專利名稱：一種高功率釔釓石榴石鐵氧體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)和磁性材料領(lǐng)域，具體涉及石榴石微波鐵氧體材料技術(shù)，。
背景技術(shù)：
在承受高峰值功率的高功率微波鐵氧體環(huán)行器/隔離器的制作中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于材料的高功率非線性效應(yīng)而引起的插入損耗急劇增大、性能惡化等嚴(yán)重問(wèn)題。在承受高平均功率的連續(xù)波高功率器件制作中，還常會(huì)發(fā)生因材料損耗引起的溫升所致飽和磁化強(qiáng)度下降，進(jìn)而帶來(lái)器件頻率漂移的問(wèn)題。材料的高功率承受能力可由高功率非線性效應(yīng)臨界場(chǎng)h。或自旋波線寬AHk來(lái)表征[1]。高功率器件對(duì)微波鐵氧體材料的要求主要是I)自旋波線寬ΛHk高；2)微波損耗低，主要是鐵磁共振線寬ΛΗ或有效線寬AHrff低；3)飽和磁化強(qiáng)度Ms較低；4)居里溫度高或Ms的溫度系數(shù)低。提高材料自旋波線寬AHk有兩個(gè)途徑，一是摻入稀土等快弛豫雜質(zhì)離子，二是晶粒細(xì)化[1]。使用摻雜稀土的方法來(lái)提高AHk,必然帶來(lái)鐵磁共振線寬Λ H和有效線寬AHeff的顯著增大；采用晶粒細(xì)化的方法卻能以較小的ΛΗ和AHeff變化換來(lái)較大的AHk增加。為了確保高功率器件的低損耗特性，除了要在配方設(shè)計(jì)中兼顧自旋波線寬AHk的提高和ΛΗ和AHeff的降低以外，還要設(shè)法細(xì)化晶粒。然而，晶粒的細(xì)化往往伴隨有大量氣孔使Δ H增大，為此國(guó)外通常采用設(shè)備繁雜、效率低下的熱壓工藝，我們則需要另辟蹊徑。關(guān)于微波鐵氧體材料及制造方法的專利文獻(xiàn)已有一些，如目前已公開(kāi)的CN1286127C 中所述的石榴石鐵氧體化學(xué)式為:YxGd3_xAlQ.5Fe4.5012 和 Y3Fe (5_5y)Al5yO12 ；CN1600741A 中所述的石榴石材料的化學(xué)式為:Y3_xGdxFet_2y_zCoySiyAlz012、Y3_x_uGdxCauCoySiyAlzFet-2y_u-z012 和 Y3_xGdxFet_2y_v_zCoySiyInvAlz012 ；CN 1719658.A 中所述的的石榴石材料化學(xué)式為:(YwGdxCaq) (Fe8_w_x_y_3zInyVz)012。以上專利所述的石榴石鐵氧體大都屬于釔釓系列石榴石(YGdIG)。對(duì)于當(dāng)前 高功率旋磁材料市場(chǎng)需求來(lái)講，以上專利所述的石榴石材料的高功率性能(八扎和10和鐵磁共振線寬(ΛΗ)等尚存在不足。目前，微波鐵氧體高功率石榴石材料通常采用釔釓系列石榴石(YGdIG)。高性能的高功率微波鐵氧體材料一般要選用釔釓鈣釩石榴石(YGdCaVIG)材料。在YGdIG或YGdCaVIG中，Gd3+離子有提高AHk并改善Ms溫度系數(shù)的作用，但它同時(shí)也帶來(lái)鐵磁共振線寬ΛΗ和有效線寬AHeff的增大，為了降低ΛΗ必須采用In3+，Sn4+等代換八面體位Fe3+離子，而居里溫度也會(huì)隨之明顯下降；為了獲得低磁矩還需用V5+，Ge4+，Al3+等非磁性離子取代四面體位的Fe3+，它們也會(huì)使居里溫度下降。其中，V5+離子所帶來(lái)的居里溫度下降比其它離子的要少得多[1]，所以低磁矩高功率石榴石多采用釔釓鈣釩石榴石。我們發(fā)現(xiàn)，如果只是使用上述代換離子的話，很難使產(chǎn)品性能滿足高功率器件對(duì)低損耗的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是針對(duì)現(xiàn)有高功率釔釓鈣釩石榴石鐵氧體材料中，存在的損耗偏大、高功率容量偏低的問(wèn)題，提供一種含有銅，鈦的高功率低損耗石榴石微波鐵氧體材料的配方及其便于工業(yè)化生產(chǎn)的制造方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高功率釔釓石榴石鐵氧體材料，其特征在于:該石榴石材料為單相石榴石結(jié)構(gòu)且其組成化學(xué)式為Y3-y-2z-p+x_ , GdyCa2z+p-x+q+q- CuxVzGepSnqTiq, Inq AlwMnw, Fe5_x_z_p_q_q, _w_w, _s012,其中:0 彡 x 彡 1.30 ;0 彡 y 彡 3.00 ;0彡1.50,0彡 1.30,0彡 q 彡0.70,0彡 q'彡 0.70,0 彡 q"彡 0.70，O 彡 w彡 1.30，O 彡W1 ^ 0.50, δ為缺鐵量，O彡δ彡0.50。優(yōu)選的，該石榴石材料使用純度彡99.9%的Y2O3和分析純的Fe2O3, CaCO3, In2O3, V2
O5,GeO2, SnO2, TiO2, Al (OH) 3，MnCO3 為原材料制成。優(yōu)選的，所述原材料中Y2O3,及Gd2O3需進(jìn)行灼燒處理，灼燒處理溫度為850 1200。。。本發(fā)明考慮到CuO的熔點(diǎn)低，在鐵氧體的制備中常用作助燒劑，效果非常好。所以，在配方設(shè)計(jì)中采用了少量Cu2+取代。Cu2+取代可起到促進(jìn)固相反應(yīng)、提高密度、降低燒結(jié)溫度的作用，從而有利于產(chǎn)品在較低的燒結(jié)溫度下獲得高密度、細(xì)晶粒的顯微結(jié)構(gòu)。即，在適當(dāng)燒結(jié)條件下Cu2+的取代既能細(xì)化晶粒又能確保高密度；既可提高自旋波線寬AHk又可減少氣孔對(duì)線寬Λ H和有效線寬AHrff的貢獻(xiàn)，兼顧了器件對(duì)材料的高Λ Hk與低ΛΗ和低AHeff的要求。Cu2+是弱磁性離子，在石榴石中傾向于取代八面體位的Fe3+，對(duì)磁矩的影響與非磁性離子In3+，Sn4+等相近，只是更弱一些。二價(jià)的Cu2+離子可用來(lái)部分替代Ca2+，在配方中起到對(duì)高價(jià)非磁性離子V+，Ge4+，Sn4+等的電價(jià)平衡作用。此外Cu的引入還有利于降低燒結(jié)溫度和能耗。另外，從材料性能上 看，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與美國(guó)Trans-Tech公司產(chǎn)品相比，介電常數(shù)ε '普遍偏低[1’2]。Ti4+離子具有提高介電常數(shù)的作用，同時(shí)Ti4+對(duì)八面體位Fe3+的取代還可降低磁晶各向異性常數(shù)K1，減小各向異性致寬ΛΗ#。為此，在配方中采用In3+、Sn4+、Ti4+等離子對(duì)八面體位Fe3+聯(lián)合取代，以有利于介電常數(shù)ε' 了提高。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)例和附表，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。制造工藝流程為:1)原材料處理一2)按配方計(jì)算并稱料一3) 一次球磨一4)預(yù)燒一5) 二次球磨一6)干燥造粒一7)壓制成型一8)燒結(jié)。實(shí)例一①「據(jù)化學(xué)式Y(jié)s-y^z-p+x-q-q1 GdyCa2z+p_x+q+q/ CuxVzGepSnqTiq/ Inq AlwMnw/ Fe5_x_z_p_q_q/ _w_w, -^O12取:x=0.05; y=l.00; ζ=0.32; ρ=0.IOiq=C^q' =0.03;q" = 0.27; w=0.05; =0,計(jì)算出所需的原料。使用純度彡99.9%和經(jīng)過(guò)灼燒處理后的Y2O3, Gd2O3及分析純的CuO，F(xiàn)e203，CaCO3, V2O5, GeO2, TiO2, In2O3, Al (OH) 3為原材料，稱出相應(yīng)重量的原材料。②將稱出的原料裝入球磨罐中，并按料:球:酒精=1: 3: I的比例加入鋼球和酒精，一次球磨12小時(shí)后出料。漿料經(jīng)烘干后過(guò)30目篩，裝入專用的剛玉坩堝中。③將裝有粉料的剛玉坩堝放入氧化氣氛的爐中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1200°C，保溫5小時(shí)。④將預(yù)燒料先粉碎過(guò)30目篩，然后放入球磨罐中，并按料:球:酒精=1: 3: 0.9的比例加入鋼球和酒精，二次球磨30小時(shí)后出料。⑤將二次球磨料烘干，加入8被％的膠合劑，混合均勻制成40目顆粒料。⑥將顆粒料放入成型模具內(nèi)壓制成所需的產(chǎn)品坯件，成型壓強(qiáng)為98MPa。⑦將壓制成型的坯件放入氧化氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1280°C 1310°C，保溫5小時(shí)后隨爐冷卻至室溫。獲得的樣品經(jīng)磨加工，制成測(cè)量所需的小球和小棒，進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。測(cè)量結(jié)果如表I所示。表I實(shí)例一高功率石榴石材料的電磁性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種高功率釔釓石榴石鐵氧體材料， 其特征在于:該石榴石材料為單相石榴石結(jié)構(gòu)且其組成化學(xué)式為Y3-y-2z-p+x- , GdyCa2z+p-x+q+q- CuxVzGepSnqTiq, Inq AlwMnw, Fe5_x_z_p_q_q, _w_w, _s012,其中:0 ^ x ^ 1.30 ；0 ^ y ^ 3.0O ；0彡 1.50，0 彡p 彡 1.30,0 彡 q彡 0.70,0 彡 q'彡 0.70,0 彡 q"彡 0.70，O 彡w彡 1.30，O 彡W1 ^ 0.50, δ為缺鐵量，O彡δ彡0.50。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石榴石鐵氧體材料，其特征在于:該石榴石材料使用純度彡 99.9% 的 Y2O3 和分析純的 Fe2O3, CaCO3, In2O3, V2O5, GeO2, SnO2, TiO2, Al (OH) 3，MnCO3 為原材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利 要求2所述的石榴石鐵氧體材料，其特征在于:所述原材料中Y2O3,及Gd2O3需進(jìn)行灼燒處理，灼燒處理溫度為850 1200°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率釔釓石榴石鐵氧體材料，該石榴石材料為單相石榴石結(jié)構(gòu)且其組成化學(xué)式為Y3-y-2z-p+x-q-q′GdyCa2z+p-x+q+q′CuxVzGepSnqTiq′Inq″AlwMnw′Fe5-x-z-p-q-q′-w-w′-δO12，其中0≤x≤1.30；0≤y≤3.00；0≤z≤1.50，0≤p≤1.30,0≤q≤0.70,0≤q′≤0.70,0≤q″≤0.70,0≤w≤1.30,0≤w′≤0.50，δ為缺鐵量，0≤δ≤0.50。本發(fā)明在配方設(shè)計(jì)中采用了少量Cu2+取代，Cu2+取代可起到促進(jìn)固相反應(yīng)、提高密度、降低燒結(jié)溫度的作用，從而有利于產(chǎn)品在較低的燒結(jié)溫度下獲得高密度、細(xì)晶粒的顯微結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C04B35/40GK103113095SQ20131005412
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者韓志全, 王天進(jìn), 張方遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:東陽(yáng)富仕特磁業(yè)有限公司