BaMnZnCo-Y型铁氧体微波吸收特性的研究

BaMnZnCo-Y型铁氧体微波吸收特性的研究^*

胡国光　姚学标　尹平　李文凤

　　摘　要　对BaMnZnCo-Y型平面六角晶系微波铁氧体吸收材料的制备和吸收特性进行了分析研究，发现涂层厚为1．08mm在7～12GHz频率范围内有三个吸收峰，峰值最高达34dB。同时比较了在相同工艺条件下，不同Co^2＋、Zn^2＋含量和不同涂层厚度的样品的吸收频率特性。
　　关键词　微波吸收特性　平面六角晶系　Y型铁氧体

Studies of Microwave-Absorbing Properties
of BaMnZnCo-Y Type Ferrites
Hu Guoguang， Yao Xuebiao， Yin Ping， Li Wenfeng
Department of Physics， Anhui University， Hefei 230039

　　ABSTRACT In this paper，the preparation of BaMnZnCo-Y type hexagonal planar crystal microwave-absorbing materials and their absorption properties have been studied and analysized．It is found that when the coat thickness is 1．08mm，three absorption peaks appear in the frequency range of 7～12GHz，and the absorption maximum is 34dB．The frequency dependence of absorption properties of the samples by same process has also been compared with different content of Co^2＋，Zn^2＋ ions and different coat thickness．
　　KEY WORDS microwave-absorbing properties，hexagonal planar crystal，Y-type ferrite

1　引言
　　微波吸收材料在军事和民用上得到了广泛的应用。军事上，吸收材料是隐身技术的基础，除应用于隐形飞机之外，把它涂在大炮、坦克、潜艇、巡洋舰、导弹、导弹发射架和武器仓库外面，起到保护自己打击敌方的作用。民用上，将吸收材料用于微波通讯、微波测量、微波暗室、计算机、微电机等电磁设备上，以消除电磁干扰，防止电磁污染，保护人体的健康；把它用于机场、码头、电视台、接收机及高大建筑物上，以消除雷达虚像和电视重影等。
　　吸收材料种类很多，基本原理是当电磁波通过吸收材料时，它能把电磁波能量转化为其它形式的能量（主要是热能）而消耗掉。本文主要研究Y型平面六角铁氧体吸收材料的制备和它的吸收特性。^［1］

2　实验
　　实验中制备BaMnZnCo-Y型平面六角铁氧体吸收材料的分子式为Ba₂（Mn_0．5Zn_0．5）_2－2xCo_2xFe₁₂O₂₂，式中x分别取0．4，0．6，0．8，1．0。用化学共沉法制得粉料，经球磨和热处理后，再将粉料与石蜡按4∶1混合，加热后均匀涂在胶木板上，制成厚度不同的样品。用反射法测量材料的吸收特性，测试装置如图1所示。

1—微波信号源；2—隔离器；3—定向耦合器；4—精密可变衰减器；5—环行器；6—金属板；7—晶体检波器；8—选频放大器；9—待测样品
图1　吸收特性测试装置

3　实验结果与分析
　　图2示出了涂层厚度为1．08mm的三种不同样品的吸收值随频率的变化曲线。可以看出在7．5～12GHz频率范围内，样品对电磁波能量吸收有三个吸收峰，不同样品吸收峰位置、峰高各不相同。

图2　涂层厚为1.08mm的三种不同样品的吸收值与频率的关系

　　当x＝0．6时，吸收曲线第一峰位置为9．3GHz，吸收峰高20dB；第二峰位置为10GHz，吸收峰高25．2dB；第三峰位于11．1GHz，峰高为24．4dB。
　　当x＝0．8时，吸收曲线第一峰位于8．25GHz，吸收峰高17．3dB；第二峰位于10．12GHz，吸收峰高28．6dB；第三峰位于11．1GHz，峰高为16．8dB。
　　当x＝1．0时，吸收曲线第一峰位置低于7．8GHz；第二峰位于10．2GHz，吸收峰高34dB；第三峰位于11．1GHz，吸收峰高为12．2dB。
　　上述结果表明，随Co^2＋含量增加（x增大），第二峰向高频移动，吸收峰高上升，峰宽变宽；随Zn^2＋、Mn^2＋含量增加（x减小），第一吸收峰高上升且向第二峰靠近，第三峰位置不变，峰高上升，且峰高较高。也就是说，样品在8～11．5GHz频率范围内，对电磁波能量有较大的吸收。
　　文献［2］指出，Y型平面六角铁氧体的磁晶各向异性常数小于零，易磁化平面垂直c轴，沿平面内磁晶各向异性场H^A_φ较低，显示软磁特性。要使M_s离开易磁化平面转向c轴，则要甚高的磁场H^A_θ。多晶铁氧体在不加恒磁场情况下，多晶体内各晶粒是分成很多磁畴，且晶粒是混乱取向的，在微波场作用下，自然共振频率分布在ω_a与ω_α＋ω_m之间^［3］（ω_m＝rM_s，ω_a＝r），随Co^2＋含量增加，H^A_θ增大，自然共振频率向高频段移动，当x＝1时的Co₂Y型铁氧体，H^A_φ＝2．24MA／m，在室温下，H^A_φ＝12kA／m，M_s＝187kA／m。将上述数据代入计算，可以得到自然共振频率在6～12GHz范围。由上述分析可以认为铁氧体吸收曲线上第二吸收峰是由自然共振吸收引起的，随Co^2＋含量增加，吸收峰增高变宽。当x＝1时的Co₂Y样品，峰高达34dB，在8．5～10．5GHz频率范围，样品对电磁波能量的吸收在11．3dB以上，显示出优良的吸收特性。吸收曲线上第一吸收峰位置，频率较低，可能是由畴壁共振吸收引起的。实验表明，随Zn^2＋含量增加，第一峰峰高上升，峰宽变宽，且向第二峰靠近。对Y型平面六角铁氧体，Zn^2＋含量增加，平面内磁晶各向异性场H^A_φ减小，呈现优良的软磁特性。多晶体内磁畴在微波场作用下发生畴壁共振，吸收峰高与静态磁化率χ₀成正比，Zn^2＋含量增加，铁氧体M_s增大，χ₀上升，吸收峰增高变宽。适当控制Zn^2＋含量可以使畴壁共振与自然共振峰相互靠近，铁氧体在很宽的频率范围内对电磁波能量衰减很大，这正是我们所希望的。吸收曲线上第三吸收峰位于较高的频率，可能是介电损耗引起的。铁氧体是铁磁材料，也是介电材料，随Zn^2＋、Mn^2＋含量增加，在铁氧体内部形成不均匀另相，宏观不均匀性增大，造成由固有电偶极子和介面极化引起的介电损耗上升，吸收峰位置虽不变，但峰高和峰宽都在增大。^［3］
　　图3表示了当x＝0．4时，样品的吸收特性随厚度的变化关系。当厚度为1．08mm时，铁氧体在8～10．3GHz范围吸收在10dB以上，随着厚度减小，吸收下降。三种厚度下，最大吸收峰的位置、峰高和频宽如表1所列。

表1　最大吸收峰的位置、峰高和频宽

吸收峰位置／GHz

图3　不同涂层厚度的A～f曲线（x＝0．4）

　　我们可以根据铁氧体使用的频率，选择涂层厚度。

4　结论
　　用化学共沉淀法制备的Ba₂（Mn_0．5Zn_0．5）_2－2xCo_2xFe₁₂O₂₂材料，当涂层厚度1.08mm，在7～12GHz频率范围，吸收曲线有三个吸收峰。我们认为第二吸收峰是由自然共振吸收引起的，第一吸收峰处于较低的频率，可能由畴壁共振引起，第三吸收峰是介电吸收峰。
　　随Co^2＋含量增加，第二峰向高频移动，吸收峰变高变宽。当x＝1时，峰高为34dB，吸收在11.3dB以上，频宽2GHz，对电磁波显示优良的吸收特性。
　　随Zn^2＋含量增加，第一峰向第二峰靠近，第三峰位置不变，第一峰和第三峰峰值增高，峰宽变宽，调整Zn^2＋含量，在较宽的频率范围，铁氧体对电磁波能量有较大的吸收量，具有重要的使用价值。
　　上面是我们对BaMnZnCo-Y型平面六角铁氧体吸收特性的初步研究结果，在铁氧体中掺入不同的金属离子后对电磁波能量吸收峰位置、峰高和峰宽变化的影响，以及如何进一步提高峰值和拓宽频带宽度等问题，尚待深入研究。

　　*安徽省自然科学基金资助课题

作者单位：安徽大学物理系　合肥　230039

参考文献
　[1]廖绍彬著．铁磁学（下）．北京：科学出版社，1988．
　[2]张有纲等．磁性材料．成都：成都电讯工程学院出版社，1988．
　[3]邓龙江等．第八届全国磁学会议文集（二）．1993：623～624

收稿日期：1998-08-10
定稿日期：1999-01-05