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1、低磁矩高功率材料的研制 刘有序 南京电子 技术研究所 ( 2 1 0 0 1 3 ) 及 : 本 文 介 绍 了 低 饱 和 进 化 强 度( 4 a M s - 2 6 0 G s ) 的Y G d C a V 1a ， 波 铁 X ， 乎 用 “ L 段 高 功 ， 11荟!扮，t!1卜一卜!一于，!卜1!，t爵.护曰f厂卜砂.卜卜卜卜终 相移隔离器上.尸= 1 0 MwP = 5 K W 过 选 择 配 方 、 改 变 工 艺 成 功 。用 在 。 子 加 。上 . 1 . 引言 用在核子加 速器上的 L波段大功率发射管是从俄罗斯进口， 保护发射管的 徽波铁氧体 隔离器原也准备从俄罗斯进
2、口， 但由于价格昂贵，决定由国内研制生产。洲门 接到任务后。 根 据 实 际 工 作 情 挽 及 我 们 的 经 验 ， 研 制 出 第 一 套 产 品 ， 经 试 用 当 P 3 M W时 ， 正 向 损 耗 增 大。 经过改 进后相继生产四 套，经高功 率实验全部一次成功，用户十分满意。 2 . 高功率材料的考虑 L波段差相移隔离器设计在低场区工作，峰值功率 1 0 M W 平均功率 5 K W， 工作频率 1 3 0 0 M H z , 窄带. 低工作频率、 低场区工作、高 峰值功率和大平 均功 率给铁氧体 材料的 研 制带来很大困难. 2 . 1首先考虑到峰值功串 l o mw，必须提
3、高材料的自 旋波被不稳定激发的临界场，以防止 非线性效应的发生。 发生次吸收峰的临界 徽波场k可用公式: A H丁 九 =、 - 二 ， 丁 -之aw r l 口) 2 V 材 长是临界 场;e H 是共 振线宽: M是 磁矩: d 是晶 粒的 平均尺寸;a 是 常数: 叮绍沁驯卜户汪卜成帅 可 以 看 出 ， 临 A V h . 与沂 厉 万 成 正 比 ， 与 晶 粒 尺 寸 成 反 比 ， 晶 粒 尺 寸 越 小 则 临 rr * ja 大 ， 承受功率也越大。 在现有材料中，只有在石榴石材料中掺加稀土元素 G d和微I的快弛豫离子才能增大 o H k 。 而八 H k 的 增加其本征线
4、宽与 各向 异 性和气孔第二 相产 生的 线宽总 和也同 样 增加， 因 此正向损耗也会增大。 2 . 2 陇矩的选择 铁氧体材料的M s 的 选择取决于工作频率: P = 丫 M s l w P 为归一化磁矩:。为工作频率;丫 为旋磁比; 可以看出P越大则M s 越高。对于高功率材料归一化磁矩一般取为0 .4 -0 . 5 。由上式磁矩只 能选择在2 5 0 G s 以下，这是微波材料使用的最低界限. 2 . 3 铁 氧体材料的 温度稳定性要好。 跟低功率器件不同，在平均功率 5 K W 下，当正向 损耗。 ， 为0 . 7 d b时会产生 7 5 0 W热 量。温度升高后 M : 会下降.
5、器件的工作点会漂移，。 洽 更大，热f增加更多， 产生恶性 循环。 因此从器件结构上考虑散热、从材料上考虑降低损耗和 M s随温度变化小. 就只能 选择有温度补偿点的Y G d 石榴石材料 3 3 . 1 材料配方的洗择 实验与讨论 我 们 用Y G d C a V I r A I I 。 材料， 参数 为 : 密度D -= 5 ,5 饱 和M s = 3 5 0 G s : 介电 常 数: : “ 1 5 “ 科 卜t卜L卜卜卜f卜卜盯卜卜卜f卜1. = 128 ， 电 损耗tgs 场x 1 0 人器件的 低功率正向 损耗。 ， 0 . 6 由反向隔 离“ _ 2 O d b.在P:3h 盯
6、 万 以上正向损耗变大， 器件温度急剧上升，不能正常工作。 这是由 于归一化磁矩太高，材料 凡 不够大，自 旋波被激发， 产生了 非线性效应. 我们在上述材料中继 续降 低 珑， 并掺 入徽t 快弛 且离子， 参 数为)， 4 glc扩， M s “ 2 5 0 G s ，。 ， ， 13 . 1 ， 龟6 场x l 丫; 器 件的Q ， 簇 0.7 d b ， 。 _ 2 0 db， 提供的四套器件都通过了高功率实验. 3 一2 缺铁闷 庄 在石擂石材料的制作中首先考虑的是材料的正分向题.它与尖晶石材科不同在于尖晶 石的晶格结构中有空位， 而石榴石没有空位，一旦有离子多出 或缺少都会影响性能
7、。在我 们的工艺中 使用的不锈钥桶、弹子在球磨过程中会掉落徽t的 F.，以及三叙化二铁材料的 纯 度 等 都 会 影 响 材 料 配 方 的 正 分 程 乒 。 经 多 方 实 验 ， 在 我 们 的 工 艺 条 件 下 高 功 率 材 料 的 缺 铁为0. 】 如. 1 最佳。 3 . 3 预烧对性能的形 响 同一种材料预烧温度不同，其它工艺 完全相同，用金相显徽镜观察晶 粒大小，如下表: 预烧沮度保沮时间晶较尺寸 l例洲 ) 61 4-esZ o 2! ( 朋) 67 ee l 4 31 1 00 63- -7 随若预烧温度的增加，晶粒尺寸变小， 在预烧温度为 11 00保温六小时和烧结沮
8、度为 13 60保沮 10小时，晶 粒尺寸约为3 一， ， m 。 对高功率材料要考虑材料的结晶大小，结晶尺寸越小则临界场越大。平均尺寸小于 5 协 m时才有承受高峰值功率容量的可能。 结晶尺寸和预侥温度有很大的关系，预烧沮度高 的材料固相反应较完全，二次球磨烧结时子晶就多.结晶的速率增加，结晶的临界沮度就 提高。也就是适当地提高预烧温度可以 细化晶 粒。但预烧沮度不能过高，否则增加气孔率 和结晶的不均匀性， 也就增加了材料的 损耗。 4 . 结语 L波段高功串隔离器，国内 没有类似的产品，我们在短时间内完成这一任务，用户十 分满意，我们也获得了一定的经济效益和社会效益。 5 .参考文献 111 “ 高 功 率 徽 波 铁暇体 环行器” ， 电子 科 学 技 术1 佣 7 年第 二期 口 1 磁有序材 料手册
