本发明涉及磁性材料技术领域，具体是指一种钇铁石榴石铁氧体材料及其制备方法。
背景技术：
铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物，就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。旋磁铁氧体材料有许多品种，根据材料的成分和晶体结构分类，有石榴石型、尖晶石型和磁铅石型(六角晶系)等。钇铁石榴石材料主要用于制备通讯频段用隔离器，需要钇铁石榴石材料具有插损小、一致性好等特点。
旋磁铁氧体材料及器件在卫星通讯和移动通信等领域有着广泛的应用。近年来，随着电子信息技术的发展，特别是现代雷达、航空航天技术以及民用电子系统的发展，对微波器件性能的要求越来越高。高功率器件在这些领域中起到十分重要的作用。微波旋磁铁氧体作为这些电子器件的核心部件材料，其承受高功率的能力直接影响器件的性能。为了改善器件的高功率性能，能承受高功率的铁氧体材料已经成为目前研发的关键。
在不同类型的铁氧体材料中，石榴石型微波铁氧体由于有着低介电损耗、高密度、窄共振线宽而备受研究者的青睐。钇铁石榴石铁氧体是最常用、产量和消费量最大的石榴石型铁氧体，提高其功率特性的主要途径是对配方和工艺进行优化，例如在配方中加入gd3+等快驰豫离子，或者采用细化晶粒的方法。目前，工业生产所采用的主要钇铁石榴石铁氧体制备方法是氧化物法，以固体氧化物作为原料，经过配料、球磨、干燥、成型、烧结等基本步骤制得铁氧体，其烧结晶粒粗大，均匀性差，限制了铁氧体材料的高功率性能。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种钇铁石榴石铁氧体材料及其制备方法，得到的铁氧体材料晶粒细小且均匀，具有优良的高功率承受能力。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种钇铁石榴石铁氧体材料，属于离子掺杂型钇铁石榴石型铁氧体，主要组成包括以下化学式：y3-x-y-zgdxcaycuzfe5-a-b-cinavbalco12，0.1≤x≤0.5，0.01≤y≤0.3，0.01≤z≤0.2，0.1≤a≤0.5，0.01≤b≤0.3，0.01≤c≤0.2。
所述通讯基站隔离器用旋磁铁氧体材料的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)混料：称取下列重量份的原材料：y2o342.0-46.0份，gd2o30.5-3.5份，cao0.5-2.0份，cuo0.3-1.5份，fe2o348-52份，in2o30.5-4.0，v2o50.2-0.6份，al2o30.5-3.0份，然后加适量水混合均匀，进行湿法球磨，烘干；其中原材料y203、fe203的平均粒径为1.0-3.0μm，原材料cao、cuo、gd2o3、in2o3、v2o5及al2o3平均粒径为0.20-0.80μm。
(2)预烧：将(1)所得混料在空气中进行预烧；
(3)二次球磨：上述预烧料进行湿法二次球磨；
(4)造粒成型：将料浆脱水加粘结剂进行造粒然后成型，具体为：向二次球磨后的物料中加入相当于二次球磨后的物料重量8-12％的聚乙烯醇水溶液，混匀后造粒，形成30-40目的颗粒料；将颗粒料放入成型模具内，在30-40mpa下压制成坯件；
(5)烧结：将上述成型体在氧气气氛中进行烧结。
进一步的，步骤(1)中各原材料重量比例优选为：y2o345.0份,gd2o31.5份，cao1.5份，cuo1.0份，fe2o348.5份，in2o31.5份，v2o50.3份，al2o31.7份；各原材料平均粒径优选为：y203、fe203的平均粒径为2.0μm，原材料cao、cuo、gd2o3、in2o3、v2o5及al2o3平均粒径为0.5μm。
进一步的，步骤(1)在湿法球磨过程中，原料、球和水的质量比为(1-1.2)：(4-5)：1.5，球磨混料完成后烘干，过40目筛。
进一步的，步骤(2)中预烧的具体步骤如下：先以5-10℃/min的升温速率升温至600-700℃，再以50-100℃/min的升温速率升温至1000-1100℃，保温烧结5-10h；然后以50-100℃/min的降温速率冷却至室温。
进一步的，步骤(3)将预烧后的物料在球磨机中进行湿法二次球磨，原料、球和水的质量比为(1.0-1.2)：(6-8)：1.5，球磨完成后烘干，过30目筛。
进一步的，步骤(4)中聚乙烯醇水溶液的质量分数为6-10％。
进一步的，步骤(5)中烧结的具体步骤如下：先以5-10℃/min的升温速率升温至700-800℃，再以100-200℃/min的升温速率升温至1350-1450℃，保温烧结2-5h；然后先以100-150℃/min的降温速率冷却至200-300℃，保温1-3h后，再以50-80℃/min的降温速率冷却至室温。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的配方中，gd3+能进入石榴石结构的c位，使c位磁矩增大，al3+能取代fe3+，减弱晶格之间的超交换作用，从而使饱和磁化强度下降，自旋波线宽增大；ca2+可以改善材料的峰值功率承受能力；cuo可以降低烧结温度，in2o3、v2o5、cuo、al2o3共同掺入可以于晶界处形成细小、弥散分布的晶界相，起到晶粒细化的作用，改善材料的显微结构，提高材料的高功率性能。
(2)本发明选择合适粒径的原料，在预烧、烧结向材料中引入大量的微小形核中心，从而起到晶粒细化的作用，有利于最终形成均匀、细小的晶体组织；通过调整烧结升温、冷却降温的速率，可以减少材料的高温保温时间，阻止晶粒过度长大，使预烧后的材料晶粒细小，而且能使预烧后材料中各种元素分布均匀，从而在后续烧结过程中，形成优良晶粒尺寸、分布特性的铁氧体材料，提高材料的高功率性能。
(3)本发明通过对配方和工艺进行优化，得到晶粒细小且均匀的铁氧体材料，具有优良的高功率承受能力，尤其适用于通讯基站高功率器件的制造。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种钇铁石榴石铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按以下重量份称取原料：y2o345份，gd2o31.5份，cao1.5份，cuo1.0份，fe2o348.5份，in2o31.5份，v2o50.3份，al2o31.7份。y203、fe203的平均粒径为2.2μm；其余原材料的平均粒径为0.6μm；将上述原材料共同加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：7：1.4，球磨完成后烘干，过30目筛。
(2)预烧：将上述过筛后的粉先以8℃/min的升温速率升温至650℃，以100℃/min的升温速率升温至1050℃，然后以80℃/min的降温速率冷却至室温；
(3)二次球磨：将预烧后的粉料过30目筛，然后加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：8：1.2，球磨完成后烘干、过40筛；
(4)造粒成型：向上述过筛后的粉料中加入相当于粉料重量8％的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液质量分数为8％，混匀后造粒，过30目筛，形成颗粒料；然后将上述将颗粒料放入成型模具内，在35mpa下压制成坯件；
(5)烧结：将上述坯件放入烧结炉中，先以5℃/min的升温速率升温至800℃，再以120℃/min的升温速率升温至1400℃，保温烧结3h，然后以150℃/min的降温速率冷却至200℃，保温2h后，再50℃/min的降温速率冷却至室温，即得钇铁石榴石铁氧体材料。
实施例2：
一种钇铁石榴石铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按以下重量份称取原料：y2o342.5份，gd2o32.5份，cao1.8份，cuo1.5份，fe2o349.3份，in2o31.7份，v2o50.2份，al2o30.5份。y203、fe203的平均粒径为2.0μm；其余原材料的平均粒径为0.5μm；将上述原材料共同加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：6：1.5，球磨完成后烘干、过30目筛筛。
(2)预烧：将上述过筛后的粉先以10℃/min的升温速率升温至700℃，以80℃/min的升温速率升温至1100℃，然后以100℃/min的降温速率冷却至室温；
(3)二次球磨：将预烧后的粉料过30目筛，然后加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：7：1.3，球磨完成后烘干、过40筛；
(4)造粒成型：向上述过筛后的粉料中加入相当于粉料重量8％的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液质量分数为12％，混匀后造粒，过30目筛，形成颗粒料；然后将上述将颗粒料放入成型模具内，在40mpa下压制成坯件；
(5)烧结：将上述坯件放入烧结炉中，先以10℃/min的升温速率升温至700℃，再以100℃/min的升温速率升温至1450℃，保温烧结4h，然后以120℃/min的降温速率冷却至200℃，保温3h后，再50℃/min的降温速率冷却至室温，即得钇铁石榴石铁氧体材料。
实施例3：
一种钇铁石榴石铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按以下重量份称取原料：y2o345.5份，gd2o30.5份，cao1.0份，cuo0.5份，fe2o350.5份，in2o31.0份，v2o50.5份，al2o30.5份。y203、fe203的平均粒径为2.1μm；其余原材料的平均粒径为0.7μm；将上述原材料共同加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：7：1.3，球磨完成后烘干、过30目筛筛。
(2)预烧：将上述过筛后的粉先以5℃/min的升温速率升温至650℃，以100℃/min的升温速率升温至1050℃，然后以100℃/min的降温速率冷却至室温；
(3)二次球磨：将预烧后的粉料过30目筛，然后加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：8：1.4，球磨完成后烘干、过40筛；
(4)造粒成型：向上述过筛后的粉料中加入相当于粉料重量8％的聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇水溶液质量分数为10％，混匀后造粒，过30目筛，形成颗粒料；然后将上述将颗粒料放入成型模具内，在30mpa下压制成坯件；
(5)烧结：将上述坯件放入烧结炉中，先以8℃/min的升温速率升温至750℃，再以100℃/min的升温速率升温至1360℃，保温烧结4h，然后以120℃/min的降温速率冷却至300℃，保温4h后，再50℃/min的降温速率冷却至室温，即得钇铁石榴石铁氧体材料。
对比例1：
按化学式y3fe5o12，通过常规方法制备铁氧体材料。
具体制备方法如下：按化学式称取y203和fe203原料，加入球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：5：1.2，球磨完成后烘干、过筛，于1000℃预烧3h，冷却至常温后加入行星式球磨机中进行湿法球磨，原料、球和水的质量比为1：6：1.4，球磨完成后烘干、过筛得到粉料，再加入相当于粉料重量8％的质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液混匀后造粒，形成30目的颗粒料，在35mpa下压制成坯件，放入烧结炉中，在烧结温度为1500℃的条件下烧结5.0h，冷却后即得钇铁石榴石铁氧体材料。
对实施例1-3以及对比例1制得的铁氧体材料测定自旋波线宽，结果如下表1所示：
表1实施例和对比例性能测试
本发明的材料具有低损耗、低温度系数、高承受功率的特点，有效提高铁氧体材料的自旋波线宽，制得的铁氧体材料能具有极佳的高功率承受能力，解决了石榴石材料损耗偏大或者高功率性能不佳的问题。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。