專利名稱：Ka波段移相器用LiZn鐵氧體材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料及制
備方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星通訊、雷達技術(shù)的需求推動了微波技術(shù)的發(fā)展，促進了微波旋磁材料和器件的研究，因此開發(fā)和設(shè)計新材料、新器件已成為人們廣泛關(guān)注的課題之一。Liai鐵氧體因具有室溫下飽磁化強度可調(diào)范圍寬、居里溫度高、矩形比高、剩磁對應(yīng)力敏感性低、溫度穩(wěn)定性好和成本低等特點而被廣泛應(yīng)用于微波閉鎖式移相器和高功率器件(見文獻1、M Pardavi-Horvath. Microwave applications of ferrites[J]. J MagnMagn Mater,2000, 215(6) :171-183 ;2、韓志全.微波鐵氧體材料的發(fā)展概況[J].磁性材料及器件，2000， 31 (5) :32-35.)。與半導(dǎo)體移相器相比，鐵氧體移相器在S波段至Ka波段能夠承受較高的峰值功率。為了降低移相器的驅(qū)動電流和插入損耗、提高移相器的幅相平衡一致性，應(yīng)用于其中的LiSi鐵氧體必須具有低矯頑力(H。)、低介電損耗(tanS J、低鐵磁共振線寬(ΔΗ)以及良好的溫度穩(wěn)定性。另外，為了縮小器件體積，器件在向高頻化方向發(fā)展，這就要求Ka波段移相器材料具有高的飽和磁化強度GnMs)以提高移相器單位長度的相移量。但是Li系鐵氧體的制備存在如下問題1)較高溫度燒結(jié)時，可以獲得高的飽和磁化強度、低的矯頑力，但矩形比較差，特別地，高溫?zé)Y(jié)時伴隨有Li揮發(fā)，引起材料成分偏析，產(chǎn)生!^2+離子， 使得材料電阻率大幅下降，介電損耗顯著增加；2)如在較低溫度下燒結(jié)時，可避免Li揮發(fā)， 但密度較低，不利于獲得高的飽和磁化強度和低的矯頑力。目前，能夠較好解決上述問題的主要辦法是1)用低熔點添加劑Bi2O3降低燒結(jié)溫度，且其偏析于晶界，有效降低Li揮發(fā) (見文獻 3、Baba PD. Fabricationand properties of microwave lithium ferrites [J]. IEEE Trans Magn，1972，MAG-8 (1) :83-93 ;4、余忠，陳代中，蘭中文，等.Bi2O3 對燒結(jié) LiZn 鐵氧體性能的影響[J].無機材料學(xué)報，2007,22 ) :1173-1177 ;5、LiuCheng-yong，Lan Zhong-wen,Jiang Xiao-na,et al. Effects of sinteringtemperature and Bi2O3 content on microstructure and magnetic propertiesof LiZn ferrites[J]. J Magn Magn Mater, 2008,320(7) 1335-1339 ；6、Jiang Xiao-na,Lan Zhong-wen,Yu Zhong,et al. Effects of sinteringtemperature and Bi2O3 on Li volatilization in LiZn ferrites[C]. ICF-10. Chengdu J. Magn. Mater. Dev.，2008 :364-367.) ；2)采用缺Fe配方在空氣或氧氣氣氛下燒結(jié)(見文獻 7、Nutan Gupta, Mukesh C Dimri, Subhash C Kashyap, et al. Processing and properties of cobalt—substitutedlithium ferrite in the GHz frequency range. Ceramics International, 2005, 31 (1) :171-176 ；8、蔣曉効P，蘭中文，余忠，等· ]^304對1^211 鐵氧體磁性能、微結(jié)構(gòu)和電阻率的影響[J].無機材料學(xué)報，2010,25(1) :77-82. 9、劉培元，余忠，蔣曉娜，等.缺鐵量對LiSi鐵氧體電磁性能的影響[J].磁性材料及器件，2009， 40(4) :23-26.)，抑制Fe2+生成，提高電阻率，降低介電損耗。本發(fā)明區(qū)別于已有LiSi鐵氧體材料的制備方法，提出了一種新的Ka波段移相器用Liai鐵氧體材料的制備方法，利用該技術(shù)，成功制備出了 Ka波段用高性能的LiSi鐵氧體材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有低矯頑力、低介電損耗、低鐵磁共振線寬、高飽和磁化強度等優(yōu)異特性的Ka波段用高性能的LiSi鐵氧體材料。本發(fā)明還提供前述移相器用低損耗LiSi鐵氧體材料的制備方法。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料， 由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，其特征在于，主料以F%03、ZnO, Mn3O4, Li2CO3為原料計，按 Li0.35+xZn0.3Fe2.28Mn0.0704+5分子式計算，其中χ = 0. 01 0. 2，χ = 2 δ ；相對于主料，添加劑以 Bi203、NiO、V2O5 計算，比例為 0. 5 2. Owt % Bi203、0. 1 0. 4wt% NiO,0. 2 0. 5wt%
V2O50進一步的說，以Liu+JrvfeuMnc^CVs 分子式計算，χ = 0. 05，主料為 Fii2O3， ZnO, Li2CO3, Mn3O4 ；相對于主料，添加劑以 Bi203、NiO、V2O5 計算，比例為 1. 2wt % Bi203> 0. 4wt% NiO、0. 2wt% V2O5。或者，以Li0.35+xZn0.3Fe2.28Mn0.0704+5 分子式計算，x = 0. 1，主料為 Fe2O3'ZnO, Li2CO3, Mn3O4 ；相對于主料，添加劑以 Bi203、NiO、V2O5 計算，比例為 1. Owt % Bi203、0. 3wt % NiO, 0. 3wt% V2O5。或者，以Li0.35+xZn0.3Fe2.28Mn0.0704+5 分子式計算，x = 0. 15，主料為 Fii2O3，ZnO, Li2CO3, Mn3O4 ；相對于主料，添加劑以 Bi203、NiO、V2O5 計算，比例為 1. 2wt% Bi203、0. 3wt% Ni0、0. 25wt% V205。本發(fā)明還提供Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)配方按組分Li。.35+xZn。.3Mn。。7Fe2 2804+s 配料，χ = 0·01 0·2，χ = 2δ ；2) 一次球磨將以上料粉在球磨機內(nèi)球磨1 3小時，使料粉混合均勻；3)預(yù)燒將步驟2)所得球磨料在760 850°C爐內(nèi)預(yù)燒1 3小時；4)摻雜將步驟3)所得料粉按重量比加入添加劑0. 5 2. 0wt% Bi203>0. 1 0. 4wt%NiO, 0. 2 0. 5wt% V2O5 ；5) 二次球磨將步驟4)中得到的料粉在行星式球磨機中球磨2 6小時；6)成型將步驟幻所得料粉按重量比加入8 15wt%有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；7)氣氛燒結(jié)將步驟6)所得坯件置于氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，于氧氣氣氛中，在980 1050°C溫度下致密化燒結(jié)2 5小時，降溫過程按一定的降溫速率冷至室溫。本發(fā)明的LiSi鐵氧體材料具有低矯頑力、低介電損耗、低鐵磁共振線寬、高飽和磁化強度等優(yōu)異特性。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1為Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料制備方法工藝流程圖。
具體實施例方式參見圖1。首先，通過優(yōu)選高純度的F%03、ZnO, Li2CO3以及Mn3O4為原材料，考慮一定范圍的Li揮發(fā)，采用富鋰組分的配方；其次，在預(yù)燒料中添加一定量的Bi203、V205添加劑，降低燒結(jié)溫度，抑制Li揮發(fā)，同時，在預(yù)燒料中添加一定量的MO添加劑，使微結(jié)構(gòu)均勻一致，提高材料的矩形比；接著，選用超硬鋼球球磨粉料至Iym以下，制備高活性粉體；最后，在上述配方、添加劑及粉體制備工藝優(yōu)化的前提下，結(jié)合特定的燒結(jié)溫度，在低溫下制備Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料。本發(fā)明的主料以Liu+Jnui^jMiVcA+s分子式計算，χ = 0. 05，χ = 2 δ。正分情況下，金屬陽離子和氧離子的電荷數(shù)分別為+8和_8，如Lia35Znci 3Fe2 28Mnci tl7O4,陽離子電荷數(shù)0. 35+0. 3*2+2. 28*3+0. 07*3 = 8，氧離子電荷數(shù)_2*4 = -8 ；Lic^hZnuF^jMnc^CVs，陽離子電荷數(shù)0. 35+x+O. 3*2+2. 28*3+0. 07*3 =8+x，氧離子電荷數(shù)-2*(4+δ) = -8-2 δ。故，8+χ = -8-2 δ |，所以，χ = 2δ。更具體的實施例如下實施例1 1)主配方以 Li0.35+xZn0.^28Mna07O4+s 分子式計算，χ = 0. 05, χ = 2 δ ；主料為 Fe2O3, ZnO, Li2CO3, Mn3O4 ；2) 一次球磨將步驟1)所用原料在球磨機內(nèi)球磨2小時，使料粉混合均勻；3)預(yù)燒將步驟2)所得球磨料在810°C爐內(nèi)預(yù)燒2小時；4)摻雜將步驟3)所得料粉按重量比加入添加劑1. 2wt% Bi203>0. 4wt% NiO, 0. 2wt% V2O5，將料粉在行星式球磨機中球磨3小時；5)成型將步驟4)所得粉料按重量比加入15wt%有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；6)氣氛燒結(jié)將步驟5)所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，在氧氣氣氛中，在1000°C溫度下燒結(jié)3小時。經(jīng)過以上工藝制備出的Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，晶粒均勻致密，平均晶粒尺寸約為8. 2 μ m。材料比飽和磁化強度用環(huán)稱法測試，剩余磁感應(yīng)強度、矯頑力用日本巖崎SY-8232B-H分析儀測試，密度用排水法測試，根據(jù)密度和比飽和磁化強度計算飽和磁化強度，按GB/T9633-1998《微波頻率應(yīng)用的旋磁材料性能測試方法》測量樣品的鐵磁共振線寬、介電常數(shù)和介電損耗。利用Tffi^S和馬弗爐進行居里溫度測量。其性能指標如下飽和磁化強度4 π Ms 4800 士 5 % kA/m剩磁 Br:> 360mT
矯頑力Hc < 120A/m鐵磁共振線寬ΔΗ :12kA/m(3dB，χ波段)介電常數(shù)ε ‘ :15(f = 9. 3GHz)介電損耗tan δ ε < 6 X 1(Γ4 (f = 9. 3GHz)居里溫度Τ。> 460°C密度 d :> 4. 9g/cm3實施例2 1) L^Li0.35+xZn0.3Fe2.28Mn0.0704+5 分子式計算，x = 0. 10, χ = 2 δ ；主料為!^e2O3, ΖηΟ， Li2CO3, Mn3O4 ；2) 一次球磨將步驟1)所用原料在球磨機內(nèi)球磨2小時，使料粉混合均勻；3)預(yù)燒將步驟2)所得球磨料在810°C爐內(nèi)預(yù)燒2小時；4)摻雜將步驟3)所得料粉按重量比加入添加劑1. Owt % Bi203>0. 3wt% NiO, 0. 3wt% V2O5，將料粉在行星式球磨機中球磨3小時；5)成型將步驟4)所得粉料按重量比加入15wt%有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；6)氣氛燒結(jié)將步驟5)所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，在氧氣氣氛中，在1030°C溫度下燒結(jié)2. 5小時。經(jīng)過以上工藝制備出的Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，晶粒均勻致密，平均晶粒尺寸約為8. 9 μ m。材料比飽和磁化強度用環(huán)稱法測試，剩余磁感應(yīng)強度、矯頑力用日本巖崎SY-8232B-H分析儀測試，密度用排水法測試，根據(jù)密度和比飽和磁化強度計算飽和磁化強度，按GB/T9633-1998《微波頻率應(yīng)用的旋磁材料性能測試方法》測量樣品的鐵磁共振線寬、介電常數(shù)和介電損耗。利用Tffi^S和馬弗爐進行居里溫度測量，其性能指標如下飽和磁化強度4 π Ms 4800 士 5 % kA/m剩磁民> 365mT矯頑力Hc < 120A/m鐵磁共振線寬ΔΗ :12kA/m(3dB，χ波段)介電常數(shù)ε ‘ :15(f = 9. 3GHz)介電損耗 tan δ ε < 4. 5 X 1(Γ4 (f = 9. 3GHz)居里溫度Τ。> 460°C密度 d :> 4. 9g/cm3實施例3 1) L^Li0.35+xZn0.3Fe2.28Mn0.0704+5 分子式計算，x = 0. 15, χ = 2 δ ；主料為!^e2O3, ΖηΟ， Li2CO3, Mn3O4 ；2) 一次球磨將步驟1)所用原料在球磨機內(nèi)球磨2小時，使料粉混合均勻；3)預(yù)燒將步驟2)所得球磨料在810°C爐內(nèi)預(yù)燒2小時；4)摻雜將步驟3)所得料粉按重量比加入添加劑1. 2wt% Bi203>0. 3wt% NiO, 0. 25wt% V2O5，將料粉在行星式球磨機中球磨3小時；5)成型將步驟4)所得粉料按重量比加入15wt%有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；
6)氣氛燒結(jié)將步驟5)所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，在氧氣氣氛中，在1000°C溫度下燒結(jié)2小時。經(jīng)過以上工藝制備出的Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，晶粒均勻致密，平均晶粒尺寸約為8. 0 μ m。材料比飽和磁化強度用環(huán)稱法測試，剩余磁感應(yīng)強度、矯頑力用日本巖崎SY-8232B-H分析儀測試，密度用排水法測試，根據(jù)密度和比飽和磁化強度計算飽和磁化強度，按GB/T9633-1998《微波頻率應(yīng)用的旋磁材料性能測試方法》測量樣品的鐵磁共振線寬、介電常數(shù)和介電損耗。利用Tffi^S和馬弗爐進行居里溫度測量。其性能指標如下飽和磁化強度4 π Ms 4800 士 5 % kA/m剩磁 Br > 360mT矯頑力Hc < 120A/m鐵磁共振線寬ΔΗ :12kA/m(3dB，χ波段)介電常數(shù)ε ‘ :15(f = 9. 3GHz)介電損耗tan δ ε < 5. OX 1(Γ4(f = 9. 3GHz)居里溫度Τ。> 460°C密度 d :> 4. 9g/cm3。
權(quán)利要求
1.Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，其特征在于，主料以 i^e203、ai0、Mn304、Li2C03 為原料計，按 ΙΛ.35+χ&ια3 ^2.28Μ%(1704+δ 分子式計算，其中 χ =0. 01 0. 2，χ = 2 δ ；相對于主料，添加劑以Bi203、NiO、V2O5計算，組分比例為0. 5 2. Owt % Bi203、0. 1 0. 4wt% NiO,0. 2 0. 5wt% V205。
2.如權(quán)利要求1所述的Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，其特征在于，χ= 0. 05，相對于主料,添加劑為 1. 2wt% Bi203、0. 4wt% Ni0、0. 2wt% V2O50
3.如權(quán)利要求1所述的Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，其特征在于，x= 0.1，相對于主料,添加劑為 1. Owt % Bi203、0. 3wt% Ni0、0. 3wt% V2O50
4.如權(quán)利要求1所述的Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料，其特征在于，χ= 0. 15，相對于主料，添加劑為 1. 2wt% Bi203、0. 3wt% Ni0、0. 25wt% V205。
5.Ka波段移相器用LiSi鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)配方按組分 Li0.35+xZn0.3Mn0.07Fe2.2804+δ 配料，χ = 0. 01 0. 2，χ = 2 δ ；2)一次球磨將以上料粉在球磨機內(nèi)球磨1 3小時，使料粉混合均勻；3)預(yù)燒將步驟2)所得球磨料在760 850°C爐內(nèi)預(yù)燒1 3小時；4)摻雜將步驟3)所得料粉按重量比加入添加劑0. 5 2. Owt % Bi203>0. 1 0. 4wt% NiO、 0· 2 0. 5wt% V2O5 ；5)二次球磨將步驟4)中得到的料粉在行星式球磨機中球磨2 6小時；6)成型將步驟O所得料粉按重量比加入8 15wt %有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；7)氣氛燒結(jié)將步驟6)所得坯件置于氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，于氧氣氣氛中，在980 1050°C溫度下致密化燒結(jié)2 5小時，降溫過程按一定的降溫速率冷至室溫。
全文摘要
移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，其特征在于，主料以Fe2O3、ZnO、Mn3O4、Li2CO3為原料計，按Li0.35+xZn0.3Fe2.28Mn0.07O4+δ分子式計算，其中x＝0.01～0.2，x＝2δ；相對于主料，添加劑以Bi2O3、NiO、V2O5計算，組分為0.5～2.0wt％Bi2O3、0.1～0.4wt％NiO、0.2～0.5wt％V2O5。本發(fā)明具有低矯頑力、低介電損耗、低鐵磁共振線寬、高飽和磁化強度等優(yōu)異特性。
文檔編號C04B35/622GK102167575SQ20111000194
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者余忠, 蘭中文, 孫科, 王智錕, 羅明, 蔣曉娜, 郭榮迪 申請人:電子科技大學(xué)