一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料及其制备方法，属于磁性陶瓷材料制备领域。所述NiCuZn旋磁铁氧体材料由主料和二元复合掺杂构成，所述二元复合掺杂以MnO2和Bi2O3为原料，其中，MnO2的按照主料粉体质量的0.5wt％复合配置，Bi2O3的含量分别为所述主料粉体质量的0.0wt％，0.5wt％，1.0wt％，1.5wt％，2.0wt％，3.0wt％复合配置。同时，在制备用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料时采用新型烧结方法。本发明专利技术采用二元掺杂复合配置及新型烧结方法，进行旋磁性能调控制备的NiCuZn旋磁铁氧体材料，以解决在满足LTCC工艺之下，低温烧结中由于晶粒生长不充分，易出现多孔结构，导致密度低，空隙大，铁磁共振线宽高等技术难题。制备了很好旋磁性能的NiCuZn旋磁铁氧体材料，以广泛用于微波器件及微波电路系统中。

NiCuZn rotary ferrite material for LTCC annular device and preparation method thereof

The invention provides a NiCuZn gyromagnetic ferrite material for LTCC annulus and a preparation method thereof, belonging to the field of magnetic ceramic material preparation. The NiCuZn gyromagnetic ferrite material is composed of raw material and binary compound doping. The binary compound doping takes MnO 2 and BiO 3 as raw materials. Among them, MnO 2 is compounded according to 0.5wt% of the mass of the main powder, and the content of BiO 3 is 0.0wt%, 0.5wt%, 1.0wt%, 1.5wt%, 2.0wt%, 3.0wt, respectively. % composite configuration. At the same time, a new sintering method is used when preparing NiCuZn rotary ferrite materials for LTCC annulus. The invention adopts a binary doping compound configuration and a new sintering method to control the spin magnetic properties of NiCuZn spin magnetic ferrite material, so as to solve the technical problems of low density, large voids and high linewidth of ferromagnetic resonance due to inadequate grain growth and porous structure during low temperature sintering under LTCC process. . NiCuZn gyromagnetic ferrites with good spin magnetic properties have been prepared and widely used in microwave devices and microwave circuit systems.

【技术实现步骤摘要】
一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷电子材料领域，具体涉及一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料。
技术介绍
电子信息与通信技术的飞速发展，尤其是物联网技术和射频微波技术的快速发展，对电子器件的小型化、轻量化、集成化提出了越来越高的要求。LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic，低温共烧陶瓷)技术由于近年来可以实现高可靠性、小型化的微波模块而受到越来越多的关注。环形器作为关键元件广泛应用于天线系统及通信系统中。采用LTCC技术制备的环形器能够很好地满足当今小型化、集成化的微波器件，在电子系统及通信系统中具有极为广泛的应用。LTCC技术由于要与银(Ag)电极共烧，因此其烧结温度需要低于961℃。因此降低铁氧体材料的烧结温度同时保持很好地旋磁性能是当今需要解决的技术难题。微波铁氧体器件，作为微波器件中非常重要的一个分支，是微波-毫米波电子通信设备和系统中不可缺少的元器件，其旋磁性能更是衡量微波铁氧体器件性能的重要指标。至今，LiZn铁氧体作为微波旋磁铁氧体广泛研究。但是，由于NiCuZn铁氧体具有更低的制造成本，使其比LiZn铁氧体陶瓷更具商业性。同时，NiCuZn微波铁氧体材料以饱和磁化强度高、温度稳定性好、电阻率高等优点。因此，NiCuZn铁氧体可以在微波器件中具备很好的应用前景。然而，NiCuZn铁氧体应用在微波器件，其旋磁性能的研究却甚少。因此探索NiCuZn铁氧体的旋磁性能，使其满足LTCC工艺低温烧结的同时并具备出色的旋磁性能成为当今需要解决的重大技术难题。加之，满足LTCC工艺需要烧结温度在961℃之下，低温烧结中由于晶粒生长不充分，易出现多孔结构，导致密度低，空隙大，铁磁共振线宽高，从而严重制约着微波铁氧体材料的旋磁性能，进而制约着微波器件及电路系统的进一步发展。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
存在的缺陷，提出了一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体，该旋磁铁氧体通过一种新颖的二元掺杂及制备过程中新颖的烧结方法，解决了NiCuZn铁氧体在低温烧结中仍具备很好的旋磁性能的技术问题。从而能够很好地应用于X波段的微波器件。并且，本专利技术提出的制备过程中引入创新的烧结方法用以控制晶粒大小及烧结过程中促进了铁氧体的致密性，以解决在在低温烧结过程中，NiCuZn铁氧体材料多孔、致密性差、旋磁性能差的技术难点。因此，本专利技术提供了一种高饱和磁化强度、低铁磁共振线宽、低矫顽力的NiCuZn铁氧体材料，同时，还提供了该NiCuZn铁氧体材料的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料，包括：主料和二元复合掺杂构成，其特征在于，所述主料以NiO、CuO、ZnO和Fe2O3为原料，按照分子式Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4配置；所述二元复合掺杂以MnO2和Bi2O3为原料，其中，MnO2的按照主料粉体质量的0.5wt％复合配置，Bi2O3的含量分别为所述主料粉体质量的0.0wt％，0.5wt％，1.0wt％，1.5wt％，2.0wt％，3.0wt％复合配置。所述主料和二元复合掺杂构成，其中所述二元复合掺杂MnO2和不同质量比例的Bi2O3同时进行掺杂。一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：以NiO、CuO、ZnO和Fe2O3为原料，按照分子式Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4中金属元素的比例折算出NiO、CuO、ZnO和Fe2O3的质量百分比，进行称料、混料，一次球磨10小时，使原料充分混合，得到一次球磨后的混合粉料；步骤2：将步骤1得到的一次球磨后的混合粉料放在烘箱中，采用120℃的温度进行干燥，然后放入烧结炉内进行第一次预烧，预烧温度为820℃，时间为3h，随炉冷却至室温，得到第一次预烧后的预烧粉体；步骤3：在步骤2得到的第一次预烧后的预烧粉体中加入相当于粉体质量的0.5wt％MnO2和取值分别为粉体质量的0.0wt％，0.5wt％，1.0wt％，1.5wt％，2.0wt％，3.0wt％的Bi2O3，进行旋磁性能调控，然后进行第二次球磨，得到二次球磨后的混合粉料；步骤4：将步骤3得到的二次球磨后的混合粉料放在烘箱中，采用120℃的温度进行干燥，然后加入15wt％的聚乙烯醇进行造粒及压制成2～3mm厚的环，将不同比例的混合NiCuZn旋磁铁氧体样品同时放入同一个烧结炉内进行烧结，烧结采用新型的瞬态烧结方法，待新型瞬态烧结完成后，随炉冷却至室温，得到用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料。所述新型的瞬态烧结方法，包括：步骤1：烧结温度为0℃～450℃，时间为255分钟；步骤2：烧结温度为450℃，时间为180分钟；步骤3：烧结温度为450℃～860℃，时间为205分钟；步骤4：烧结温度为860℃～950℃，时间为9分钟；步骤5：烧结温度为950℃，时间为5分钟；步骤6：烧结温度为950℃～860℃，时间为9分钟；步骤7：烧结温度为860℃，时间为55分钟；步骤8：烧结温度为860℃～950℃，时间为9分钟；步骤9：烧结温度为950℃，时间为5分钟；步骤10：烧结温度为950℃～860℃，时间为9分钟；步骤11：烧结温度为860℃，时间为55分钟；步骤12：烧结温度为860℃～600℃，时间为30分钟。步骤4所述压制成2～3mm厚的环时，压力为10～12Mpa。步骤1所述以NiO、CuO、ZnO和Fe2O3为原料，其中NiO、CuO、ZnO和Fe2O3的纯度都为99％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料及其制备方法，在NiCuZn铁氧体中加入二元复合掺杂：MnO2以及0.0wt％～3.0wt％Bi2O3该制备方法成功地证明了NiCuZn旋磁铁氧体材料用于微波器件——环形器，NiCuZn旋磁铁氧体材料用于微波器件相比LiZn系列旋磁铁氧体材料更经济，更易制备。同时，为了满足LTCC小型化、集成化的工艺，本专利技术有效地将烧结温度降至950度以下的同时保持了NiCuZn旋磁铁氧体出色的旋磁性能，包括：很低的铁磁共振线宽、低的矫顽力以及高的饱和磁化强度。加之，本专利技术提供的制备用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料的制备方法中，所提出的新颖的瞬态烧结方法很好地解决了低温烧结过程中NiCuZn旋磁铁氧体材料的生长不充分、致密性差、气孔多、不均匀等诸多烧结问题。该瞬态烧结方法能够很好地控制NiCuZn旋磁铁氧体材料低温烧结过程中的致密和均匀，工艺条件易控制，成本低，不会破坏NiCuZn旋磁铁氧体材料的表面结构。从而使得该材料能够广泛地应用于LTCC环形器的制造，以及其他微波器件如移相器的制造。附图说明图1为本专利技术提供的用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料制备的工艺流程图；图2为本专利技术制备得到的用于LTCC环形器的NiCuZn铁氧体的新型瞬态烧结方案实施图；图3a、3b、3c、3d、3e、3f分别为实施例1、2、3、4、5、6得到的用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料的XRD图谱；图4(a)(b)(c)(d)为本专利技术实施例1,2,3,4制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料，包括：主料和二元复合掺杂构成，其特征在于，所述主料以NiO、CuO、ZnO和Fe2O3为原料，按照分子式Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4配置；所述二元复合掺杂以MnO2和Bi2O3为原料，其中，MnO2的按照主料粉体质量的0.5wt％复合配置，Bi2O3的含量分别为所述主料粉体质量的0.0wt％，0.5wt％，1.0wt％，1.5wt％，2.0wt％，3.0wt％复合配置。

【技术特征摘要】
1.一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料，包括：主料和二元复合掺杂构成，其特征在于，所述主料以NiO、CuO、ZnO和Fe2O3为原料，按照分子式Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4配置；所述二元复合掺杂以MnO2和Bi2O3为原料，其中，MnO2的按照主料粉体质量的0.5wt％复合配置，Bi2O3的含量分别为所述主料粉体质量的0.0wt％，0.5wt％，1.0wt％，1.5wt％，2.0wt％，3.0wt％复合配置。2.根据权利要求1所述一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料，其特征在于，所述主料和二元复合掺杂构成，其中所述二元复合掺杂MnO2和不同重量百分比的Bi2O3同时进行掺杂。3.一种用于LTCC环形器的NiCuZn旋磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：以NiO、CuO、ZnO和Fe2O3为原料，按照分子式Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4中金属元素的比例折算出NiO、CuO、ZnO和Fe2O3的质量百分比，进行称料、混料，一次球磨10小时，使原料充分混合，得到一次球磨后的混合粉料；步骤2：将步骤1得到的一次球磨后的混合粉料放在烘箱中，采用120℃的温度进行干燥，然后放入烧结炉内进行第一次预烧，预烧温度为820℃，时间为3小时，随炉冷却至室温，得到第一次预烧后的预烧粉体；步骤3：在步骤2得到的第一次预烧后的预烧粉体中加入相当于粉体质量的0.5wt％MnO2和取值分别为粉体质量的0.0wt％，0.5wt％，1.0wt％，1.5wt％，2.0wt％，3.0wt％的Bi2O3，进行旋磁性能调控，然后进行第二次球磨，得到二次球磨后的混合粉料；步骤4：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨燕，赵健雄，李翠，陈霞，王滨，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51