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有机磁性材料及其在高频微波电子器件中的应用
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有机磁性材料及其在高频微波电子器件中的应用
林 云1，林展如2，干久志2
（1．深圳康源有机磁业公司，广东深圳 518038；
2．四川师范大学 化学系，四川成都 610066）
摘 要：与铁氧体比较，经共混改性的有机磁性材料比重小、易热压成型，有良好的抗冲击（温度和振动）、抗辐照和抗老化性能，可用于制作高性能的高频、微波电子器件，例如定向耦合器（一分支器）、二路90°功率分配/合成器和带通滤波器等，与传统的铁氧体同类器件比较，在一定频段内综合性能较优。
关键词：有机磁性材料；性能；微波器件
1 前言
现代电子器件正朝轻量化、小型化和平面化，即轻、小、薄方向发展。虽然，铁氧体已广泛用于电子器件，但它比重大、易碎裂、难加工，难以适应航天、军工某些特殊要求。为寻求新一代轻质、易加工以及抗冲击性良好的磁性材料，近年来，我们结合国情，用国产原料和独特的合成方法，发展一条与美、日、俄等国不同的合成路线[1]，成功地研制出一系列常温稳定的有机磁性材料。这些材料经物理处理和化学共混改性，成为一类有良好抗冲击、抗辐照和抗老化的新型轻质有机磁性材料，并在成都地区许多电子专家的协助下，制作了一系列性能优良的高频、微波器件[2,3]。预料，它将在军工、航天和民用高科技领域获得广泛的应用。
2 材料和器件的制备与性能检测
2.1 材料、器件制备
首先按我们的专利[4]在高纯氮或氩气中，以二茂铁为原料经多步反应合成有机磁性材料母体（无磁性），再与自制的过渡金属磁化剂反应形成常温稳定的黑色有机磁性材料粉末。最后在偶联剂存在下与添加剂共混改性，再热压成有机磁棒、磁环或磁板供制作电子器件。
2.2 性能检测
本征性磁参数由中科院物理所国家磁学开放实验室测，应用性磁参数由信息产业部磁性产品质量监督检测中心测，抗冲击性由中国测试技术研究所（成都）测，抗辐照由四川核物理应用研究所测。电子器件由成都970厂、总参57所、信息产业部电子十所等有关电子专家协助制作并测试。
3 有机磁棒的抗温度冲击、抗振动、抗辐照和抗老化性
3.1 抗温度冲击试验
按国家GB2423.1、GB2923.2及GB2423.22标准测试。方法是将4支Ø10×38mm的有机磁棒置于温度冲击试验箱内，分别设置成－45℃及100℃，当箱体温度达到设定值后，在各温度点保持30min，提升（或下降）时间为1min，自动循环5次。经超声波探勘仪检测，样品均无裂纹出现。
3.2 高低温连续试验
按国家GB2423.1及GB2423.22标准，将4支Ø10×38mm的有机磁棒置于试验箱内，试验温度为－45℃，0℃，20℃及125℃，试样在各温度点保持30min，升降温循环各一次，结果也未发现裂纹。
3.3 抗振动试验
按GB2424.7－81标准，依图1将Ø10×38mm的有机磁棒与振动方向垂直安装。试验采用正弦振动，测试技术参数如下：频率范围：60～2000Hz；振动加速度：98.06m/s2(10g)；扫频时间：双程/9min共10次，90min；扫频方式：对数扫频。经上述条件试验的有机磁棒样品外观未发现异常。
将上述冲击试验后的合格有机磁棒，经车、钻、刨成Ø5×Ø3×2mm的有机磁环，供制作电子器
。
3.4 抗辐照及抗老化性
将密封的有机磁性粉末样品在室温下置于60Co-γ射线放射源中心的铝制圆筒中，以15MGy/h的辐照量对样品进行连续1000h的辐照，总剂量达15000MGy，再用NicolexMx-1型
随频率的变化如表1所示。结果表明，经大剂量60Co-γ射线长时间连续辐照后，其磁导率约增大7%～10%，而
则基本不变。用Q表对四年自然老化样品的测量表明，有机磁性材料在空气自然老化四年后Q值增大10%，如表2所示。用HP4272A型仪器测10kHz～10MHz的Q～f规律基本相同。
将抗冲击、抗辐照有机磁性材料的综合性能与NiZn铁氧体比较，可以看出，在100MHz以下的低频段，有机磁性材料不如NiZn铁氧体；但在100～3500MHz的宽频范围内，它较NiZn铁氧体有许多优越性，如表3所示。
4 高频微波电子器件的开发
4.1 定向耦合器
变压器型定向耦合器（一分支器）是在磁芯上绕制一定匝数的线圈并和电阻、电容构成一定形式的电路，用于定向功率的取样、信号源和动态监测，信号的分支、功率放大器的反馈以及信
号的其它处理等。用Ø7×2mm有机磁性材料制作的双孔磁芯设计调试而成的定向耦合器比国内著名厂家生产的铁氧体同类产品有频带宽和性能好的优点，如表4所示。有机磁定向耦合器的性能与频率的关系如图2、图3所示。
4.2 有机磁功率分配/合成器（二路90°）
功率分配/合成器广泛用于电子系统和测试设备，能准确地完成功率的分配与合成、功率的监测、信号源的隔离以及传输测试等多项功能，用耐高冲击有机磁芯经特殊电路设计制作的功率分配/合成器与国内外同类产品比较，有明显的优异性能。如表5、6所示。有机功率分配/合成器性能与频率的关系如图4所示。
5 结论
（1）有机磁性材料黑色粉末经共混改性具有良好的抗温度及抗振动和抗冲击性能。
（2）长时间大剂量60Co-γ射线连续辐照及自然老化试验表明，有机磁性材料有良好的抗辐照及抗自然老化性能。
（3）用有机磁性材料制作的定向耦合器、功率分配/合成器（二路90°）和带通滤波器在一定频率其综合性能明显优于铁氧体同类产品，有良好的开发价值和发展前景。
参考文献
[1] Miller J S, Epstein A J. Organometallic Ferromagnets[J]. Chem Rev, 1988, 201．
[2] 林展如，倪训铭．第九届全国微波磁学会议论文集（温州）．1998．22；1999年天线年会论文集（嘉兴）．41；237．
[3] Lin Zhanru, Ni Xunming, Hu Hanjie．Novel Metallocene-containing Polymers and Their Unusual Ferromagnetic Properties[J]．Progress in Narual Sci, 1996, 63：120．
[4] 林展如，倪训铭．宽温低磁损有机磁性材料的制造方法．ZL，91110991.9．
[5] 张有钢，黄永杰，罗迪民．磁性材料[M]．成都：成都电讯工程学院，1988．106．
[6] 北京大学物理系．铁磁学[M]．北京：科学出版社，1976．230．
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