【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁氧体材料制备，具体涉及一种单轴型小线宽六角铁氧体材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着无线通信技术的迅猛发展，通信系统对小型化、轻量化和低损耗的要求越来越高。作为通信系统收发模块中的关键器件，环行器利用铁氧体材料的旋磁效应实现射频信号通过单一通道同时发送和接收。传统环形器用铁氧体，如钇铁石榴石、ni系尖晶石铁氧体、li系尖晶石铁氧体等，具有立方晶体结构和低磁晶各向异性，因此需要外加偏置磁场实现旋磁效应。偏置磁场通常由永磁体提供，这增加了环行器的体积、重量和成本，不利于无线通信系统向扁平化和集成化发展。单轴型六角铁氧体具有较强的磁晶各向异性，可在很小的偏置磁场或无任何外加磁场时使磁矩在微波场作用下围绕其磁晶各向异性场进动。基于单轴型六角铁氧体设计的环形器可摆脱外置磁钢，实现自偏置特性，从而显著减小通信系统收发模块的重量和体积。
2、环形器的插入损耗与铁氧体的铁磁共振线宽密切相关，通过金属离子取代和制备工艺优化可实现六角铁氧体铁磁共振频率与铁磁共振线宽调控。例如，美国东北大学(appl.phys.let t.,2006,88,62516)使用丝网印刷工艺和磁场取向技术制备了织构化的多晶m型六角铁氧体薄膜，在v波段实现了310oe的零场铁磁共振线宽。电子科技大学(j.am.ceram.soc.,2022,105,7492)通过控制晶粒和晶界中铜离子分布，将多晶m型六角铁氧体的铁磁共振线宽显著降低至303oe。专利cn108424137b采用固相反应法制备了高各向异性低铁磁共振线宽m型六角铁氧体，其44ghz
技术实现思路
1、本专利技术提供一种单轴型小线宽六角铁氧体材料及其制备方法，通过调控制备工艺实现较小的零场铁磁共振线宽，对于实现低损耗自偏置器件具有重要意义。
2、本专利技术的核心思想：传统环形器用铁氧体具有立方晶体结构和低磁晶各向异性，因此需要外加偏置磁场实现环形功能。单轴型六角铁氧体具有较强的磁晶各向异性，可在很小的偏置磁场或无任何外加磁场时使磁矩在微波场作用下围绕其磁晶各向异性场进动，实现自偏置特性，从而显著减小通信系统收发模块的重量和体积。新型18h六角铁氧体(ba5me2ti3fe12o31，me＝mg、fe、co、ni、cu、zn等)有别于传统六角铁氧体的晶体结构，其晶胞可视为向y型六角铁氧体晶胞的t块中插入一个钛酸钡块构成。首先，引入cu2+离子可调控其磁晶各向异性，cu 18h六角铁氧体具有单轴型磁晶各向异性，易磁化轴沿晶体c轴；其次，样品成型过程中的磁场取向技术使晶粒易磁化轴排列一致，进一步提高样品磁各向异性和剩磁比；再次，低熔点cuo和高熔点sio2添加剂的协同效应，在形成液相烧结，促使样品致密化的同时，抑制晶粒异常生长，使得晶粒尺寸细小且均匀。高阻态sio2添加剂富集于晶界，可有效提高晶界电阻率，降低材料高频损耗。因此，本专利技术基于一种具有新型晶体结构的18h六角铁氧体材料，通过cu2+离子调控18h六角铁氧体材料磁晶各向异性，联合sio2添加剂和磁场取向技术实现高密度、细晶粒、织构化的多晶显微形貌，有效提高cu 18h六角铁氧体磁晶各向异性和剩磁比，显著降低由于气孔和各向异性导致的铁磁共振展宽，最终制备高密度、小线宽、低损耗cu 18h六角铁氧体材料。
3、本专利技术采用的技术方案如下：
4、本专利技术提供了一种单轴型小线宽六角铁氧体材料及其制备方法，具体步骤如下：
5、s1.配料；按cu 18h六角铁氧体化学式ba5cu2ti3fe12o31的化学计量比计算并称量bac o3、cuo、tio2、fe2o3原料粉末。
6、s2.一次球磨；将步骤s1所得原料粉末在球磨机内分别混合均匀，球磨时间2～4小时。
7、s3.预烧；将步骤s2所得一次球磨料烘干，随后在1050～1150℃预烧3～5小时生成cu 18h六角铁氧体预烧粉末。
8、s4.掺杂；向步骤s3所得cu 18h六角铁氧体预烧粉加入占总质量0.5～1.5wt％的sio2作为掺杂剂。
9、s5.二次球磨；将步骤s4所得混合粉末在高能球磨机中以去离子水为球磨介质球磨8～16小时，球磨后的目标平均颗粒尺寸为0.4～0.8μm。
10、s6.成型；将步骤s5所得的脱水浆料在磁场成型机下压制成生坯，脱水浆料含水量控制在30wt％～35wt％之间，成型磁场强度为1.2～1.4t，成型压强为80～120mpa，保压时间为40～60s。
11、s7.烧结；将步骤s6所得生坯置于烧结炉内，在1100～1150℃烧结3～5小时，生成cu 18h六角铁氧体。
12、针对步骤s7所得样品，采用x射线衍射仪分析样品相成分和晶粒取向度；采用扫描电子显微镜观察样品微观形貌；采用阿基米德原理测量样品密度ρ；采用振动样品磁强计测量样品平行于c轴和垂直于c轴的磁滞回线，表征其各向异性；从磁滞回线分析得出饱和磁化强度4πms、剩余磁化强度4πmr、剩磁比mr/ms和矫顽力hc，采用矢量网络分析仪测量样品零场下铁磁共振频率f0和铁磁共振线宽δh，各向异性场ha通过基特尔公式计算得出。
13、本专利技术制备的cu 18h六角铁氧体材料主要技术指标：ρ≥5.3g/cm3、4πms≥1400g、mr/ms≥0.6、ha≥9koe、δh≤320oe。
14、本专利技术的有益效果如下：cu 18h六角铁氧体制备工艺为传统固相反应法，操作简单且工艺成熟；cu 18h六角铁氧体具有较高的各向异性场和剩磁比，有利于实现自偏置特性；cu 18h六角铁氧体具有较高的密度和较低的铁磁共振线宽，有利于减小自偏置器件的插入损耗。基于单轴型六角铁氧体设计的环形器可摆脱外置磁钢，实现自偏置特性，从而显著减小通信系统收发模块的重量和体积。
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1.一种单轴型小线宽六角铁氧体材料，其特征在于，所述六角铁氧体材料为Cu 18H六角铁氧体材料，具有单轴型磁晶各向异性，其化学表达式为：Ba5Cu2Ti3Fe12O31。
2.一种单轴型小线宽六角铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种单轴型小线宽六角铁氧体材料，其特征在于，所述六角铁氧体材料为cu 18h六角铁氧体材料，具有单轴型磁晶各向异性，其化学表...
【专利技术属性】
技术研发人员：李启帆，梁亚辉，余忠，唐明星，邬传健，李元兴，蒋晓娜，孙科，兰中文，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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