IJS - Odsek za sintezo materialov

Slovensko   English

Novice

Kontakt

 

Vodja odseka

prof. dr. Darko Makovec
darko.makovec@ijs.si 
Telefon: (01) 477 35 79 
 

 

Tajništvo 

Bernarda Anželak
bernarda.anzelak@ijs.si 
Telefon: (01) 477 33 23

Magnetni materiali za uporabo pri visokih frekvencah – keramika

 

Magnetni materiali, ki se uporabljajo pri visokih frekvencah so spinelni feriti, garneti in heksagonalni feriti ali heksaferiti. Heksaferiti so kompleksne spojine v sistemu MIIO-Fe2O3-MeIIO (M = velik kation, npr. Ba, Sr, Ca; Me = kovina prehoda) in kristalizirajo v številnih strukturnih tipih (M, Y, Z, W, X, U), ki se med sabo ločijo po ureditvi osnovnih kristalnih zlogov. Sinteza enofazne keramike na osnovi heksaferitov s kompleksno strukturo zahteva visoko stopnjo homogenosti reaktantov, ki je z običajno sintezo v trdnem ne moremo zagotoviti. Na osnovi študij kemijske kinetike različnih sinteznih pristopov smo uspeli pripraviti enofazno keramiko različnih kompleksnih heksaferitov. Stopnjo homogenizacije in s tem hitrost kemijske reakcije smo povečali:

-        preko dvostopenjske sinteze, kjer smo v prvi stopnji sintetizirali spojine, ki so strukturni del kompleksnih heksaferitov; npr. W = M+S.

-        preko homogenizacije in aktivacije vhodnih prahov z visokoenergijskim mletjem

-        preko homogenizacije ionov v procesu soobarjanja 

 

Primer prednosti dvostopenjske sinteze v trdnem za heksaferit tipa W:  Rentgenski praškovni difraktogram (levo) prikazuje, da pri direktni sintezi nastane zmes spinela (s) in W heskaferita (difraktogram W-1), pri dvostopenjski sintezi preko vmesnih produktov, heksaferita tipa M in spinela, pa lahko pripravimo enofazne W heksaferite (difraktogram W-2), kar potrjuje tudi detekcija ene same Curie-jeve temperature pri 432°C (desno).

 

Zaradi medsebojne podobnosti različnih heksaferitnih  strukturnih tipov, ki se razlikujejo le po medsebojni ureditvi osnovnih kristalnih zlogov, pogosto opazimo napake zloga. Te so še posebej značilne za bolj kompleksne strukturne tipe (npr. W, X, Z, U), zaradi česar heksaferiti izkazujejo velike lastne magnetne izgube in so posebej primerni za absorberje. Razvili smo keramike različnih sestav in mikrostruktur s povečano absorpcijo mikro- in mm valov. V okviru evropskega projekta ABSOFILM smo skupaj s partnerji razvili keramične in kompozitne absorpcijske prevleke za frekvence od 1-60 GHz.

 

Ureditev kristalnih zlogov v heksaferitu tipa U: presek kristalne ravnine (110) z vertikalno osjo c (levo) in posnetek keramike (Ba4Co2Fe36O60) z visokoločljivostnim presevnim elektronskim mikroskopom, kjer so vidne napake zloga U (desno).

 

Keramika Ba4Co2Fe36O60 različne gostote, pripravljena iz prahu sintetiziranega s postopkom visokoenergijskega mletja (HEM, d = 4.2 g/cm3) in iz prahu sintetiziranega s preobarjanjem (CC, d = 3.5 g/cm3): posnetek površine z vrstičnim elektronskim mikroskopom (levo) in odboj elektromagnetnega valovanja (desno: modra – HEM in rdeča – CC).

 

Za integracijo magnetne keramike v mikrovalovne sklope je potrebno njeno pripravo prilagoditi tehnologiji istočasnega sintranja pri nizki temperaturi (angl. LTCC = low-temperature cofiring ceramics). V prvi stopnji je potrebno znižati temperaturo sintranja na 1000 ali celo 900°C. V okviru mednarodnega projekta IMICIMO smo uspeli znižati temperaturo sintranja heksaferitov iz 1300 na 1000°C z delno in hkrati nestehiometrično substitucijo Fe3+ z Cu2+. Pokazali smo, da se hitrost sintranja pri dani temperaturi poveča zaradi nastanka nizkotalne faze na osnovi Cu, kar pa je možno le v primeru nestehiometričnih sestav.

 

Difuzija Cu iz CuO v Ba heksaferit ter difuzija Fe iz Ba heksaferita v CuO pri 1000°C  ("mapping" elementov – levo) omogoča nastanek sekundarnih faz, ki spremenijo poteka sintranja (desno).

IJS - Odsek za sintezo materialov