微波铁氧体材料及制备方法和介电常数调节方法

本发明涉及磁性材料领域，具体涉及一种微波通信用高介电常数微波铁氧体材料。

背景技术：

1、微波铁氧体在5g应用、航空航天、电子对抗及医疗方面有着广泛的应用。微波铁氧体器件的核心就是微波铁氧体材料，微波铁氧体材料应用在环形器、隔离器、移相器等器件上，在系统中起到开关、放大、移相等作用。钇铁石榴石(yig)因其优异的旋磁性能和极低的铁磁共振线宽值而具有独特的应用潜力而被广泛研究。与射频和微波频段的所有其他铁氧体材料相比，yig具有低铁磁共振线宽、高电阻率和低介电损耗等优异性能。

2、现有常规微波铁氧体的介电常数在12～16之间，在低频环形器隔离器设计时器件尺寸偏大，无法满足小型化、集成化的需求。若将铁氧体的介电常数提高到25以上，可以把隔离器环形器的尺寸缩小25％以上，达到小型化、集成化的需求。

3、过去，人们对微波铁氧体的研究多集中于降低材料的微波磁损耗方面，而对微波铁氧体材料的介电常数研究较少。近年来，随着5g通讯的发展，器件设计者不断提出高介电常数材料需求，特别是小线宽材料。于是高介电常数的石榴石铁氧体材料成为了微波铁氧体研究领域中的热点之一。

4、根据现有的报道，比如中国专利公开号为cn102976740a的专利申请，通过添加bi3+、ti4+增加介电常数，bi3+取代十二面体位y3+，ti4+取代八面体位fe3+，但为了满足小线宽要求，材料的介电常数不高，一般在13.5～15之间。再比如中国专利cn111285673a的专利申请，化学式为bi1.25ca0.25+2xy1.5-2xzr0.25alxmnyfe4.75-x-y，通过电荷守恒计算可以得出，八面体取代的fe3+离子的锰离子为+7价，而且，本申请的发明人通过大量试验证明，在使用mn3o4为原料制备石榴石铁氧体的过程中，锰离子很难被氧化到+7价，且制备出来的石榴石铁氧体材料含有大量杂相，材料的铁磁共振线宽会急剧增大，不能满足实际使用要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种微波铁氧体材料，兼具高介电常数与窄铁磁共振线宽特性，以满足通讯基站等整机系统小型化、集成化的迫切需求。

2、本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，微波铁氧体材料，其组成化学式为：

3、biay3-a-b-ecab+ezrbmnccrdhfefe5-b-c-d-eo12

4、其中，1.25≤a≤1.5，0.475≤b≤0.6，0≤c≤0.1，0≤d≤0.05，0≤e≤0.05。

5、本发明还提供一种微波铁氧体材料的制备方法，包括下述步骤：

6、(1)配方设计,根据以下的组成化学式进行配方设计:

7、biay3-a-b-ecab+ezrbmnccrdhfefe5-b-c-d-eo12，

8、其中1.25≤a≤1.5，0.475≤b≤0.6，0≤c≤0.1，0≤d≤0.05，0≤e≤0.05；

9、(2)配比称料：以氧化物y2o3、caco3、fe2o3、mn3o4、hfo2、cr2o5、zro2和作为原材料，按照配方比例称料；其中，bi2o3称料分出20％～30％作为二次球磨bi2o3料，余下部分作为一次球磨bi2o3料；

10、(3)一次球磨：将一次球磨bi2o3料和步骤(2)中其他组分的称料放入球磨罐中，加入球磨介质进行球磨；

11、(4)预烧：将一次球磨浆料烘干并进行预烧；

12、(5)二次球磨：将预烧后的粉料与二次球磨bi2o3料一同加入球磨介质进行二次球磨6h～24h；

13、(6)造粒：将二次球磨后的浆料烘干后，以浆料烘干后的质量为基准，加入7wt％～8wt％的胶合剂，进行造粒，得到粒料；

14、(7)成型：压制造粒后的铁氧体粉料得到材料生坯；

15、(8)烧结：将成型后的材料生坯放入烧结炉进行烧结。

16、进一步的，所述步骤(8)中，当升温到烧结温度后，快速升温50～100℃，保温20～30min后快速降温到烧结温度，保温30～50h；烧结温度为860～880℃。

17、所述步骤(7)中，压强为200mpa～300mpa。

18、步骤(6)中，所述胶合剂为pva溶液，造粒通过喷雾干燥塔进行；粉料过40目筛后在200mpa压力下压饼进行二次造粒，颗粒度小于1.2微米。

19、步骤(4)和步骤(8)中，烧结炉中加入放有bi2o3的烧结舟。

20、本发明还提供一种微波铁氧体材料介电常数调节方法，通过调节前述制备方法的步骤(1)中的a的数值大小，实现对制备所得微波铁氧体材料介电常数的调节。

21、本发明的微波铁氧体材料兼具高介电常数、窄铁磁共振线宽与低介电损耗特性，介电常数ε：28≤ε≤32，铁磁共振线宽δh≤40oe，介电损耗tgδ≤2×10-4。采用本发明的制备方法，在预烧过程中，放置加入bi2o3的烧结舟，以抑制预烧料中bi2o3的挥发。通过在烧结过程中采用快速升降温的烧结工艺，降低活性，避免晶粒异常长大的同时，展宽烧结温区。另外本发明成本较低，有效降低了烧结温度。

技术特征：

1.微波铁氧体材料，其组成化学式为：

2.微波铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

3.如权利要求2所述的微波铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中，当升温到烧结温度后，快速升温50～100℃，保温20～30min后快速降温到烧结温度，保温30～50h；烧结温度为860～880℃。

4.如权利要求2所述的微波铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，压强为200mpa～300mpa。

5.如权利要求2所述的微波铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述胶合剂为pva溶液，造粒通过喷雾干燥塔进行；粉料过40目筛后在200mpa压力下压饼进行二次造粒，颗粒度小于1.2微米。

6.如权利要求2所述的微波铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)和步骤(8)中，烧结炉中加入放有bi2o3的烧结舟。

7.微波铁氧体材料介电常数调节方法，其特征在于，包括下述步骤：

技术总结
微波铁氧体材料及制备方法和介电常数调节方法，涉及磁性材料领域，本发明的微波铁氧体材料的组成化学式为：Bi<subgt;a</subgt;Y<subgt;3‑a‑b‑e</subgt;Ca<subgt;b+</subgt;<subgt;e</subgt;Zr<subgt;b</subgt;Mn<subgt;c</subgt;Cr<subgt;d</subgt;Hf<subgt;e</subgt;Fe<subgt;5‑b‑c‑d‑e</subgt;O<subgt;12</subgt;，其中，1.25≤a≤1.5，0.475≤b≤0.6，0≤c≤0.1，0≤d≤0.05，0≤e≤0.05。本发明的微波铁氧体材料兼具高介电常数、窄铁磁共振线宽与低介电损耗特性。

技术研发人员：孙科,胡智勇,余忠,李凌峰,张方远,张晓峰,王朝明,李启帆,邬传健,蒋晓娜,兰中文
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14