具有纳米晶结构的Z型六方铁氧体制造技术

在一个方面中，Co2Z铁氧体具有下式：(Ba1‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有纳米晶结构的Z型六方铁氧体
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年2月21日提交的美国临时专利申请序列号62/979,526的权益。相关申请通过引用整体并入本文。
[0003]背景
[0004]需要改善的性能和小型化以满足在甚高频(very high frequency，VHF)应用中使用的装置的不断增长的需求，其在各种各样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。通常，六角铁氧体或六方铁氧体为具有六方晶体结构并且表现出磁特性的一类铁氧化物陶瓷化合物。已知数种类型的六方铁氧体族，包括Z型铁氧体Ba3Me2Fe
24
O
41
和Y型铁氧体Ba2Me2Fe
12
O
22
，其中Me可以为小的2+阳离子例如Co、Ni或Zn，并且Sr可以替代Ba。另外的六方铁氧体类型包括M型铁氧体((Ba，Sr)Fe
12
O
19
)、W型铁氧体((Ba，Sr)Me2Fe
16
O
27
)、X型铁氧体((Ba，Sr)2Me2Fe
28
O
46
)和U型铁氧体((Ba，Sr)4Me2Fe
36
O60)。
[0005]与尖晶石铁氧体相比，一些六方铁氧体例如钴替代钡的Y型(Co2Y)和Z型(Co2Z)六方铁氧体可以具有高得多的铁磁共振频率和磁导率，使得它们在高频应用中具有吸引力。尽管具有这些改善，但它们在高频和微波装置中的使用受到限制，因为这些替代也导致磁损耗的增加。虽然Z型铁氧体为高阻抗磁介电复合材料的候选者，但是高的磁损耗限制了其使用。因此期望改善的Z型铁氧体。

技术实现思路

[0006]本文公开了具有纳米晶结构的Co2Z铁氧体。
[0007]在一个方面中，Co2Z铁氧体具有下式：(Ba1‑
x
Sr
x
)3Co
2+y
M
y
Fe
24
‑
2y
‑
z
O
41
。M为Mo、Ir或Ru中的至少一者。变量x可以为0至0.8、或0.1至0.8。变量y可以为0至0.8、或0.01至0.8。变量z可以为
‑
2至2。使用透射电子显微术、场发射扫描电子显微术或X射线衍射中的至少一者测量的Co2Z铁氧体的平均晶粒尺寸可以为5纳米至100纳米、或30纳米至80纳米、或10纳米至40纳米。
[0008]在另一个方面中，复合材料包含Co2Z铁氧体和聚合物。
[0009]在又一个方面中，制品包含Co2Z铁氧体。
[0010]在又一个方面中，制造Co2Z铁氧体的方法包括对包含Fe、Co、Ba和任选的M的铁氧体前体化合物进行研磨以形成氧化物混合物，其中M为Mo、Ir或Ru中的至少一者；在氧气或空气气氛中对氧化物混合物进行煅烧以形成经煅烧的铁氧体；在足以形成如下的Co2Z铁氧体的能量下对经煅烧的铁氧体进行高能研磨：使用透射电子显微术、场发射扫描电子显微术或X射线衍射中的至少一者测量的Co2Z铁氧体的平均晶粒尺寸为5nm至100nm、或30nm至80nm、或10nm至40nm。
[0011]上述特征和另外的特征通过以下附图、具体实施方式和权利要求书来例示。
附图说明
[0012]以下附图为示例性实施方案，提供这些附图是为了举例说明本公开。附图为实例的举例说明，其不旨在将根据本公开制造的装置限于本文所阐述的材料、条件或工艺参数。
[0013]图1是实施例1和2的磁导率和磁损耗角正切随频率的图示说明；
[0014]图2是实施例1的介电常数和介电损耗角正切随频率的图示说明；以及
[0015]图3是实施例2的介电常数和介电损耗角正切随频率的图示说明。
具体实施方式
[0016]发现具有纳米晶结构的Z型六方铁氧体(本文称为Co2Z铁氧体或纳米晶Co2Z铁氧体)可以导致具有改善的特性的Co2Z铁氧体。具体地，Co2Z铁氧体的纳米晶结构的平均晶粒尺寸可以为5纳米(nm)至100nm、或30nm至80nm、或10nm至40nm。如本文所用，平均晶粒尺寸使用透射电子显微术、场发射扫描电子显微术或X射线衍射中的至少一者测量。Co2Z铁氧体可以具有以下通式：
[0017](Ba1‑
x
Sr
x
)3Co
2+y
M
y
Fe
24
‑
2y
‑
z
O
41
[0018]其中M为Mo、Ir或Ru中的至少一者；x为0至0.8、或0.1至0.8、或0；y为0至0.8、或0.01至0.8；以及z为
‑
2至2。变量x可以为0.1至0.8。变量x可以为0。M可以为Mo或Ru中的至少一者。变量y可以为0。变量y可以为0.01至0.8。变量z可以修改成不为零以包括非化学计量的式。
[0019]Co2Z铁氧体可以使用任何合适的方法制备。通常，Co2Z铁氧体可以通过首先形成包含前体化合物的混合物来形成，所述前体化合物包含至少Ba、Co、Fe和任选的M的氧化物。前体化合物可以包含至少BaCO3、Co3O4和Fe2O3、以及任选的MO2。基于前体化合物的总重量，混合物可以包含5重量百分比至20重量百分比的BaCO3。基于前体化合物的总重量，混合物可以包含5重量百分比至50重量百分比的MO2。基于前体化合物的总重量，混合物可以包含2重量百分比至15重量百分比的Co3O4。基于前体化合物的总重量，混合物可以包含50重量百分比至80重量百分比的Fe2O3。混合物还可以包含Sr、Zn、Mg或Cu中的至少一者的氧化物。氧化物的颗粒尺寸可以为3微米至50微米。混合物可以包含Sr的氧化物。然后可以对混合物进行研磨以形成氧化物混合物。
[0020]对前体化合物进行研磨可以包括低能研磨以形成氧化物混合物。如本文所用，术语“低能研磨”是指赋予足以形成平均颗粒尺寸为1微米至50微米、或0.5微米至20微米的氧化物混合物的能量的研磨步骤。形成氧化物混合物的低能研磨可以包括干磨或湿磨。低能研磨可以进行小于或等于2小时、或者0.5小时至1.5小时。低能研磨可以包括以小于或等于290转每分钟(rpm)、或100rpm至250rpm的研磨速度研磨。低能研磨可以包括在低能球磨机中研磨。低能球磨机可以包括多个金属球(例如，硬化钢球)。金属混合器可以包括直径为1毫米至15毫米、或5毫米至20毫米、或5毫米至9毫米的金属球。低能研磨中金属混合器与粉末的质量比可以小于或等于15∶1、或为12∶1至5∶1。
[0021]可以对氧化物混合物进行煅烧以形成经煅烧的铁氧体。煅烧可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种Co2Z铁氧体，具有下式：(Ba1‑
x
Sr
x
)3Co
2+y
M
y
Fe
24
‑
2y
‑
z
O
41
其中M为Mo、Ir或Ru中的至少一者；x为0至0.8；y为0至0.8、或0.01至0.8；以及z为
‑
2至2；以及其中使用透射电子显微术、场发射扫描电子显微术或X射线衍射中的至少一者测量的所述Co2Z铁氧体的平均晶粒尺寸为5纳米至100纳米、或30纳米至80纳米、或10纳米至40纳米。2.根据权利要求1所述的Co2Z铁氧体，其中y为0.01至0.8。3.根据前述权利要求中任一项所述的Co2Z铁氧体，其中x为0.1至0.8。4.根据前述权利要求中任一项所述的Co2Z铁氧体，M为Ru或Mo中的至少一者。5.根据前述权利要求中任一项所述的Co2Z铁氧体，其中使用Horiba LA
‑
910激光光散射PSD分析仪测量的或根据ASTM D4464
‑
15确定的所述Co2Z铁氧体的按体积计的中值D50颗粒尺寸为1微米至30微米。6.一种复合材料，包含聚合物以及根据前述权利要求中任一项所述的铁氧体组合物。7.根据权利要求6所述的复合材料，其中所述复合材料在0.5吉赫至5吉赫的频率下、或在0.5吉赫至3吉赫下的磁导率大于或等于1.5、或者大于或等于1.8、或者为1.5至5。8.根据权利要求6至7中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料在0.5吉赫至5吉赫的频率下、或在0.5吉赫至3吉赫下的介电常数为6至15、或3至8、或8至12、或8至10。9.根据权利要求6至8中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料在0.5吉赫至5吉赫的频率下、或在0.5吉赫至3吉赫下的磁损耗角正切tanδ
μ
小于或等于0.04、小于或等于0.02、或者为0.001至0.04。10.根据权利要求6至9中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料在0.5吉赫至5吉赫的频率下、或在0.5吉赫至3吉赫下的介电损耗角正切tanδ
ε
小于或等于0.04、或者小于或等于0.02、或者为0.001至0.04。11.根据权利要求6至10中任一项所述的复合材料，其中所述聚合物包括以下中的至少一者：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟...

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