一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法

本发明属于铁氧体材料制备，具体涉及一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法。

背景技术：

1、微波铁氧体器件在微波技术中占有重要地位，在航空航天、卫星通信、电子对抗、移动通信及医疗等领域有着广泛的应用。微波铁氧体材料应用于环行器、隔离器、移相器等器件，在微波系统中实现着对微波传输的隔离、通路选择、移相、极化状态控制、开关、调制、倍频、放大等方面的功能。钇铁石榴石铁氧体(yig)具有线宽较小、介电损耗较低等优点，但是常规yig铁氧体的介电常数较低(约13-16)，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，这就导致器件的尺寸难以做到小型化、集成化，因此高介电常数钇铁石榴石铁氧体材料已逐渐成为微波铁氧体研究领域的重要研究课题。

2、2022年3月7日cn114436637b公开了一种高介电常数高功率微波铁氧体材料，属于微波与磁性材料技术领域，化学式为：y3-x-y-a-b-c-d-e-fbixlayluzgdandbsmcdydcae+fsnezrffe5-δ-e-fo12，其中0.8≤x≤1.6，0≤y+z≤0.2，0≤a≤0.7，0≤b+c≤0.06，0.005≤d≤0.05，0.25≤e+f≤0.55，δ为缺铁量，0.03≤δ≤0.1，该材料的介电常数ε'＞20，介电损耗tanδε＜2×10-4，自旋波线宽δhk＞5oe，铁磁共振线宽δh≤40oe，4πms≥1700g，居里温度tc＞270℃。虽然材料具有较高的居里温度，但是介电损耗较高，铁磁共振线宽较高，且引入了大量稀土离子，大幅提高了成本。

3、2023年4月13日cn116514535a公开了一种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，化学式为：biacabyczrdinefe5-d-e-δo12，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。该材料的介电常数为28-30，其中当a＝1.3，b＝0.375，c＝1.325，d＝0.375，e＝0.02，δ＝0时介电常数为28，4πms＝1855g，δh＝28oe，tanδε＜2×10-4，居里温度tc＝232℃。虽然化学式中没有引入稀土离子且磁性能较好，但是制备工艺需要三次球磨、两次造粒、两次烧结，工艺较复杂，而本发明制备工艺仅需三次球磨、一次造粒、一次烧结，工艺较为简单，且bi3+取代量较少，工艺稳定性较好。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法。本发明通过对石榴石结构中十二面体y3+、八面体fe3+的取代，采用二次预烧工艺和先低转速后高转速的三次球磨工艺，使得铁氧体具有较高的介电常数(介电常数ε'＞20)、较低的铁磁共振线宽(铁磁共振线宽δh≤25oe)和较低的介电损耗(tanδε＜1×10-4)。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、配料：

5、以y2o3、bi2o3、caco3、zro2和fe2o3作为原料，按照化学式y3-x-ybixcayzryfe5-yo12的化学计量比计算并称取原料；其中0.7≤x≤1.0，0.3≤y≤0.45；

6、步骤2、一次球磨：

7、将步骤1称取的粉料添加去离子水与分散剂进行一次球磨，球磨机转速200rpm，球磨时间4-6h；

8、步骤3、一次预烧：

9、将步骤2所得的一次球磨料烘干后，进行一次预烧，一次预烧温度为500-600℃，保温时间为1-2h；

10、步骤4、二次球磨：

11、将步骤3所得的一次预烧料添加去离子水进行二次球磨，球磨机转速200rpm，球磨时间4-6h；

12、步骤5、二次预烧：

13、将步骤4所得的二次球磨料烘干后，进行二次预烧，二次预烧温度为800-900℃，保温时间为4-6h；

14、步骤6、三次球磨：

15、将步骤5所得的二次预烧料添加去离子水进行三次球磨，先以160rpm球磨1-2h，再以200rpm球磨10-20h；

16、步骤7、造粒：

17、将步骤6所得的三次球磨料烘干后，添加胶合剂进行造粒；

18、步骤8、成型：

19、将步骤7所得的造粒料压制成型，压制压强为110mpa；

20、步骤9、烧结：

21、将步骤8压制成型的生坯件进行烧结，烧结温度为1000-1120℃，保温时间为10h以上，烧结完成后，自然冷却至室温，得到所述钇铁石榴石铁氧体材料。

22、进一步的，步骤1中各原料的纯度为：y2o3纯度99.99％，fe2o3纯度99.6％，caco3纯度99.11％，bi2o3纯度99％，zro2纯度99％。

23、进一步的，步骤2中，球：料：去离子水：分散剂的质量比为3.5：1：0.9：0.002。

24、进一步的，步骤4中，球：料：去离子水的质量比为3.5：1：0.9，不添加分散剂。

25、进一步的，步骤6中，球：料：去离子水的质量比为3.5：1：0.8，不添加分散剂。

26、进一步的，步骤7中胶合剂为浓度5wt％-15wt％的聚乙烯醇(pva)水溶液。

27、进一步的，步骤9中烧结工艺为多段烧结工艺，具体过程为：从室温开始经过30min升温至80℃，再经2.5h升温至250℃，再经2.5h升温至400℃，然后以2.5℃/min的速率升温至目标烧结温度以下200℃，保温3h，最后经过4h升温至目标烧结温度(1000-1120℃)，保温10h以上，保温结束后自然降温。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、1、本发明提供的一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，采用二次预烧的制备工艺，粉料的活性更好，烧结阶段固相反应完成程度更高，材料性能更优异；三次球磨采用先低转速后高转速的工艺，增强三次球磨粉料的粒度均匀性；采用无稀土离子取代的配方，材料成本较低。

30、2、本发明制得的高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料，介电常数ε'＞20，介电损耗tanδε＜1×10-4，铁磁共振线宽δh≤25oe，饱和磁化强度4πms＞1900g，居里温度tc＞240℃，可有效降低微波铁氧体器件设计尺寸，满足小型化需求，降低器件的插入损耗。

技术特征：

1.一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，其特征在于，步骤2一次球磨中，球：料：去离子水：分散剂的质量比为3.5：1：0.9：0.002。

3.根据权利要求1所述的高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，其特征在于，步骤4二次球磨中，球：料：去离子水的质量比为3.5：1：0.9，不添加分散剂。

4.根据权利要求1所述的高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，其特征在于，步骤6三次球磨中，球：料：去离子水的质量比为3.5：1：0.8，不添加分散剂。

5.根据权利要求1所述的高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，其特征在于，步骤9中烧结工艺为多段烧结工艺，先从室温开始经过30min升温至80℃，再经2.5h升温至250℃，再经2.5h升温至400℃，然后以2.5℃/min的速率升温至目标烧结温度以下200℃，保温3h，最后经过4h升温至目标烧结温度，保温10h以上，保温结束后自然降温。

6.根据权利要求5所述的高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，其特征在于，所述目标烧结温度为1000-1120℃。

技术总结一种高介电常数小线宽钇铁石榴石铁氧体材料制备方法，属于铁氧体材料制备技术领域。本发明通过对石榴石结构中十二面体Y<supgt;3+</supgt;、八面体Fe<supgt;3+</supgt;的取代，采用二次预烧工艺和先低转速后高转速的三次球磨工艺，仅需三次球磨、一次造粒、一次烧结制得了钇铁石榴石铁氧体材料。本发明采用二次预烧的制备工艺，粉料的活性更好，烧结阶段固相反应完成程度更高，材料性能更优异；三次球磨采用先低转速后高转速的工艺，增强三次球磨粉料的粒度均匀性；制得的铁氧体具有较高的介电常数ε'＞20、较低的铁磁共振线宽ΔH≤25Oe和较低的介电损耗tanδ<subgt;ε</subgt;＜1×10<supgt;‑4</supgt;。技术研发人员：孙科,郭志强,廖杨,邬传健,张晓峰,蒋晓娜,李启帆,余忠,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：2024/6/11