X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料及其制备方法技术

一种X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料及其制备方法，属于铁氧体材料制备技术领域。所述双相复合铁氧体材料包括SrM铁氧体、YIG铁氧体和掺杂剂，SrM铁氧体包括SrCO3、CaCO3、La2O3、Co2O3和Fe2O3，YIG铁氧体包括Y2O3、Bi2O3、ZrO2、CaCO3、V2O5和Fe2O3，YIG铁氧体与SrM铁氧体的重量比为1：(0.11～9)；掺杂剂包括SiO2、H3BO3、CaCO3、Bi2O3和BaTiO3。本发明专利技术双相复合铁氧体材料兼具适宜的饱和磁化强度、适宜的各向异性场、高的矫顽力、高剩磁比、低的铁磁共振线宽和高的介电常数特性。振线宽和高的介电常数特性。振线宽和高的介电常数特性。

【技术实现步骤摘要】
X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于铁氧体材料制备
，特别涉及X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着单片微波集成电路(MMIC)技术的不断提升，环行器、隔离器等微波器件也不断朝着小型轻量化、集成化方向发展。基于铁氧体旋磁特性设计的微波器件，在信息公用和级间隔离中起到至关重要的作用，成为决定电子通信系统可靠性和稳定性的关键。根据晶体结构，可将微波器件用铁氧体旋磁材料分为尖晶石型、石榴石型与磁铅石型三种类型。由于材料特性的差异，所应用的频率也不同；例如石榴石型铁氧体兼具适宜的饱和磁化强度和低的损耗特性，被广泛应用于X波段微波器件设计。但为了实现微波器件的功能，通常需要外置磁钢提供偏置磁场，大大增加了微波器件的重量与体积，不利于整机系统小型轻量化、集成化发展。
[0003]在三种铁氧体旋磁材料中，M型六角铁氧体(SrM)，具有高矫顽力、高各向异性场和高剩磁比等特性。高矫顽力可以保持六角铁氧体的永磁特性；高剩磁比可以使磁矩倾向于强各向异性方向进动，进而使磁矩在无外加稳恒磁场或稳恒磁场很小的情况下与微波/毫米波作用产生铁磁共振，利用M型六角铁氧体材料上述独有优势可为微波器件工作提供自偏置场，完全摆脱外置磁钢束缚，实现自偏置特性。但M型六角铁氧体材料由于具有高各向异性场，应用频率一般高于Ka波段，无法应用于X波段微波器件设计。因此本专利技术结合石榴石铁氧体与M型六角铁氧体各自的优势，开展X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料研制，对实现X波段微波器件自偏置特性具有十分重要的意义。
[0004]针对目前X波段自偏置器件用微波铁氧体材料的研究，约旦大学(Mater.Res.Bull.,2016,74:192
‑
210)公布的一种BaFe
11.6
Cu
0.4
O
19
铁氧体材料性能指标：比饱和磁化强度σ
s
＝68.5g/emu，剩磁比M
r
/M
s
＝0.32，矫顽力H
c
＝459Oe，各向异性场H
a
＝10.7kOe，铁磁共振线宽ΔH未公布，虽然六角铁氧体材料的H
a
大幅降低，但是材料的M
r
/M
s
和H
c
较低，不利于保持自偏置特性；电子科技大学(J.Mater.Sci.
‑
Mater.Electron.,2018,29(12):10311
‑
10316)公布的一种BaSc
0.1
Fe
11.9
O
19
铁氧体材料性能指标为：饱和磁化强度4πM
s
＝4700Gs，剩磁比M
r
/M
s
＝0.65，矫顽力H
c
＝2400Oe，各向异性场H
a
＝7.8kOe，铁磁共振线宽ΔH未公布，虽然材料具有适宜的H
c
与H
a
，但M
r
/M
s
较低；专利CN11204731A公布的一种La，Sc取代M型六角铁氧体材料性能指标为：饱和磁化强度4πM
s
>3790Gs，剩磁4πM
r
>3415Gs，矫顽力H
c
>550Oe，各向异性场H
a
>13.6kOe，铁磁共振线宽ΔH>389Oe，但材料的H
c
较低，ΔH较大；专利CN111732427B公布的一种Ga取代六角铁氧体材料性能指标：饱和磁化强度4πM
s
>4167Gs，矫顽力H
c
>2280Oe，剩磁比M
s
/M
r
>0.88，各向异性场H
a
>18.02kOe，铁磁共振线宽ΔH>260Oe，虽然材料具有适宜的M
s
/M
r
与ΔH，但H
a
较高。从上述结果中不难看出，通过Sc、Cu等离子取代虽然可以降低M型六角铁氧体各向异性场，但磁性能恶化较为严重，不利于X波段微波器件设计。此外，印度尼赫鲁大学(J.Alloys.Compd.,2018,736:266
‑
275)公布了一种溶胶凝胶
法制备BaM/YIG复合铁氧体，随着YIG含量增加，各向异性场H
a
降低，铁磁共振线宽ΔH从2000Oe下降到385Oe，但此时矫顽力H
c
<600Oe较低，不利于保持自偏置特性；陕西科技大学(Mater.Res.Bull.,2014,60:195
‑
200)公布的一种溶胶凝胶法一步合成BaFe
12
O
19
/Y3Fe5O
12
复合材料性能指标：矫顽力H
c
＝689Oe、比饱和磁化强度σ
s
＝34.13emu/g、剩磁比M
r
/M
s
＝0.584，铁磁共振线宽ΔH与各向异性场H
a
未公布，通过化学法合成的复合磁体虽然一定程度上能够改善磁体的微波性能，但制备技术复杂、反应过程难以控制、污染较大并且磁体取向困难，不适于自偏置器件应用。
[0005]基于上述，现有X波段自偏置器件用铁氧体材料难以兼具适宜各向异性场、高矫顽力和剩磁比特性。本专利技术提供一种X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料及其制备方法，将硬磁相高M
r
/M
s
和H
c
特性“嫁接”到高介低损耗软磁相上，研制兼具适宜各向异性场、高矫顽力和剩磁比、低铁磁共振线宽、高介电常数特性的双相复合铁氧体材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对现有技术所涉及的X波段自偏置器件用铁氧体材料难以兼具适宜各向异性场、高矫顽力和剩磁比特性的技术难题，提出一种X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料及其制备方法，所研制的材料兼具适宜的饱和磁化强度(4πM
s
≥3028Gs)、适宜的各向异性场(H
a
≤11.56kOe)、高的矫顽力(H
c
≥3754Oe)、高剩磁比(M
r
/M
s
≥0.90)、低的铁磁共振线宽(ΔH≤350Oe)和高的介电常数(ε'≥23)特性，适用于X波段自偏置器件设计。
[0007]本专利技术的核心思想是：将硬磁相高M
r
/M
s
和H
c
特性“嫁接”到高介低损耗软磁相上。硬磁相主配方采用适量缺铁、高矫顽力和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料，其特征在于，所述双相复合铁氧体材料包括SrM铁氧体、YIG铁氧体和掺杂剂；所述SrM铁氧体的组分为：3.82～10.34mol％SrCO3、0.74～4.85mol％CaCO3、2.33～8.17mol％La2O3、1.45～6.49mol％Co2O3、76.67～85.14mol％Fe2O3，所述YIG铁氧体的组分为：17.43～30.22mol％Y2O3、5.22～10.41mol％Bi2O3、5.56～10.68mol％ZrO2、5.23～11.32mol％CaCO3、3.2～14.2mol％V2O5、39.57～46.96mol％Fe2O3，YIG铁氧体与SrM铁氧体的重量比为1：(0.11～9)；掺杂剂占复合铁氧体材料的重量百分比为：0.2～0.6wt.％SiO2、0.1～0.8wt.％H3BO3、0.3～1.5wt.％CaCO3、0.4～1.2wt.％Bi2O3、0.4～1.4wt.％BaTiO3。2.一种X波段自偏置器件用双相复合铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、配料以SrCO3、CaCO3、La2O3、Co2O3、Fe2O3为原料，按照“3.82～10.34mol％SrCO3、0.74～4.85mol％CaCO3、2.33～8.17mol％La2O3、1.45～6.49mol％Co2O3、76.67～85.14mol％Fe2O
3”的比例称料，混料，得到SrM铁氧体初始粉体；步骤2、一次球磨将步骤1得到的初始粉体在球磨机内混合均匀，球磨时间为8～20h；步骤3、一次预烧将步骤2得到的一次球磨料烘干，过筛，在1100～1400℃下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬传健，王武，余忠，李启帆，孙科，蒋晓娜，兰中文，李翱，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：