3 Si,

tDC0CO<ЛCЧ *Ю -

< й

<и С

а а-

щ и а

IS I

н о я :s: о п. со о

г га

ф t- -н с :j

о о о) со

га S 4j п

рпта приходится перестраивать к виду М = ф( *). используя соотношение (1.1).

Намагниченность насыщения ферритов СВЧ невелика по сравнению с металлическими ферромагнетиками и лежит в пределах 18...380 кА/м {1, 2} (табл. 1.1). Практически очень важное значение имеет зависимость намагниченности насыщения от температуры. Из-за де-юриентации магнитных моментов с ростом температуры

Рис. 1.2. Температурные зависимости намагниченности отдельных подрешеток (кривые /, 2) и намагниченности насыщения феррита

(кривые 5)

t намагниченность доменов падает, и при температуре Кюри Ок намагниченность насыщения становится равной нулю. Зависимость Ms=W{t) определяет термостабильность ферритовых приборов, их способность сохранять свои электромагппшыс характеристики на необходимом уровне при работе в задапно.м температурном интервале. Определяя этот интервал, следует иметь в виду, что максимальная рабочая температура не должна превышать значения

макс=-(0.6.,.0,7) вн. (1.3)

Этому (см. ниже (1.4)) соответствует снижение пример но на 1/3 намагниченности насыщения относительно ее значения при комнатной температуре.

Ввиду того, что намагниченность ферримагнетнкл определяется компенсирующими (полностью или часгп! но) друг друга намагниченностями его подрешеток, 1и висимость Ms=4{t) ферритов имеет более сложный ха рактер, чем у ферромагнетиков. Прн этом возможны ппш

случая, которые поясняются кривыми, приведенными на рис. 1.2. Во втором случае (рис. 1.2,6) наблюдается полное исчезновение магнитных свойств феррита при так называемой температуре компонсавдш (температуре Не-еля) внОк. В некотором интервале температур, лежащих между Gh н вк, намагниченность насыщенпяЛ! слабо зависит от температуры и возможно создание термостабильных (в этом интервале) ферритовых приборов.

Температура Кюри 0к нормализованных марок ферритов СВЧ лежит в пределах 100...530°С (см. табл. 1.1), при этом наиболее высокими значениями этого параметра обладают иикелевые и литиевые феррошпинели. На рис. 1.3 приведены экспериментально полученные

ъосч

7cv2

жче zm

-1,0 -

Рис. 1.3. Экспериментальные зависимости намагниченности насыщения от температуры ряда марок ферритов, а также зависимость, рассчитанная по выражению (1.4)

температурные зависимости намагниченности насыщения для ряда наиболее щироко используемых в промышленности марок феррошпинелей и феррогранатов.

Для ориентировочных расчетов значений М. при различных температурах / в диапазоне примерно - 50°С... 0к по известному значению Msg, соответствующему комнатной температуре /о, может быть использовано

с достаточной степенью точности следующее выражение: М,М \/\- . (1.4)

Выражение (1.4) применимо лишь для ферритов, не обладающих промежуточной точкой компенсации (температурой Нееля - 0н). С малой погрешностью зависимость (1.4) соответствует, например, таким стандартизованным маркам: ЗСЧ15, 4СЧ4, 10СЧ-8, ЗСЧ9, 2СЧ1, 15СЧ1, 40СЧ2, 60СЧ, ЗОСЧЗ (рис. 1.3).

Большинство ферритов СВЧ относится к магнитомяг-ким материалам. Параметры их петли гистерезиса - остаточная индукция Вг и коэрцитивная сила Не-обычно известны. Они измеряются вместе с индукцией насыщения Bs баллистическим методом на тороидальных образцах при максимальной напряжеппости поля в образце 4 кА/м (50 Э). Этн параметры используются при оценке работоспособности развязывающих приборов, выполненных на базе циркуляторов, в режиме переключателя.

Помимо магнитомягких ферритовых материалов в миллиметровом диапазоне применяются магнитотвердые гексагональные ферриты - твердые растворы окислов железа и окислов бария (Ва), стронция (Sr), иногда никеля (Ni), скандия (Sc), в той или иной степени разбавленные окисламп алюминия (ферроалюминаты) или окислами хрома (феррохромиты). Гексагональные ферриты обладают очень высокими значениями внутреннего поля анизотропии На. Для различных марок эта величина колеблется от 400 до 1200 кАДм (для сравнения - у иттриевых феррогранатов На = Ъ..Л кА/м). Коэрцитивная сила гексагональных ферритов лежит в пределах 10... 150 кА/м, а остаточная индукция 5,-0,2...0,3 Тл. Их намагниченность насыщения составляет 200...300кА/м, температура Кюри - 400...500°С.

Эти материалы применяются в резонансных вентилях миллиметрового диапазона и позволяют значительно уменьшить габариты и массу магнитных оистем этих приборов.

П. Диэлектрические свойства ферритов СВЧ характеризуют обычно диэлектрической проницаемостью, тангенсом угла диэлектрических потерь и удельным электросопротивлением. (Следует отметить, что последняя величина у ферритов на 11...15 порядков выше, чем у металлических материалов, что обусловливает низкие потери СВЧ энергии.

в дальнейшем под диэлектрической проницаемостью ферритов будем понимать действительную часть комплексной проницаемости еф = еф -/е%. Тангенс угла диэлектрических потерь определяется выражением 12бе = е ф/еф. Следует иметь в виду, что ферриты обладают более или менее выраженными свойствами электронного полупроводника. Явление электропроводности, процессы поляризации и диэлектрические потери определяются в основном так называемыми слабосвязанными электронами, принадлежащими ионам железа или другим катионам переменной валентности. Замедленное, но значительное по величине направленное смещение слабосвязанных электронов под воздействием электрического поля определяет большие значения еф (до 100000) при низких частотах (10 Гц). С увеличением частоты поляризация резко падает и в диапазоне СВЧ еф для используемых марок лежит в пределах 5... 16 (см. табл. 1.1); еф гексагональных ферритов составляет 12...14, а tg6e<10-3 при /=10 ГГц.

Температурные изменения величины еф относительно невелики и практически не влияют на работу ферритовых развязывающих приборов. Значение tg6e несколько возрастает с увеличением температуры. Существенный рост tg6e ферритов наблюдается при работе приборов в условиях повышенной влажности окружающей среды. Открытая пористость ферритов приводит к заметному влагопоглощению и, соответственно, к увеличению диэлектрических потерь на СВЧ. Для обеспечения работоспособности ферритовых приборов в таких случаях целесообразно применять защитные влагонепроницаемые диэлектрические покрытия, которые наносятся на ферритовые вкладыши.

Основные магнитные и диэлектрические параметры стандартизованных марок ферритов СВЧ приведены выше в табл. 1.1.

1п. По механическим свойствам ферриты очень близки к керамике, что объясняется однотипностью химического состава, фазовой структуры и технологических процессов их изготовления. В отличие от многих видов керамики ферриты содержат лишь кристаллическую и газовую фазы. Последняя определяет важный параметр - пористость. Стекловидная фаза в структуре ферритов отсутствует, это определяет большие, чем у керамики, твердость и хрупкость. Наиболее опасны

для ферритов деформации растяжения, изгиба й кручения. Пределы прочности при этих деформациях обычно более чем на порядок ниже, чем при сжатии. Существенное влияние на прочность изделий из ферритов оказывает масштабно-технологический фактор, прочность снижается с увеличением объема образцов и площади их поперечного сечения. С повышением темпера-гуры окружающей среды, а также при наличии в ней поверхностно-активных веществ (воды, ацетона, спирта и т. д.) прочность изделий из ферритов также снижается.

-ffO -W -20

юо т т t,c

Рис. 1.4. Температурные зависимости основных теплофизических параметров феррограната 10СЧ6

Значительно снижают прочность всегда имеющиеся на поверхности изделий микротрещины, возникающие как при охлаждении после обжига, пайки, так и в результате механической обработки. Микротрещины, как и поры, являются причиной возникновения местных концентраций механических напряжений.

Основные механические параметры ряда стандартизованных марок ферритов приведены в табл. 1.2 [3].

IV. Теплофизические свойства ферритов имеют важное значение при выборе материалов для приборов высокого уровня мощности. Эти свойства характеризуются коэффициентами теплопроводности Яф, температуропро-

-1314 17