高介电低线宽石榴石铁氧体材料及制备方法和微带环行器技术

高介电低线宽石榴石铁氧体材料及制备方法和微带环行器，涉及微波磁性材料及器件技术。本发明专利技术的高介电低线宽石榴石铁氧体材料化学式为:Bi

【技术实现步骤摘要】
高介电低线宽石榴石铁氧体材料及制备方法和微带环行器


[0001]本专利技术涉及微波磁性材料及器件技术，特别涉及铁氧体材料。

技术介绍

[0002]随着微波通信系统的快速发展，系统对器件提出了小型轻量化以及集成化的要求。铁氧体环行器、隔离器是重要的微波器件，雷达系统的迅猛发展对微波铁氧体器件也提出了更高的要求。作为器件设计主要参数之一的介电常数密切影响着器件的设计尺寸，根据铁氧体器件设计理论，铁氧体材料的介电常数越大，铁氧体器件的尺寸就越小。在不改变材料性能，即不改变材料介电常数大小的情况下，器件的小型化工作举步维艰。因此研发高介电常数石榴石铁氧体材料是解决微波铁氧体器件小型化轻量化的有效途径。
[0003]一些专利相继报道了高介电常数石榴石铁氧体材料的制备方法，如中国专利公开号为CN112960977A，公开的《一种高介电常数微波铁氧体材料及其制备方法与应用》，其化学式Bi
a
Y3Ca
b
Fe5Sn
c
Al
d
Sm
e
Cu
f
V
g
O
12
，其中，0.4≤a≤1，0.1≤b≤0.2，0.2≤c≤0.4，0.5≤d≤0.6，0.1≤e≤0.2，0.05≤f≤0.1，0.3≤g≤0.6。该专利通过调整微波铁氧体材料的组成，通过Sn
4+
、Al
3+
以及Sm
3+
的协同添加共同提高了介电常数，使材料的饱和磁化强度在1800～2000G之间，介电常数在18以上，居里温度在180℃以上，且铁磁共振线宽不超过28Oe。制备得到的材料的铁磁共振线宽较小，但是介电常数和居里温度也都较低，在器件应用方面尤其全温场景下应用受限。
[0004]此外，中国专利公开号为CN114436637A公开的《一种高介常数高功率微波铁氧体材料及其制备方法》，化学式为
[0005]Y3‑
x
‑
y
‑
a
‑
b
‑
c
‑
d
‑
e
‑
f
Bi
x
La
y
Lu
z
Gd
a
Nd
b
Sm
c
Dy
d
Ca
e+f
Sn
e
Zr
f
Fe5‑
δ
‑
e
‑
f
O
12
[0006]通过稀土离子联合取代，提升了材料的ΔH
k
，同时保证材料的温度稳定性。适量Bi
3+
取代提高了材料的介电常数。该专利得到了介电常数为26，铁磁共振线宽为26Oe，饱和磁化强度为1824G，居里温度为282℃的高介石榴石铁氧体材料。虽然材料具有较好的磁性能性能，但是引入了大量的稀土离子，这很大程度的提高了材料成本，且工艺复杂。
[0007]再如，中国专利公开号为CN111825441A，公开的《高介电常数、高饱和磁化强度石榴石铁氧体材料、其制备方法及应用》，其化学式
[0008]Bi
a
Ca
b
Gd
c
Y3‑
a
‑
b
‑
c
Fe5‑
d
‑
e
‑
f
‑
g
‑
δ
Hf
d
Zr
e
V
f
Sn
g
O
12
，其中1.0≤a≤1.7，0≤b≤1，0≤c≤0.3，0≤d≤0.6，0≤e≤0.5，0≤f≤0.3，0≤g≤0.3，δ为缺铁量。该专利制备得到的石榴石铁氧体材料4πM
s
＝1861G，ΔH＝50Oe，ε
′
＝32.27，结果表明，使用高介电常数石榴石旋磁基片设计的环行器比普通旋磁基片设计的环行器尺寸小约30％，隔离度相近，都大于20dB，驻波比都小于1.2，插入损耗略大于普通旋磁基片设计的环行器，为0.2dB。虽然器件的性能满足设计要求，但材料的ΔH也相对较大，且介电损耗作为影响器件插入损耗的重要因素并未给出具体性能，居里温度也并未提及，器件小型化程度也较低。
[0009]从上述的专利文件以及可查阅的论文报道可以发现，现有的高介电常数石榴石铁氧体材料及器件应用都存在两方面的问题：一是大多采用多种稀土离子联合取代，得到低
铁磁共振线宽、高居里温度的材料；虽然材料具有高的介电常数和较低的线宽，但是稀土原料稀缺且价格昂贵，导致成本较高，且工艺复杂。二是高介电常数石榴石铁氧体材料很少成功的应用于器件小型化设计，即使器件采用高介电常数石榴石铁氧体材料，器件的尺寸也较大，小型化程度低，不利于器件的集成化应用。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种无镧系稀土元素的高介电常数、低铁磁共振线宽的石榴石铁氧体材料及制备方法，制备工艺采用复合烧结工艺，控制晶粒尺寸均匀分布，提高材料的致密化程度，降低气孔率，进而降低气孔致宽。
[0011]本专利技术所要解决的第二个技术问题是，提供一种基于高介电石榴石铁氧体材料的X波段小型化微带环行器，具有较低的插入损耗和更小的体积。
[0012]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，高介电低线宽石榴石铁氧体材料，其特征在于，其化学式为:
[0013]Bi
a
Ca
b
Y
c
Zr
d
In
e
Fe5‑
d
‑
e
‑
δ
O
12
[0014]其中0≤a≤1.4，0≤b≤0.6，0≤c≤3，0≤d≤0.6，0≤e≤1.4，0≤δ≤0.06，δ为工艺缺铁量。工艺缺铁一方面主要补偿球磨罐引入的铁，另一方面，可提高材料的电阻率，降低损耗。
[0015]优选的，a＝1.3，b＝0.375，c＝1.325，d＝0.375，e＝0.02，δ＝0。
[0016]本专利技术还提供前述高介电低线宽石榴石铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
[0017](1)配料：按前述高介电低线宽石榴石铁氧体材料的化学式计算并称取原料，所述原料为Bi2O3、CaCO3、Y2O3、ZrO2、In2O3、Fe2O3；
[0018](2)一次球磨：对原料进行球磨；
[0019](3)预烧：将一次球磨所得浆料烘干并进行预烧，预烧温度为850～1000℃，保温时间4～10h；
[0020](4)二次球磨：将预烧后的粉料进行二次球磨；
[0021](5)一次造粒：将二次球磨所得的浆料烘干得到预烧粉料，分出50％～70本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高介电低线宽石榴石铁氧体材料，其特征在于，其化学式为:Bi
a
Ca
b
Y
c
Zr
d
In
e
Fe5‑
d
‑
e
‑
δ
O
12
，其中0≤a≤1.4，0≤b≤0.6，0≤c≤3，0≤d≤0.6，0≤e≤1.4，0≤δ≤0.06。2.如权利要求1所述的高介电低线宽石榴石铁氧体材料，其特征在于，a＝1.3，b＝0.375，c＝1.325，d＝0.375，e＝0.02，δ＝0。3.高介电低线宽石榴石铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)配料：按化学式Bi
a
Ca
b
Y
c
Zr
d
In
e
Fe5‑
d
‑
e
‑
δ
O
12
，0≤a≤1.4，0≤b≤0.6，0≤c≤3，0≤d≤0.6，0≤e≤1.4，0≤δ≤0.06，δ为工艺缺铁量，计算并称取原料，所述原料为Bi2O3、CaCO3、Y2O3、ZrO2、In2O3、Fe2O3；(2)一次球磨：对原料进行球磨；(3)预烧：将一次球磨所得浆料烘干并进行预烧，预烧温度为850～1000℃，保温时间4～10h；(4)二次球磨：将预烧后的粉料进行二次球磨；(5)一次造粒：将二次球磨所得的浆料烘干得到预烧粉料，按质量分出50％～70％的预烧粉料作为后续粉料，对余下的预烧粉料加入胶合剂进行造粒过筛；(6)成型：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙科，陈祥德，余忠，李凌峰，张方远，张晓峰，王朝明，蒋晓娜，邬传健，兰中文，
申请(专利权)人：东阳富仕特磁业有限公司，
类型：发明
国别省市：