- •Аннотация
- •Введение
- •1 Аналитический обзор литературы
- •1.1 Особенности кристаллической и магнитной структуры, физические свойства иттрий-железистого граната (y3Fe5o12)
- •1.2 Дефекты нестехиометрии в структуре ижг
- •1.3 Процессы спекания феррогранатов в регулируемой газовой среде
- •1.3.1 Процесс спекания феррогранатов состава y3GaхFe5-хO12
- •1.3.2 Влияние газовой среды на процесс спекания феррогранатов состава y3Fe5о12
- •2 Методика экспериментальных исследований
- •2.1 Технология и основы производства ферритов
- •2.2 Прессование ферритовых изделий
- •2.2.1 Изготовление изделий методом прессования
- •2.2.2 Ферритизация, спекание и другие виды термической обработки ферритовых материалов и изделий.
- •2.3 Методика определения тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости при частотах от 50 до 108 Гц
- •2.3.1 Образцы для испытаний
- •2.3.2 Испытательная аппаратура
- •2.3.3 Проведение эксперимента
- •2.3.4 Определение диэлектрической проницаемости ԑ, тангенса угла диэлектрических потерь tgδԐ и проводимости γ методом волноводных линий
- •2.3.5 Определение ԑ', ԑ" и γ методом «тонкого стержня»
- •2.3.6 Магнитная восприимчивость (метод магнитных весов)
- •3 Результаты экспериментальных исследований
- •3.1 Результаты влияния отжига на основные электромагнитные характеристики
- •3.2 Влияние состава и температуры выращивания на образование пор в монокристалле
- •3.3 Расчет концентрации пор в структуре ижг
- •4 Техника безопасности
- •4.1 Основы электробезопасности при производстве ферритовых элементов
- •4.1.1 Основы техники безопасности при производстве ферритовых изделий
- •4.1.2 Общие положения
- •4.1.3 Обработка сырьевых материалов, помол и приготовление шихты
- •4.2 Общие требования безопасности
- •4.3 Специальные требования безопасности
- •4.3.1 Транспортировка баллонов
- •4.3.2 Хранение баллонов
- •4.3.3 Эксплуатация баллонов
- •4.3.4 Ответственность за невыполнение инструкции
- •4.4 Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи
- •4.4.1 Общие положения
- •4.4.2 Помощь при поражении электрическим током
- •4.4.2.1 Искусственная вентиляция легких
- •4.4.2.2 Наружный массаж сердца
- •4.4.3 Остановка кровотечения
- •4.4.4 Оказание помощи при ранениях
- •4.4.5 Оказание помощи при ушибах
- •4.4.6 Помощь при переломах
- •4.4.7 Помощь при ожогах
- •4.4.8 Помощь при отравлении газами
- •4.4.9 Помощь при микротравмах
- •4.4.10 Первая помощь при отморожении
- •4.4.11 Первая помощь при попадании инородных тел органы и ткани
- •4.4.12 Первая помощь при обмороке, тепловом и солнечном ударах
- •4.4.13 Помощь при укусе животных
- •4.4.14 Взрывные травмы
- •Список используемых источников
1.2 Дефекты нестехиометрии в структуре ижг
Стехиометрические дефекты и включения в структуре ИЖГ возникают из-за недостатка или избытка одной из компонент по сравнению со стехиометрической формулой. Такой недостаток или избыток одной из компонент возникает как в следствии технологических условий выращивания монокристаллов в твердой фазе и синтеза поликристаллов по окcидной технологии, так и требований термодинамики (монокристаллы в твердой фазе растут при избытке Fe2O3). Выращивание монокристаллов и спекание поликристаллов происходит при температурах (1460-1500) °С. При этих температурах в результате диссоциации возникают дефекты по кислороду в кристаллической решетке граната, а включения образуют смесь фаз оксидов железа вюстита, магнетита, гематита. Температура моновариантного превращения гематита в магнетит соответствует 1387 °С.
За этапами роста монокристаллов и спекания поликристаллов следует быстрое охлаждение, в процессе которого кислород не успевает продиффундировать в глубь образца. Поэтому в образцах ИЖГ включения будут состоять из смеси фаз FeO - Fe2O3 - Fe3O4 ,а в структуре граната закаляются дефекты по кислороду:
{Y3-2xFe2x3+}[Fe3+2(1-x-y)Fe2+2y](Fe3+3)O2-12-y{υ00}
Наличие сверх стехиометрии незначительного количества оксидов железа в моно- и поликристаллах ведет к уменьшению их удельного сопротивления, увеличению тангенса угла диэлектрических и магнитных потерь. Однако, разновидности оксидов железа имеют различное удельное сопротивление. Так, удельное сопротивление магнетита составляет единицы Ом∙см, а гематита 1013 Ом∙см, т.е. равно сопротивлению стехиометрического граната. Поэтому основной вклад в потери СВЧ энергии будут вносить ионы двухвалентного железа, имевшиеся в кристаллической структуре и включения оксидов железа низшей валентности.
1.3 Процессы спекания феррогранатов в регулируемой газовой среде
1.3.1 Процесс спекания феррогранатов состава y3GaхFe5-хO12
В процессе спекания феррогранатов состава Y3GaхFe5-хO12 в регулируемой газовой среде с применением метода планирования эксперимента, получены уравнения регрессии, определяющие связь между параметрами технологического процессами характеристиками материала, на основе которых определены оптимальные условия изготовления. Феррогранаты, изготовленные в регулируемой газовой среде по оптимальной технологии, имеют плотность более 99,0% от монолитного материала (рентгеновской), тангенс угла диэлектрических потерь менее 1∙10-4 и магнитных потерь менее 2∙10-4.
С развитием микрополосковой СВЧ-техники и миниатюризацией интегральных ферритовых устройств повышаются требования к магнитным параметрам ферритовых материалов и их плотности, которая определяет дефектность поверхности ферритовых подложек. В настоящее время для изготовления подложек широко используются поликристаллические феррогранаты, спеченные по керамической технологии на воздухе при (1450-1500) оС. Плотность полученного материала составляет 98% от монолитного материала (от рентгеновской). Такая плотность недостаточна для разработки невзаимных устройств с сосредоточенными элементами, так как размеры этих элементов сравнимы с размерами дефектов на поверхности подложек, а это приводит к искажению топологии схемы и снижению выхода годных изделий.
Для повышения плотности поликристаллических ферритов используются:
- добавки легкоплавких компонентов в исходную шихту;
- способы позволяющие повысить дефектность зерен исходной шихты, что ведет к ускорению процесса спекания;
-горячее прессование;
- спекание в атмосфере заданного состава и др.
В данной работе приведены результаты исследования спекания образцов феррогранатов в атмосфере кислорода, совмещающего преимущества процессов спекания в присутствии жидкой фазы и изостатического горячего прессования.