadays, there is a growing demand for materials with high magnetic and dielectric constant to reduce the power of reflected radiation in the frequency range from 1 kHz to 50 MHz. An analysis of foreign scientific publications has shown that the dielectric constant of ferrites can be increased by increasing the barrier capacity due to an increase in the electrical resistance of grain boundaries. In this work, the influence of modifying additives and technological parameters of manufacturing nickel-zinc ferrite Ni0.3Zn0.7Fe2O4 for radio-absorbing materials was investigated. The optimal parameters of mixing and grinding of the material at the first and second stages have been established, which ensures the production of fired samples with a density close to the theoretical one. To explain the obtained properties of ferrites under the influence of modifying additives, the Okazaki model is presented, according to which the difference in the electrical conductivity of grains and the grain boundary layer in the high frequency region forms the barrier capacity. It has been experimentally established that an increase in the Fe2O3 content in the basic composition beyond the stoichiometry, as well as modification of the studied ferrite composition with calcium and titanium oxides, provides an increase in the dielectric constant, which contributes to the production of ferrites with a high absorption level in the frequency range up to 50 MHz.