CN116217217A - 自偏置六角铁氧体旋磁材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自偏置六角铁氧体旋磁材料及制备方法，材料为镧、钴、锌掺杂的单轴M型六角钡铁氧体材料，结构式为La0.325Ba1‑0.325O·6Fe2‑0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6‑x/6O3，0.2≤x≤0.8。本发明在预烧过程中通过向烧结炉中通入稳定性气体氮气，使得预烧烧结过程中多价态离子的化合价稳定，保证了材料的本征特性，具有可调控的饱和磁化强度和磁晶各向异性场，通过高优化的预烧烧结、取向成型工艺，制备出了有序磁织构，沿c轴高度取向，具有高剩磁比，高磁滞回线矩形比，较低孔隙率单轴六角铁氧体材料，有效的降低了铁磁共振线宽，在自偏置环行器应用领域具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料领域，涉及用于自偏置环行器的M型六角铁氧体材料及其制备方法。
背景技术
利用铁氧体材料的特性制成的微波铁氧体器件在微波技术中占有重要地位，微波铁氧体制成的环行器、隔离器、移相器、微波开关等在微波电路中被大量使用。随着5G、蓝牙等各种无线通信技术的高速发展，为了提升数据传输效率以及规避低频微波频段的拥挤，移动通信的研究与工作频谱跃升至毫米波频段，对器件的小型化和集成化提出了更高的要求。
环行器因为其非互异性，是T/R组件中连接发射机、天线和接收机三个极其重要的元器件，同时环行器的尺寸在T/R组件中占了很大的比例，因此在性能满足要求的情况下缩小环行器的尺寸是提升系统小型化、片式化难以避免的问题。近年来，微波技术向着小型化及高频段(毫米波)方向发展，主流环行器应用时都需要外加永磁体提供磁场，应用频率的提高促使外加磁场的增大，导致磁体以及器件的体积增大，制约了环行器小型化的发展。磁铅石型主轴六角铁氧体材料具有高的磁晶各向异性，能够在铁氧体内部形成一个很大的“内场”，进而使磁矩在无外加稳恒磁场或稳恒磁场很小的情况下与微波/毫米波发生铁磁共振，实现环行器自偏置，能大幅降低器件的重量和体积，是满足现今微波技术发展对器件、系统小型化、轻量化要求的一大重要途径。但是自偏置环行器的插入损耗要大于外场偏置环行器，是制约自偏置环行器发展的主要障碍。
磁铅石型六角铁氧体材料根据其基本单元堆垛顺序有M、W、X、Y、Z和U型六种，其中M型沿c轴高度取向，具有高的磁晶各向异性，同时晶体结构相对简单，容易烧结成相，稳定性好，是自偏置环行器材料研究的重点，但其磁晶各向异性场高，虽然拓宽了环行器的工作频段，但会增大所制成环行器的低场损耗。同时材料的铁磁共振线宽是环行器插入损耗的重要来源，对多晶铁氧体铁磁共振线宽的来源公式如下：
△Hi＝△Hi+△Ha+△Hp
△Hi为内禀线宽,△Ha为磁晶各向异性致宽，△Hp为气孔致宽。研究表明M型六角铁氧体的內禀线宽为0.3～0.4Oe/GHz，因此其总的铁磁共振线宽主要来源于磁晶各向异性致宽与气孔致宽。△Ha来自于晶粒磁晶各向异性无规则分布形成，受到磁晶各向异性场与取向度的影响；△Hp来自于气孔和杂相周围的退磁场所引起的磁化强度一致进动模式与自旋波之间耦合。环行器的应用需要窄的铁磁共振线宽，因此降低材料的气孔率和磁晶各向异性场，提高取向度即高剩磁比有利于磁损耗的下降。
发明内容
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种自偏置六角铁氧体旋磁材料，其为镧、钴、锌掺杂的单轴M型六角钡铁氧体材料，结构式为La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3，其中0.2≤x≤0.8。
作为优选方式，所述材料的矫顽力为2800-3000Oe，剩磁比达到90％，最高密度达到4.714g/cm3。本发明还提供一种所述的自偏置六角铁氧体旋磁材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：用上述所列原料依据材料结构式La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/ 6Zn0.325/6-x/6O3，按比例称量，并通过球磨混合均匀后在通入保护性气氛氮气的条件下在1350℃预烧保温12小时，随炉冷却得到反应完全的预烧料；
步骤2：将步骤1所得的La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3预烧料进行二次球磨粉碎细化，第二次磨后的浆料进行滤水处理，使浆料的含水量控制在20％～30％，通过湿法磁场取向成型；
步骤3：将步骤2所得成型后的生坯，在1200℃条件下烧结保温4小时，得到最终的自偏置六角铁氧体旋磁材料。
作为优选方式，步骤1中所用原料包括：纯度为99.55％的三氧化二铁、99.98％的四氧化三钴、99％的碳酸钡、99.99％的氧化镧、99％氧化锌。
作为优选方式，步骤1和步骤2中所述球磨工艺为：以二氧化锆球为球磨介质，以去离子水为溶剂，按照料、球、水的重量比为1:4.5:1，球磨12小时。
作为优选方式，步骤2中所述取向成型工艺为：滤水后的浆料放入成型模具，在外加磁场强度10KOe，压力30Mpa下成型。
本发明提供的M型钡铁氧体材料，经检测具有较高的剩磁比，剩磁比达到90％，最高达到了91.56％；较高的矫顽力，矫顽力最高达到2985.165Oe；高的磁晶各向异性场均达到10000Oe以上，并且可通过改变掺杂量，调控磁晶各项异性场。
用扫描电镜SEM对M型钡铁氧体材料的截面进行观察如图1所示，可以看出本发明制备的M型钡铁氧体材料具有较高的取向度，同时晶粒较为完整均匀。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明的提出了一种多元稀土—过渡金属高掺杂的单轴磁晶各向异性M型六角铁氧体La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3的稳定结构
2、本发明在预烧过程中通过向烧结炉中通入稳定性气体氮气，使得预烧烧结过程中多价态离子的化合价稳定，保证了材料的本征特性。
3、提出了一种稀土—过渡金属离子取代具有可调控的饱和磁化强度和磁晶各向异性场的单轴M型六角钡铁氧体材料，通过高优化的预烧烧结、取向成型工艺，制备出了有序磁织构，沿c轴高度取向，具有高剩磁比，高磁滞回线矩形比，较低孔隙率单轴六角铁氧体材料，有效的降低了铁磁共振线宽，在自偏置环行器应用领域具有广阔的前景。
附图说明
图1是本发明实施例3的单轴M型六角钡铁氧体材料的磁滞回线图。
图2是本发明单轴M型六角钡铁氧体材料的饱和磁化强度变化趋势图。
图3是本发明单轴M型六角钡铁氧体材料的磁晶各向异性场变化趋势图。
图4是本发明实施例3的单轴M型六角钡铁氧体材料的铁磁共振线宽示意图。
图5是本发明实施例3的单轴M型六角钡铁氧体材料的xrd(X射线衍射)测试图。
图6是本发明实施例3的制备的单轴M型六角钡铁氧体材料的截面扫描电镜SEM图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1-4
实施例提供一种自偏置六角铁氧体旋磁材料，其为镧、钴、锌掺杂的单轴M型六角钡铁氧体材料，结构式为La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3，其中0.2≤x≤0.8。
所述材料的矫顽力为2800-3000Oe，剩磁比达到90％，最高密度达到4.714g/cm3。
自偏置六角铁氧体旋磁材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：用上述所列原料依据材料结构式La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/ 6Zn0.325/6-x/6O3，按比例称量，x＝0.2、0.4、0.6、0.8，并通过球磨混合均匀后在通入保护性气氛氮气的条件下在1350℃预烧保温12小时，随炉冷却得到反应完全的预烧料；
步骤2：将步骤1所得的La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3预烧料进行二次球磨粉碎细化，过100目筛，第二次磨后的浆料进行滤水处理，使浆料的含水量控制在20％～30％，通过湿法磁场取向成型；
步骤3：将步骤2所得成型后的生坯，在1200℃条件下烧结保温4小时，得到最终的自偏置六角铁氧体旋磁材料。
优选的，步骤1中所用原料包括：纯度为99.55％的三氧化二铁、99.98％的四氧化三钴、99％的碳酸钡、99.99％的氧化镧、99％氧化锌。
优选的，步骤1和步骤2中所述球磨工艺为：以二氧化锆球为球磨介质，以去离子水为溶剂，按照料、球、水的重量比为1:4.5:1，球磨12小时。
优选的，步骤2中所述取向成型工艺为：滤水后的浆料放入成型模具，在外加磁场强度10KOe，压力30Mpa下成型。
表1 各实施例的工艺参数
| 实施例号 | X |
| 1 | 0.2 |
| 2 | 0.4 |
| 3 | 0.6 |
| 4 | 0.8 |
表2 各实施例的性能表
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种自偏置六角铁氧体旋磁材料，其特征在于：其为镧、钴、锌掺杂的单轴M型六角钡铁氧体材料，结构式为La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3，其中0.2≤x≤0.8。
2.根据权利要求1所述的一种自偏置六角铁氧体旋磁材料，其特征在于：
所述材料的矫顽力为2800-3000Oe，剩磁比达到90％，最高密度达到4.714g/cm3。
3.权利要求1或2所述的自偏置六角铁氧体旋磁材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：用上述所列原料依据材料结构式La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/ 6Zn0.325/6-x/6O3，按比例称量，并通过球磨混合均匀后在通入保护性气氛氮气的条件下在1350℃预烧保温12小时，随炉冷却得到反应完全的预烧料；
步骤2：将步骤1所得的La0.325Ba1-0.325O·6Fe2-0.325/6Co0.325/6Zn0.325/6-x/6O3预烧料进行二次球磨粉碎细化，第二次磨后的浆料进行滤水处理，使浆料的含水量控制在20％～30％，通过湿法磁场取向成型；
步骤3：将步骤2所得成型后的生坯，在1200℃条件下烧结保温4小时，得到最终的自偏置六角铁氧体旋磁材料。
4.根据权利要求3所述的自偏置六角铁氧体旋磁材料的制备方法，其特征在于：
步骤1中所用原料包括：纯度为99.55％的三氧化二铁、99.98％的四氧化三钴、99％的碳酸钡、99.99％的氧化镧、99％氧化锌。
5.根据权利要求3所述的自偏置六角铁氧体旋磁材料的制备方法，其特征在于：步骤1和步骤2中所述球磨工艺为：以二氧化锆球为球磨介质，以去离子水为溶剂，按照料、球、水的重量比为1:4.5:1，球磨12小时。
6.根据权利要求3所述的自偏置六角铁氧体旋磁材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述取向成型工艺为：滤水后的浆料放入成型模具，在外加磁场强度10KOe，压力30Mpa下成型。
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|---|---|---|---|---|
| CN116780140A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-19 | 西南应用磁学研究所(中国电子科技集团公司第九研究所) | 一种准二维平面化环行器/隔离器 |
| CN116914411A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-20 | 四川航天职业技术学院(四川航天高级技工学校) | 基于磁介电材料优化的5g天线制作方法、器件及装置 |
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| CN116914411B (zh) * | 2023-09-12 | 2023-12-01 | 四川航天职业技术学院(四川航天高级技工学校) | 基于磁介电材料优化的5g天线制作方法、器件及装置 |
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