本發(fā)明屬于磁性材料及其制造領(lǐng)域，涉及一種高介電常數(shù)的旋磁鐵氧體，具體為一種高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料及其制備方法，兼具高介(εr～22)、高飽和磁化強(qiáng)度(4πms～3554gs)和窄鐵磁共振線寬(△h～250oe)等特性。

背景技術(shù)：

1、在微波技術(shù)中，微波鐵氧體器件以其優(yōu)良的性能發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)用于電子雷達(dá)對抗、航空航天、工業(yè)設(shè)施、衛(wèi)星通信及醫(yī)療等領(lǐng)域。而作為微波鐵氧體元件的技術(shù)基礎(chǔ)，在各類微波器件如環(huán)行器、移相器中，微波鐵氧體材料發(fā)揮著極其重要的作用，在微波控制系統(tǒng)中完成了微波傳輸間隔、方向選擇、相移、偏極化態(tài)檢測、開關(guān)、調(diào)控、倍頻、放大等功能。

2、隨著當(dāng)前微波通信技術(shù)的高速發(fā)展，在各先進(jìn)系統(tǒng)中都要求微波器件向著小型化、集成化的方向努力，其電路尺寸需越來越小，因此，對于微波鐵氧體材料的眾多性能參數(shù),如介電常數(shù)、飽和磁化強(qiáng)度、鐵磁共振線寬等都提出了更為嚴(yán)格的要求。這其中，介電常數(shù)是表征材料介電性質(zhì)或極化性質(zhì)的重要物理參數(shù)，是設(shè)計(jì)微波鐵氧體器件的重要性能指標(biāo)之一。由于介電常數(shù)和微波器件的尺寸成反比，提高材料的介電常數(shù)對于縮小器件的體積起著至關(guān)重要的作用。

3、目前國內(nèi)外有很多針對高介旋磁鐵氧體材料的研究，主要是集中在釔鐵石榴石yig體系內(nèi)。cn111825441a公開了高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度石榴石鐵氧體材料、其制備方法及應(yīng)用。主要是通過引入bi3+取代y3+，實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)為32～33，鐵磁共振線寬≤50oe，飽和磁化強(qiáng)度大于1850g。cn115385680a,cn115385680a和cn116813321a等專利在引入bi3+離子的基礎(chǔ)上，通過ca2+,zr4+,gd3+等離子進(jìn)一步調(diào)節(jié)介電常數(shù)和鐵磁共振線寬，實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)介電常數(shù)約26～31，鐵磁共振線寬20～50oe,飽和磁化強(qiáng)度1200-1800gs。但是yig體系的鐵氧體飽和磁化強(qiáng)度較低，最高只能達(dá)到1850gs左右，難以應(yīng)用在更高頻段，如k波段。因此，高飽和的旋磁鐵氧體材料只能采用尖晶石鐵氧體來實(shí)現(xiàn)，但是，目前針對尖晶石旋磁鐵氧體材料提升介電常數(shù)的研究尚未見任何報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述存在問題或不足，為解決高頻段微波旋磁器件對旋磁材料高介低線寬的應(yīng)用需求，本發(fā)明提供了一種高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料及其制備方法，該材料基于尖晶石結(jié)構(gòu)，其4πms為2905～3554gs，介電常數(shù)介于22～31.6，鐵磁共振線寬251～820oe，以顯著縮小環(huán)行器和隔離器的體積，進(jìn)而縮小整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量和體積，具有很好的應(yīng)用前景。

2、一種高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料，基于尖晶石結(jié)構(gòu)，分子式為(1-y)ni0.42-x/3nbx/3cu0.18zn0.4fe1.98-xmnxo4+yba0.6sr0.4tio3+0.5wt％bi2o3，0.1≤x≤0.5，5％≤y≤20％；其4πms為2905～3554gs，介電常數(shù)介于22～31.6，鐵磁共振線寬251～820oe；通過固相反應(yīng)制備，燒結(jié)溫度975～1025℃。

3、上述高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料的制備方法，具體步驟如下：

4、步驟1、制備nicuzn預(yù)燒料和ba0.6sr0.4tio3預(yù)燒料。

5、nicuzn預(yù)燒料：

6、按分子式ni0.42-x/3nbx/3cu0.18zn0.4fe1.98-xmnxo4將分析純的nio、cuo、fe2o3、zno、mno和nb2o5配料，0.1≤x≤0.5；然后將配好的原料球磨混勻，球磨后將所得粉料在100～120℃下烘干后過篩網(wǎng)，過篩后按3～5℃/min的升溫速率升至900～950℃進(jìn)行預(yù)燒，保溫4～6h，隨爐冷卻得到nicuzn預(yù)燒料。

7、ba0.6sr0.4tio3預(yù)燒料：

8、將分析純的srco3、baco3和tio2按摩爾比srco3:baco3:tio2＝0.4:0.6:1的比例配料，然后將配好的原料球磨混勻，球磨后將所得粉料在100～120℃下烘干后過篩網(wǎng)，過篩后按3～5℃/min的升溫速率升至1100～1200℃進(jìn)行預(yù)燒，保溫4～6h，隨爐冷卻得到ba0.6sr0.4tio3預(yù)燒料。

9、步驟2、將步驟1所備nicuzn預(yù)燒料和ba0.6sr0.4tio3預(yù)燒料，按照(1-y)nicuzn+yba0.6sr0.4tio3+0.5wt％bi2o3的重量配比進(jìn)行稱重配料，5％≤y≤20％；然后再次球磨后將粉料在100～120℃下烘干后過篩備用。

10、步驟3、將步驟2所得烘干粉料添加入pva溶液作為粘結(jié)劑，造粒壓制成型。

11、步驟4、將步驟3所得產(chǎn)物放入燒結(jié)爐中，排膠后再升溫至1000～1100℃保溫?zé)Y(jié)完全，最后隨爐冷卻至室溫，即得高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料。

12、進(jìn)一步的，步驟1所述球磨按照配料與去離子水和球磨介質(zhì)以質(zhì)量比1:1～3:4～6的比例加入去離子水和球磨介質(zhì)，在行星球磨機(jī)轉(zhuǎn)速300rpm下，球磨4～6h。

13、進(jìn)一步的，所述篩網(wǎng)為80～120目。

14、進(jìn)一步的，步驟2所述球磨按照配料與去離子水和球磨介質(zhì)以質(zhì)量比1:1～3:4～6的比例加入去離子水和球磨介質(zhì)，在球磨轉(zhuǎn)速300rpm下，球磨6～12h。

15、進(jìn)一步的，所述步驟3的pva溶液濃度為5wt％～11wt％。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

17、本發(fā)明以尖晶石鐵氧體為基礎(chǔ)，通過引入mn2+、nb5+替代和ba0.6sr0.4tio3復(fù)合，有效的提高了nicuzn鐵氧體的介電常數(shù)到22-31.6，滿足微波鐵氧體器件小型化的需求；還控制了ba0.6sr0.4tio3的摻雜量，兼顧提升了介電常數(shù)和控制鐵磁共振線寬的綜合要求。并進(jìn)一步通過添加適量的bi2o3作為燒結(jié)助劑，優(yōu)化鐵氧體材料的微觀形貌以提升燒結(jié)樣品的致密化程度，更加利于降低鐵磁共振線寬和提升介電常數(shù)。

18、綜上所述，本發(fā)明提供了一種4πms為2905～3554gs，介電常數(shù)22～31.6，鐵磁共振線寬251～820oe的高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料；讓旋磁鐵氧體材料高介電常數(shù)、高飽和磁化強(qiáng)度和低鐵磁共振線寬的兼?zhèn)涑蔀榭赡?，為微波鐵氧體器件的進(jìn)一步小型化提供了基礎(chǔ)，非常利于高頻段的小型化環(huán)行器和隔離器的研發(fā)和生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料，其特征在于：基于尖晶石結(jié)構(gòu)，分子式為(1-y)ni0.42-x/3nbx/3cu0.18zn0.4fe1.98-xmnxo4+yba0.6sr0.4tio3+0.5wt％bi2o3，0.1≤x≤0.5，5％≤y≤20％；其4πms為2905～3554gs，介電常數(shù)介于22～31.6，鐵磁共振線寬251～820oe；通過固相反應(yīng)制備，燒結(jié)溫度975～1025℃。

2.如權(quán)利要求1所述高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

3.如權(quán)利要求2所述高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于：步驟1所述球磨按照配料與去離子水和球磨介質(zhì)以質(zhì)量比1:1～3:4～6的比例加入去離子水和球磨介質(zhì)，在行星球磨機(jī)轉(zhuǎn)速300rpm下，球磨4～6h。

4.如權(quán)利要求2所述高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于：所述篩網(wǎng)為80～120目。

5.如權(quán)利要求2所述高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于：步驟2所述球磨按照配料與去離子水和球磨介質(zhì)以質(zhì)量比1:1～3:4～6的比例加入去離子水和球磨介質(zhì)，在球磨轉(zhuǎn)速300rpm下，球磨6～12h。

6.如權(quán)利要求2所述高介高飽和磁化強(qiáng)度nicuzn基微波旋磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于：所述步驟3的pva溶液濃度為5wt％～11wt％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于磁性材料領(lǐng)域，具體為一種高介高飽和磁化強(qiáng)度NiCuZn基微波旋磁鐵氧體材料及其制備方法。本發(fā)明以尖晶石鐵氧體為基礎(chǔ)，通過引入Mn<supgt;2+</supgt;和Nb<supgt;5+</supgt;替代與Ba<subgt;0.6</subgt;S<subgt;r0.4</subgt;TiO<subgt;3</subgt;復(fù)合，控制Ba<subgt;0.6</subgt;S<subgt;r0.4</subgt;TiO<subgt;3</subgt;的摻雜量，有效提高NiCuZn鐵氧體的介電常數(shù)并兼顧控制鐵磁共振線寬，滿足微波鐵氧體器件小型化的需求；并通過添加適量的Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;作為燒結(jié)助劑，優(yōu)化燒結(jié)材料的致密化程度，進(jìn)一步利于降低鐵磁共振線寬和提升介電常數(shù)；最終燒結(jié)的高介高飽和磁化強(qiáng)度NiCuZn基微波旋磁鐵氧體材料4πM<subgt;s</subgt;為2905～3554Gs，介電常數(shù)22～31.6，鐵磁共振線寬251～820Oe，兼?zhèn)涓呓椤⒏唢柡痛呕瘡?qiáng)度和低鐵磁共振線寬，為微波鐵氧體器件的進(jìn)一步小型化提供了基礎(chǔ)，非常利于高頻段的小型化環(huán)行器和隔離器的研發(fā)和生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇樺,程澤來,唐曉莉,曲明山,阮麗梅,李元勛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23