کامپوزیت های باریوم فریتی نوع Z

در بین فریت های هگزاگونال مغناطیسی نرم، فریت های نوع Z بیشترین توجه را به خود اختصاص داده است. خواص مغناطیسی استاتیک قابل توجه فریت های نوع Z، در جدول 1 آورده شده است. فریت
() یکی از مهم ترین مواد فریتی میکروویو با نفوذ پذیری بزرگ می باشد.

مغناطش اشباع این ماده در دمای اتاق 51emu/g و دمای کوری آن برابر با 690 K می باشد. در دمای اتاق، فریت دارای آنیزوتروپی صفحه ی C با میدان آنیزوتروپی خارج صفحه ای بزرگ ( ) با مقدار برابر با 12 KOe و میدان آنیزوتروپی داخل صفحه ای کوچک ( ) برابر با حدود 12/0 KOe می باشد. نفوذپذیری حقیقی استاتیک () در گستره ی 8 تا 12 و فرکانس رزونانس تقریبا برابر با حدود 5/1 GHz می باشد.
تلاش های زیادی برای بهبود خواص فریت های در فرکانس بالا انجام شده است مخصوصا برای افزایش ، و . یکی از روش های مؤثر جانشینی یون های با سایر یون های دو ظرفیتی است. برای مثال، برای می تواند تا 16 افزایش یابد. این کار با جانشین کردن با در غلظت های Zn برابر باx مساوی 35/1، قابل انجام است. یک نفوذپذیری مغناطیسی افزایش یافته (=21) در فریت های جایگزین شده با ، قابل حصول است ( این فریت ها، بعد از زینترینگ ماده در فشار جزئی اکسیژن (3/101 kPa) قابل تولید می باشند). با جانشینی یون های Cu2+، فریت های هگزاگونال نوع Z می توانند در دمای زینترینگ پایین (1180?) تولید شود. دوپ کردن یک مقدار اندک از SiO_2 می تواند مربوط به فریت های را افزایش دهد. افزایش قابل توجه در در آن دسته از سرامیک های فریتی مشاهده می شود که در آنها از یک میدان مغناطیسی چرخنده، در طی آماده سازی نمونه ها، استفاده شده است.
جایگزینی یون های (بدون یون های Co) موجب می شود تا فریت های نوع Z با آنیزوتروپی محور C ایجاد شود. اگر چه مقدار کاهش می یابد، اما وابستگی دمایی میدان آنیزوتروپی بهبود می یابد. آنیزوتروپی در 1x>، آنیزوتروپی را از حالت صفحه ی C به حالت محور C، اصلاح می کند. وقتی x از 5/0 به 1 تغییر کند، به سرعت از 14 به 5/3 کاهش می یابد. برای ، با جایگزینی Zn از مقدار x مساوی صفر به مقدار 2/1، و به ترتیب از 15 به 21 و از 10 به 12 افزایش می یابد، در حالی که از 8/0 به 3/0 GHz شیفت داده می شود. برای فریت های ، بعد از دوپ کردن 1/0 % وزنی ، مقدار از 10 به 6 کاهش می یابد که علت آن تشکیل فاز گارنت می باشد. جانشینی لانتانیوم با Ba در ، منجر به کاهش و می شود اما برای "ε بزرگ، این کار، موجب افزایش رسانایی فریت می شود.
علاوه بر تکنیک های سرامیکی خاص، سایر فرایندهای دیگر، برای آماده سازی فریت های هگزاگونال مناسب هستند. برای مثال، افزودن شیشه ی Bi-Zn-B می تواند رزونانس را به فرکانس های بالاتر، شیفت دهد. که با استفاده از روش پرس گرم، آماده سازی می شود، دارای فرکانس رزونانس 5/2 GHz است. فاز با خلوص بالا از جنس که دارای برابر با 19.3 می باشد، با آسیاب کاری اولیه ی ذرات نوع M و Y، قابل آماده سازی می باشد. ذرات فریت همچنین با روش سل ژل نیز قابل تولید می باشند. فریت های تولید شده با این روش، می توانند برابر با 14.5 را در فرکانس 10 MHz داشته باشند. افزودن می تواند منجر به یک کاهش در و شود که علت این کاهش، به دلیل ممانعت در رشد دانه ها و افزایش ، رخ می دهد. از یا CuO برای کاهش دمای زینترینگ فریت های ، استفاده می شود اما در این مواد، مقدار بدست آمده، تنها برابر با 9/5 است. با جانشینی یون های Co با یون های مس، فاز می تواند در دماهای نسبتا پایین (c?1180)، تشکیل شود. در حقیقت با جایگزینی مس به میزان 6/0x=، مقدار ’0 µ =13 می شود.
در مقایسه با فریت های بالک، و کامپوزیت های فریتی مربوطه، به طور قابل توجهی کاهش می یابد، در حالی که به فرکانس های بالاتر شیفت داده می شود. برای مثال، کامپوزیت های با 5/0p=دارای، =3، =1.2 و2/3= هستند، در حالی که آن دسته از کامپوزیت های با 35/0p=دارای ، =2.5و =0.8، هستند.
خواص مغناطیسی استاتیک فریت های هگزاگونال نوع Z که با CoZn جانشین شده اند با فرمول شیمیایی (
، در جدول 2 آورده شده است. با جانشینی CoZn، و کامپوزیت های فریتی می تواند به طور قابل توجهی بالا رود (شکل 1). با جانشینی Zn و افزایش آن از مقدار x مساوی صفر به مقدار 2/1، و به ترتیب از 6/2 به 4 و از 1/1 به 1/6، افزایش می یابد. به هر حال، در x کمتر از 8/0، هم و به سرعت کاهش می یابد که علت آن اصلاح آنیزوتروپی از صفحه ی C به محور C می باشد.

نسبتا پایین یکی از محدودیت های اصلی کامپوزیت های فریتی نوع Zی است که در آنها از CoZnاستفاده شده است. بالاترین مقدار ، تنها در نمونه ی با غلظت Co ماکزیمم، بدست می آید. این مقدار تنها برابر با حدود 3 GHz می باشد. برای افزایش بیشتر ، با جایگزینی یون های با ماده ای به نام تشکیل می شود که این ماده دارای بزرگتری است. طیف نفوذپذیری مغناطیسی قابل توجه و خواص میرایی این مواد در شکل 2 نشان داده شده است. وقتی مقدار CoTi از 0 به 5/0 و 1 افزایش یابد، ’0 µ تقریبا بدون تغییر باقی می ماند در حالی که از 2/1 به 6/1 و سپس 8/1 افزایش می یابد و نیز از 3 به 5/3 و بعد به 5/4 GHZ افزایش می یابد. افزایش و مربوط به کاهش در ضرایب میرایی (λ) از مقدار 44/1 به 22/1 و سپس 88/0 می باشد. از مورد نمودارهای RL-f، حد پایین تر ( ) برای باندهای فرکانس مربوط به RL<10 dB، تقریبا یکسان است، در حالی که حد بالایی ( ) به طور قابل توجهی به فرکانس های بالاتر شیفت پیدا می کند. به عنوان یک نتیجه، وقتی میزان جانشینی CoTi (x) از 0 به 5/0 و 1 افزایش می یابد، پهنای باند نسبی ( ) به ترتیب از 1 به 4/2و به 3 و 3/3 افزایش می یابد. علت این مسئله افزایش و کاهش ضخامت کامپوزیت ها (از میزان 35/0 به میزان 30/0 و بعد 25/0) می باشد.

استفاده از یون های یا به جای ، می تواند به طور قابل توجهی را افزایش دهد زیرا این دو یون در ایجاد آنیزوتروپی مگنتوکریستالی، مشارکت دارند. نتایج تجربی نشان داده است که کامپوزیت های فریتی وقتی میزان جانشینی (X) از 0 تا 2/0 و 8/0 افزایش می یابد، از 5/2 به 2/4 و 5/11GHz افزایش می یابد.

به هر حال، و به سرعت و به ترتیب از 1/3 به 4/2 و بعد به 6/1 و از 7/7 به 7/1 و بعد به 8/0، کاهش می یابد (شکل 3).
روش نمک مذاب نیز برای بهبود خواص فریت های مورد استفاده قرار می گیرندو در این روش، بهبود از طریق کنترل مورفولوژی ذرات آنها، انجام می شود. مثالی از روش نمک مذاب، بوسیله ی Lin و همکارانش، گزارش شده است. در این گزارش، NaCl به عنوان فلاکس استفاده شده است. پودر فریت که با این روش آماده سازی شده اند، دارای ذراتی با شکل صفحه ای هگزاگونال، هستند که اندازه ی آنها حدود 40 میکرومتر است. ذرات بزرگ و صفحه ای از جنس ، که به عنوان فیلر مورد استفاده قرار می گیرد، منجر به ایجاد کامپوزیت هایی با و و بالا می شود. از 3/2به 3/3 افزایش می یابد و نیز به میزان 8 % افزایش می یابد. این مقایسه با در نظر گرفتن ذرات فریتی انجام شده است که با تکنیک های سرامیکی متداول آماده سازی شده اند. همین طور، پهنای باند از 1: 3 به 1: 8/3 بسط داده می شود.

مشابه با فریت های نوع w، دوپ شدن اکسیدها، همچنین قادر است تا و کامپوزیت های فریتی
را افزایش دهد. نتایج قابل توجه در جدول 3 و 4 آورده شده است. در بین اکسیدهای مورد مطالعه، جذاب ترین اکسید، است. این افزودنی، موجب افزایش و و می شود. نتایج تجربی نشان داده است که، با افزایش درصد دوپ شونده (δ)، مقدار از 12 برای 0= δ به میزان حدود 19 برای 1-5/1= δ می رسد. این مقدار سپس برای 2= δ به میزان 16 می رسد. افزایش در، موجب کاهش چگالی فریت ها می شود. این مسئله یکی از نتایج استفاده از مواد دوپ شونده است. برای کامپوزیت های دوپ شده با 1 درصد وزنی اکسید تیتانیوم ، مقادیر و و به ترتیب به مقادیر 4، 4/2 و 6/2 GHz می رسد (در مقایسه با مقادیر 6/3، 9/1 و 3/2 برای کامپوزیت های دوپ نشده ی).

شکل 4 طیف نفوذپذیری مغناطیسی و ویژگی های میرایی EM کامپوزیت های تولید شده از فریت های دوپ شده با 1درصد وزنی اکسید تیتانیوم را نشان می دهد. باند فرکانس برای RL<-10 dB از 3 به 5/12 GHz افزایش می یابد که این مقادیر مربوط به برابر با 1: 2/4 و ضخامت 3/0 cm است. برای مقایسه باید گفت، کامپوزیت های فریتی دوپ نشده که دارای برابر با 4/2 تا 1/3 هستند. کامپوزیت های دوپ شده با یک کاندیدای خوب برای استفاده به عنوان مواد کاهنده ی انرژی موج EM با پهنای باند وسیع و ضخامت نازک (در باندهای S ، C و X میکروویو) هستند.