Méthodes de fabrication par voie chimique de ferrite de barium texturé pour dispositifs microondes non réciproques

Fabrication processes by chemical routes of textured Barium ferrite compacts for non reciprocal microwave devices

• Auteur / Autrice : Cong Nha Le
• Direction : Jean-luc Mattei
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 11/07/2018
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Christian Brosseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-luc Mattei, Christian Brosseau, Didier Vincent, Lorette Sicard, Maryline Guilloux-Viry, Laure Huitema
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Vincent, Lorette Sicard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes électromagnétiques -- Propagation

Aimants permanents

Ferrites (matériaux magnétiques)

Mots clés libres

Hexaferrite de baryum

Co-precipitation

Aimant permanent

Microonde

Dispositifs non réciproques

Barium hexaferrite

Co-precipitation

Permanent magnet

Non reciprocal microwave devices

Résumé

Il existe actuellement un important besoin en dispositifs électroniques dans le domaine des longueurs d’ondes millimétriques, tels que les circulateurs et les isolateurs fonctionnant dans la gamme de fréquence 30-100 GHz. Les aimants permanents qui garantissent la propagation de l’onde électromagnétique dans ces dispositifs comportent très généralement des éléments terres rares. En raison du coût à l’acquisition de ces éléments, d’une part, ainsi que de leur coût environnemental d’autre part, il existe une demande d’aimants permanents produits sans terres rares. Les ferrites durs peuvent présenter les propriétés demandées pour une intégration dans les dipositifs micoondes non réciproques. Ainsi, les particules de ferrite de baryum (BaM) possèdent un champ d’anisotropie magnétocristallin important, dirigé selon l’axe de facile aimantation. Un matériau autopolarisé, constitué d’un empilement de ces particules, peut donc présenter une aimantation permanente d’intensité suffisante pour les applications visées. De nombreuses méthodes d’élaboration de tels matériaux ont été mises au point. Cependant les mises en oeuvre de ces méthodes sont contraignantes. En revanche, nous avons mis au point dans le présent travail un processus de réalisation de ferrites de BaM massifs autopolarisés, dont l’aspect technologique est simple (basé sur des méthodes de chimie douce et des traitements thermiques adaptés), et très abordable financièrement. Les résultats obtenus sont très compétitifs (aimantation rémanente normalisée MR/MS comprise entre 0.87 et 0.90. Le champ coercitif HC atteint la valeur de 303 kA/m, rendant le matériau peu sensible aux effets démagnétisants), et permettent d’envisager la production de ces matériaux en vue d’applications à des fréquences allant jusqu’à 55 GHz.

Presently, there is a critical need for millimeter wave devices, among which are non-reciprocal devices such as isolators and circulators, which operate in the frequency range from about 30 GHz to 100 GHz.Permanent magnets that ensure the propagation of the wave in such devices are for long based on rare-earth elements. Nowadays, the escalation of rare earths cost encourages to look for alternative materials containing much less, or no, rare earth elements selected from the most common and most available. Alternatively, hard ferrites may show the required potential for integration into non-reciprocal microwave devices. Barium ferrite (BaM) is a wellknown, high-performance, permanent magnet material with a large magneto-crystalline anisotropy along the c-axis of its hexagonal structure. A suitable form of barium ferrite for mm-wave applications is a magnetically oriented bulk material.Several constraining processing techniques were therefore set up to perform the alignment and compaction of plate hexaferrite particles. In contrast to these methods, the present study demonstrates the feasibility of simple alternative ways to provide highly oriented bulk compacts made of BaM particles. In the present work efficient and inexpensive chemical processes (co-precipitation, dry mixing and wet mixing) are presented that produces highly oriented bulk compacts made of Barium hexaferrites (BaM) particles. Hysteresis loops that display very competitive squarenesses between 0.87 and 0.90 (normalized remanent magnetization) and coercivity as high as 303 kA/m are obtained. The sensitivity to demagnetizing effects is therfore reduced. These properties make these BaM bulk ferrite materials suitable for selfbiased applications at frequencies up to 55 GHz.