CN103467082A

CN103467082A - 一种用于毫米波的w型铁氧体吸收剂

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Publication number: CN103467082A
Application number: CN2013103925391A
Authority: CN
Inventors: 谢建良; 董长顺; 曹振华; 杨宏伟; 邓龙江
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂，即用于26.5GHz～40GHz频段的吸收剂。该吸收剂制备原材料为BaCO₃、Co₂O₃、ZnO、Fe₂O₃；发明人采用传统的固相反应法，步骤主要有配料、球磨、预烧、粉碎、烧结；从而制备得到W型铁氧体吸收剂。本发明制备的W型铁氧体吸收剂在26.5GHz～40GHz频段上具有磁导率高、磁损耗高、较低的介电常数等优点，克服了金属软磁材料吸收剂和一般铁氧体吸收剂的不足之处，使其在制成吸收剂时具有优良的吸波性能；相比于M型铁氧体吸收剂，该吸收剂制备原料中Co₂O₃、ZnO均比CoO、TiO₂廉价易得，同时Co的取代量减小，且降低了烧结温度，有效降低了成本；吸波性能也更优。

Description

一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂

技术领域

本发明涉及W型六角铁氧体材料，由W型六角铁氧体材料制成的用于毫米波段的吸收剂。

背景技术

近年来，现代移动通信技术在全球范围内日益普及，随着用户量的不断增加，尤其是移动互联网技术的迅速发展，使得移动通信的信息容量飞速增长，为了容纳不断增长的通信量，现代微波、移动通信等势必会向更高频领域发展，但是随之而来的电磁环境也变的极其复杂，各种电子系统辐射的电磁波对人体构成了很大的危害，从而引起人们对生存环境的迫切关注。

解决电磁干扰问题最直接的办法之一就是利用吸波材料，使有害电磁波转化为热能被耗散掉。所以，对高频、超高频电磁波吸收材料的研究日益为人们所重视。铁氧体吸波材料价格低廉，具有电吸收和磁吸收两种功能，尤其是六角晶系磁铅石型铁氧体，它一般具有很大的磁晶各向异性，并且可以通过离子取代来改变它的磁晶各向异性从而控制材料的自然共振频率，使其在毫米波频段的电磁能量吸收方面具有明显的优势。对六角铁氧体的电磁性能和吸波性能进行深入的研究具有重要的意义。

目前在吸波材料中应用比较广泛的为金属软磁材料和铁氧体材料两大类，但是在26.5GHz～40GHz频段时金属软磁材料的磁导率很低，磁损耗性能差，另外，金属软磁材料的电导率很高，在高频使用时由于涡流损耗的作用会使其介电常数急剧下降，从而影响材料的整体吸波性能。传统的铁氧体材料大都应用在18GHz以下，当其应用在26.5GHz～40GHz频段时磁导率很小，不能满足高损耗的使用要求。为此本发明人在公开号为CN103011792A、公开日期为2013.04.03的发明专利中公开了一种毫米波段电磁波吸收剂的制备方法，该方法制备得到M型钡六角铁氧体电磁波吸收剂在26.5GHz～40GHz频段上吸收损耗高、电阻率高、介电常数较低，但其原料成本较高、同时其吸波性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂，即用于26.5GHz～40GHz频段的吸收剂。该吸收剂制备原材料为BaCO₃、Co₂O₃、ZnO、Fe₂O₃；发明人采用传统的固相反应法，步骤主要有配料、球磨、预烧（预烧温度为1260℃～1320℃）、粉碎、烧结(烧结温度比预烧温度低10℃)；从而制备得到W型铁氧体吸收剂。本发明制备的W型铁氧体吸收剂在26.5GHz～40GHz频段上具有磁导率高、磁损耗高、较低的介电常数等优点，克服了金属软磁材料吸收剂和一般铁氧体吸收剂的不足之处，使其在制成吸收剂时具有优良的吸波性能；相比于M型铁氧体吸收剂，该吸收剂制备原料中Co₂O₃、ZnO均比CoO、TiO₂廉价易得，同时Co的取代量减小，且降低了烧结温度，有效降低了成本；吸波性能也更优。

一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂，其主要成份及含量（质量百分比）为：

BaCO₃：11.86～12.51wt%

Co₂O₃：1.05～2.52wt%

ZnO：7.31～10.01wt%

Fe₂O₃：77.08～77.66wt%。

采用传统固相反应法，对制备得到粉体由X射线衍射（XRD）测得结果与BaZn₂Fe₁₆O₂₇标准PDF卡52-1868对比，可以发现所制得的铁氧体衍射峰和BaZn₂Fe₁₆O₂₇的衍射峰基本重合，说明所制得的材料属于W型六角晶系BaZn₂Fe₁₆O₂₇类铁氧体。

本发明具有以下优点：

制备方法为传统固相反应法，操作和工艺流程简单无污染，相比于M型铁氧体吸收剂制备原料中Co₂O₃、ZnO均比CoO、TiO₂廉价易得，同时Co的取代量减小，且降低了烧结温度，有效降低了成本。本发明制备的W型铁氧体吸收剂在26.5GHz～40GHz频段上具有磁导率高、磁损耗高、较低的介电常数等优点，克服了金属软磁材料吸收剂和一般铁氧体吸收剂的不足之处，使其在制成吸收剂时具有优良的吸波性能。相比于M型铁氧体吸收剂，W型的钡六角铁氧体的单位晶胞由SSRS*S*R*的方式堆垛而成，与同属六角晶系的M型铁氧体（SRS*R*）的不同之处在于存在正二价离子晶位，故可以进行多种二价和三价阳离子的置换，应用更为广泛；并且分子磁矩更大，饱和磁化强度更高。Zn²⁺离子属于非磁性离子，在六角铁氧体中，它偏向占据四面体晶位，从而使材料的分子净磁矩增大，比M型铁氧体高10%左右；另外，轴各向异性的W型铁氧体有畴壁共振和自然共振两个共振吸收峰，创造了材料宽频吸收的条件。综上，W型铁氧体吸收剂的性能比M型的有更大的研究价值，本专利制备出的W型铁氧体材料可以通过调节Co₂O₃含量来控制截止频率的大小，在26.5GHz～40GHz频段上通过仿真计算得到其吸波性能优于M型铁氧体的吸波性能，吸收剂在同一厚度下，M型铁氧体吸收剂的反射系数曲线中在-10dB以下的吸收带宽为28.7GHz～39.7GHz,W型铁氧体在-10dB以下的吸收带宽为27.2GHz～40GHz。

附图说明：

测试曲线为本发明所得W型铁氧体吸收剂与石蜡以质量比为5:1制备压片的测试曲线

图1为同一烧结温度下不同配方所得吸收剂的磁导率和频率关系，其中曲线1、2、3、4分别为样品1、2、3、4的磁导率和频率关系，μ'为磁导率实部、μ"为磁导率虚部。

图2为同一配方在不同烧结温度下所得的吸收剂的磁导率和频率关系，μ'为磁导率实部、μ"为磁导率虚部。

图3为所制得材料的X射线衍射图（XRD图）。

图4为样品4和M型铁氧体吸收性能仿真值的对比图。

具体实施方式：

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步技术说明。

实施例1

一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂，制备该W型铁氧体材料各成分的含量（质量百分比）计算为：

BaCO₃：11.86wt%、Co₂O₃：1.05wt%、ZnO：10.01wt%、Fe₂O₃：77.08wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1290℃，烧结温度为1280℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂（样品1）进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在33.1GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.70和1.07。

实施例2

BaCO₃：12.08wt%、Co₂O₃：1.51wt%、ZnO：9.12wt%、Fe₂O₃：77.29wt%

对所制得W型铁氧体吸收剂（样品2）进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在31.6GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.68和1.08。

实施例3

BaCO₃：12.29wt%、Co₂O₃：2.03wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.47wt%

对所制得W型铁氧体吸收剂（样品3）进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.2GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.74和1.04。

实施例4

BaCO₃：12.51wt%、Co₂O₃：2.52wt%、ZnO：7.31wt%、Fe₂O₃：77.66wt%

对所制得W型铁氧体吸收剂（样品4）进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在28.7GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.59和0.95。

实施例5

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1260℃，烧结温度为1250℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.3GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.51和0.73。

实施例6

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1270℃，烧结温度为1260℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.4GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.55和0.83。

实施例7

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1280℃，烧结温度为1270℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.2GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.54和0.89。

实施例8

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.1GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.74和1.04。

实施例9

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1300℃，烧结温度为1290℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.2GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.63和0.92。

实施例10

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1310℃，烧结温度为1300℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.3GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.68和0.92。

实施例11

BaCO₃：12.26wt%、Co₂O₃：2.01wt%、ZnO：8.21wt%、Fe₂O₃：77.51wt%

通过传统的固相反应法进行制备，预烧温度为1320℃，烧结温度为1310℃。

对所制得W型铁氧体吸收剂进行电磁参数测试表明，铁氧体吸收剂的自然共振频率在30.4GHz，磁导率的实部和虚部的峰值分别为1.77和0.85。

综上，对测试的电磁参数进行理论仿真计算，结果显示在毫米波段（26.5GHz～40GHz）上本发明制备的W型铁氧体吸收剂吸波性能良好，相比于M型铁氧体吸收剂，在同一厚度下，M型铁氧体吸收剂的反射系数曲线中在-10dB以下的吸收带宽为28.7GHz～39.7GHz,W型铁氧体在-10dB以下的吸收带宽为27.2GHz～40GHz，显示W型铁氧体吸收剂吸波性能更优。制备所得W型铁氧体吸收剂材料的截止频率随着Co₂O₃含量的增加而降低，从1260℃到1290℃，磁导率的虚部随着温度的升高而增大，从1290℃到1320℃磁导率的虚部随着温度的升高而减小，从1260℃到1320℃，磁导率的实部随着温度的升高而增大。

Claims

1.一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂，其特征在于主要成份及质量百分比为：

BaCO₃：11.86～12.51wt%，

Co₂O₃：1.05～2.52wt%，

ZnO：7.31～10.01wt%，

Fe₂O₃：77.08～77.66wt%。

2.按权利要求1所述一种用于毫米波的W型铁氧体吸收剂，其特征在于其制备方法为传统固相反应法，步骤主要有配料、球磨、预烧、粉碎、烧结。