多晶18H六方铁氧体、其制造方法及用途技术

多晶铁氧体组合物包含式M5Me2Ti3Fe

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶18H六方铁氧体、其制造方法及用途
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月10日提交的美国申请第62/972116号的权益，其通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]本公开一般地涉及多晶18H六方铁氧体组合物，特别是具有高频磁导率的多晶18H六方铁氧体组合物、包含所述多晶18H六方铁氧体组合物的复合材料、其制造方法及用途。
[0004]需要改善的性能和小型化以满足在超高频(ultrahigh frequency，UHF)、L波段和S波段应用中使用的装置不断增长的需求，其在多种商业和国防相关行业中特别受关注。作为雷达和现代无线通信系统中的重要组件，正在不断开发具有紧凑尺寸的天线元件。然而，开发用于这样的高频应用中的铁氧体材料具有挑战性，因为大多数铁氧体材料在高频下表现出相对高的磁损耗。制造铁氧体材料的方法可以影响材料的晶体结构，从而改善性能。
[0005]因此，仍然需要在千兆赫(gigahertz)范围内具有低磁损耗、高磁导率以及低的介电常数和介电损耗的铁氧体材料和制造所述铁氧体材料的方法。

技术实现思路

[0006]多晶铁氧体组合物具有式M5Me2Ti3Fe
12
O
31
，其中M为Ba
2+
、Sr
2+
、或其组合；以及Me为Mg
2+
、Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、或其组合；以及所述多晶铁氧体组合物的平均晶粒尺寸为1微米至100微米。
[0007]制造所述多晶铁氧体组合物的方法包括对用于多晶铁氧体组合物的共混金属源化合物进行煅烧；减小经煅烧的源化合物的颗粒尺寸以获得平均颗粒尺寸为0.5微米至10微米的颗粒；将颗粒和粘结剂的混合物造粒以获得颗粒体；将颗粒体压制成生坯；以及对生坯进行烧结以形成多晶铁氧体组合物。
[0008]复合材料包含：聚合物基体；和所述多晶铁氧体组合物。
[0009]制造所述复合材料的方法包括：将聚合物、多晶铁氧体组合物、任选的溶剂和任选的添加剂组分合并以形成复合材料；以及任选地从复合材料中除去溶剂。
[0010]还描述了包含所述多晶铁氧体组合物或复合材料的制品，所述制品包括天线、感应器、变压器、或抗电磁干扰材料。
附图说明
[0011]以下附图是示例性实施方案，提供这些附图是为了举例说明本公开。附图是说明实施例的，其不旨在将根据本公开制造的装置限于本文中阐述的材料、条件或工艺参数。
[0012]图1示出了示出3个半Y块体层、3个六方钛酸钡(hexagonal barium titanate，HBT)层和3个半Y块体层的18H六方铁氧体Ba5Ti3Me2Fe
12
O
31
晶胞的18层堆叠顺序的一半的示意图。间隙阳离子的实际分布可能不同，以提供沿c轴的磁耦合路径。HBT层还可以包含Fe离子或/和Me＝Mg、Zn、Co、Cu。
[0013]图2示出了示出表1中所公开的示例性多晶铁氧体Ba5Mg2‑
x
Zn
x
Ti3Fe
12
O
31
(其中x从0至2变化)的磁滞回线数据的图。
[0014]图3示出了在O2中在1150℃下烧结4小时的示例性多晶铁氧体Ba5Mg2‑
x
Zn
x
Ti3Fe
12
O
31
(x＝0(#1
‑
1)、0.25(#2
‑
1)、0.5(#3
‑
1)和0.7(#4
‑
1))样品的磁导率谱。
[0015]图4示出了在O2中在1250℃下烧结4小时的示例性多晶铁氧体Ba5Mg2‑
x
Zn
x
Ti3Fe
12
O
31
(x＝0(#1
‑
2)、0.25(#2
‑
2)、0.5(#3
‑
2)和0.7(#4
‑
2))样品的磁导率谱。
[0016]图5示出了在O2中在1200℃下烧结4小时的示例性多晶铁氧体Ba5Mg2‑
x
Zn
x
Ti3Fe
12
O
31
(x＝0(#1
‑
3))样品的磁导率谱。
具体实施方式
[0017]发现平均晶粒尺寸为1微米至100微米的多晶18H型铁氧体组合物在高频下具有低的磁损耗角正切和高的磁导率，同时还表现出低的介电损耗角正切和高的介电常数。有利地，多晶18H型铁氧体组合物的制备具有成本效益，因为其不需要昂贵的元素，例如稀土或贵金属元素。当与聚合物复合时，铁氧体组合物提供了具有低磁损耗、高磁导率、低介电常数和低介电损耗的复合材料。本文中所述的铁氧体组合物和复合材料特别地可用于在宽频率范围(0.5GHz至10GHz)中的诸如天线基板、感应器芯和EMI抑制器的应用。
[0018]多晶铁氧体组合物具有式M5Me2Ti3Fe
12
O
31
，其中M为Ba
2+
、Sr
2+
、或其组合；以及Me为Mg
2+
、Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、或其组合。多晶铁氧体组合物可以具有18H型结构。多晶铁氧体组合物可以具有面内(c基面(basal c
‑
plane))易磁化(也称为平面各向异性)。
[0019]选择多晶铁氧体组合物的晶粒尺寸以提供具有适用于给定应用的磁介电特性的多晶铁氧体组合物。晶粒尺寸可以通过控制铁氧体合成条件例如温度、加热时间和加热速率或冷却速率来控制。铁氧体组合物的平均晶粒尺寸可以为1微米至100微米，优选为5微米至50微米。平均晶粒尺寸可以例如通过X射线衍射法(XRD)、扫捕电子显微术(SEM)、透射电子显微术(TEM)、或其组合来确定。
[0020]多晶铁氧体组合物可以具有下式：
[0021](Ba1‑
x
Sr
x
)5Mg2‑
y
Me
′
y
Ti3Fe
12
‑
z
O
31
，
[0022]其中Me
′
为Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、或其组合，x＝0至1.5，y＝0至1.8，以及z＝
‑
4至+4。该式的铁氧体组合物有利地显示出超低损耗并结合有独特的共振峰。在某些组合物中，y＝0至1.0以及/或者x＝0。
[0023]在某些方面中，多晶铁氧体组合物可以不包括式Ba5Zn2Ti3Fe
12<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多晶铁氧体组合物，具有下式M5Me2Ti3Fe
12
O
31
，其中M为Ba
2+
、Sr
2+
、或其组合；以及Me为Mg
2+
、Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、或其组合；以及所述多晶铁氧体组合物的平均晶粒尺寸为1微米至100微米。2.根据权利要求1所述的多晶铁氧体组合物，具有下式(Ba1‑
x
Sr
x
)5Mg2‑
y
Me
′
y
Ti3Fe
12
‑
z
O
31
，其中Me为Zn
2+
、Cu
2+
、Co
2+
、或其组合，X＝0至1.5，Y＝0至1.8，以及Z＝
‑
4至+4。3.根据权利要求2所述的多晶铁氧体组合物，其中Y＝0至1.0。4.根据权利要求2或3所述的多晶铁氧体组合物，其中X＝0。5.根据前述权利要求中任一项所述的多晶铁氧体组合物，其具有在1GHz至4GHz的频率下至少2的磁导率(μ)；在1GHz至4GHz的频率下小于0.05的磁损耗角正切(tanδ
μ
)；在1GHz至4GHz的频率下至少13至16的介电常数(ε)；在1GHz至4GHz的频率下小于0.004的介电损耗角正切(tanδ
ε
)；在1GHz至4GHz的频率下小于0.02的磁损耗因子(tanδ
μ
/μ
′
)；大于4GHz的截止频率(共振频率，f
r
)；大于9GHz的Snoek乘积，其中所述Snoek乘积＝u
′×
f
r
；或者前述的组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的多晶铁氧体组合物，其具有面内(c基面)易磁化和/或具有18H结构。7.一种制造多晶铁氧体组合物的方法，包括：对用于根据权利要求1至6中任一项所述的多晶铁氧体组合物的共混金属源化合物进行煅烧；减小经煅烧的源化合物的颗粒尺寸以获得平均颗粒尺寸为0.5微米至10微米的颗粒；将所述颗粒和粘结剂的混合物造粒以获得颗粒体；将颗粒体压制成生坯；以及对所述生坯进行烧结以形成所述多晶铁氧体组合物。8.根据权利要求7所述的方法，其中煅烧在900℃至1200℃下进行0.5小时至20小时。9.根据权利要求8所述的方法，其中煅烧在空气、氮气、氧气、或其组合的气氛中进行。10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中烧结在1000℃至1300℃下进行1小时至20小时。11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中烧结在空气、氮气、氧气、或其组合的气氛中进行。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚杰，李启凡，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：