本發(fā)明涉及yig鐵氧體，特別是涉及一種高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高介電常數(shù)yig鐵氧體材料的研制目的，是為了解決鐵氧體微波器件小型化問題。傳統(tǒng)yig鐵氧體材料的介電常數(shù)為13～15，在低頻環(huán)形器隔離器設(shè)計(jì)時(shí)器件尺寸偏大，無法滿足小型化、集成化的需求。根據(jù)鐵氧體器件理論yig鐵氧體制備的5g基站環(huán)形器，想要器件進(jìn)一步的小型化、輕量化，提高yig鐵氧體的介電常數(shù)成為重要手段。

2、在上世紀(jì)就有文章報(bào)道在yig鐵氧體中摻入高極化離子可以有效的增大yig鐵氧體的介電常數(shù)。近年來關(guān)于高介電常數(shù)的yig鐵氧體材料及制造方法的專利文獻(xiàn)已有一些，如專利公開號(hào)為cn112960977a、名稱為“一種高介電常數(shù)微波鐵氧體材料及其制備方法與應(yīng)用”、公開號(hào)為cn116854460a、名稱為“一種高介電常數(shù)高居里溫度低損耗微波鐵氧體材料及其制備方法”、公開號(hào)為cn111825441a、名稱為“高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度石榴石鐵氧體材料、其制備方法及應(yīng)用”等，這些鐵氧體材料，雖然相對(duì)于傳統(tǒng)的材料，能在一定程度上提高介電常數(shù)，比如cn112960977a的介電常數(shù)能提高到18以上，cn116854460a的介電常數(shù)能提高到16～23，cn111825441a的介電常數(shù)能提高到32～33。

3、但是，現(xiàn)有的這些yig鐵氧體材料都存在一些問題：比如相比于傳統(tǒng)yig鐵氧體材料，高介電常數(shù)yig鐵氧體材料飽和磁化強(qiáng)度較小，而環(huán)形器中的yig鐵氧體材料需要足夠的飽和磁化強(qiáng)度，來確保環(huán)形器的使用頻率和效率。為了提高材料的介電常數(shù)，摻雜高極化離子，會(huì)導(dǎo)致yig鐵氧體材料的鐵磁共振線寬較大和居里溫度較低，這會(huì)使器件損耗增大和影響工程化應(yīng)用的范圍。為此，本發(fā)明提出了一種高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料及其制備方法，以解決上述提到的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料及其制備方法，該材料適用于小型化、高集成度、高穩(wěn)定性的5g基站環(huán)形器中。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料，化學(xué)式組成為：biacaby3-a-bzrbsnczncfe5-b-2c-δo12，其中1.2≤a≤1.5,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5，δ為缺鐵量，0≤δ≤0.3。

4、本發(fā)明通過摻雜zr4+、sn4+、zn2+等離子聯(lián)合、部分替代fe3+調(diào)控材料的飽和磁化強(qiáng)度，尤其是zn2+是大半徑離子且d軌道電子數(shù)較多，起到提高離子極化率的作用，進(jìn)而增加材料的介電常數(shù)；采用bi3+、ca2+部分取代y3+，調(diào)整飽和磁化強(qiáng)度，尤其是其中的bi3+，是高極化離子，起到增加介電常數(shù)的作用。

5、本發(fā)明還提供了一種上述所述的高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟：

6、s1、按照化學(xué)式組成稱取相應(yīng)的fe2o3、y2o3、bi2o3、caco3、zro2、sno2和zno粉末，混合后進(jìn)行第一次球磨，將所得漿料烘干；

7、s2、將s1烘干后的粉料過篩后進(jìn)行預(yù)燒結(jié)；

8、s3、將s2預(yù)燒后的粉料進(jìn)行二次球磨，隨后烘干；

9、s4、將s3二次球磨烘干后的粉料進(jìn)行造粒、過篩后壓制成型，得到鐵氧體生坯；

10、s5、將所述鐵氧體生坯燒結(jié)，即可獲得所述高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度的yig鐵氧體。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，s1中，所述fe2o3、y2o3、bi2o3、caco3、zro2、sno2和zno粉末的純度均≥99％。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，s1中的第一次球磨和s4中的二次球磨均采用等離子球磨機(jī)，球磨罐接入電極，研磨介質(zhì)均為不銹鋼球，大、中、小球的質(zhì)量比為1:(2～3):(1～2)，分散劑均為去離子水，料、球、水的質(zhì)量比均為1:(4～6):(4～6)；s1中的第一次球磨和s4中的二次球磨的具體過程相同，均為：每運(yùn)行30min停止10min，循環(huán)12次，轉(zhuǎn)速為800～950rad/min，有效球磨時(shí)間均為6～9h。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述預(yù)燒結(jié)的溫度為700～750℃，時(shí)間為3～4h。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，s1和s3中，烘干溫度均為80～100℃。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，s4中，所述造粒采用的粘接劑為5～7wt％的pva水溶液，制樣稱取鐵氧體粉料質(zhì)量5～7g，粘接劑的用量為稱取鐵氧體粉料質(zhì)量的10～15％。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述壓制成型時(shí)的壓力為15～20mpa，壓力保持時(shí)間為4～6min。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述燒結(jié)過程具體為：室溫1h到150℃，保溫1h進(jìn)行排水，2h到550℃，保溫1h進(jìn)行排膠，2h到900℃，保溫4h，2h到500℃后隨爐冷卻。

18、本發(fā)明同時(shí)提供了一種根據(jù)上述所述的高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料在微波器件中的應(yīng)用。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、本發(fā)明提供的鐵氧體材料的介電常數(shù)為30～35，且同時(shí)具有較高的飽和磁化強(qiáng)度，飽和磁化強(qiáng)度達(dá)1800～2000gs，這些優(yōu)點(diǎn)能夠有效的降低器件的尺寸，使其可以用于小型化的微波器件中，滿足5g基站環(huán)形器的小型化、輕量化要求。

技術(shù)特征：

1.一種高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料，其特征在于，化學(xué)式組成為:biacaby3-a-bzrbsnczncfe5-b-2c-δo12，其中1.2≤a≤1.5,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5，δ為缺鐵量，0≤δ≤0.3。

2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，s1中，所述fe2o3、y2o3、bi2o3、caco3、zro2、sno2和zno粉末的純度均≥99％。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，s1中的第一次球磨和s4中的二次球磨均采用等離子球磨機(jī)，球磨罐接入電極，研磨介質(zhì)均為不銹鋼球，大、中、小球的質(zhì)量比為1:(2～3):(1～2)，分散劑均為去離子水，料、球、水的質(zhì)量比均為1:(4～6):(4～6)；s1中的第一次球磨和s4中的二次球磨的具體過程相同，均為：每運(yùn)行30min停止10min，循環(huán)12次，轉(zhuǎn)速為800～950rad/min，有效球磨時(shí)間均為6～9h。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述預(yù)燒結(jié)的溫度為700～750℃，時(shí)間為3～4h。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，s1和s3中，烘干溫度均為80～100℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，s4中，所述造粒采用的粘接劑為5～7wt％的pva水溶液，粘接劑的用量為稱取鐵氧體粉料質(zhì)量的10～15％。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述壓制成型時(shí)的壓力為15～20mpa，壓力保持時(shí)間為4～6min。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)溫度為900～950℃，燒結(jié)時(shí)間3～5h。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度yig鐵氧體材料在微波器件中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度YIG鐵氧體材料及其制備方法，屬于微波鐵氧體材料領(lǐng)域，其化學(xué)式組成為:Bi<subgt;a</subgt;Ca<subgt;b</subgt;Y<subgt;3?a?</subgt;<subgt;b</subgt;Zr<subgt;b</subgt;Sn<subgt;c</subgt;Zn<subgt;c</subgt;Fe<subgt;5?b?2c?δ</subgt;O<subgt;12</subgt;，其中1.2≤a≤1.5,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5，δ為缺鐵量，0≤δ≤0.3，本發(fā)明的YIG鐵氧體材料的介電常數(shù)為30～35，飽和磁化強(qiáng)度為1800～2000Gs。本發(fā)明提供的YIG鐵氧體材料，制備方法簡(jiǎn)單，且可以用于小型化的微波器件中，能夠滿足5G基站環(huán)形器的小型化、輕量化要求。

技術(shù)研發(fā)人員：苗洋,唐穎輝,張璧顯,王碩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19