YIG鐵氧體配方及制備工藝研究.pdf

1、YIG鐵氧體因其可調(diào)的飽和磁化強(qiáng)度4πMs、小鐵磁共振線寬ΔH、低介電損耗及可控居里溫度Tc等性能而廣泛應(yīng)用于不同頻段的微波鐵氧體器件中。隨微波器件使用環(huán)境的復(fù)雜化，對(duì)應(yīng)用于其中的微波鐵氧體材料提出了更高的要求，因此開(kāi)展YIG鐵氧體改性研究對(duì)滿足微波器件需求至關(guān)重要。由此本文采用氧化物陶瓷工藝制備YIG微波鐵氧體，研究了不同球磨介質(zhì)、添加劑、燒結(jié)溫度等工藝及不同離子取代的配方對(duì)YIG微波鐵氧體的顯微結(jié)構(gòu)、磁性能和微波性能的影響。主要研究

2、內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　1、采用氧化鋯球與軸承鋼球作為球磨介質(zhì)，研究了球磨工藝對(duì)YIG微波鐵氧體性能的影響，結(jié)果表明：采用氧化鋯球進(jìn)行球磨可以提高材料的飽和磁化強(qiáng)度4πMs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br及電阻率ρ，降低矯頑力Hc。添加Bi2O3燒結(jié)可促進(jìn)固相反應(yīng)，提高密度，降低Hc；BaTiO3添加劑有助于提高材料的介電常數(shù)εr，降介電損耗tanδε。適當(dāng)提高燒結(jié)溫度有助于提高密度，增加致密化程度，降低Hc。
　　2、利用離子取代置換，

3、研究了YIG微波鐵氧體配方對(duì)其性能的影響，結(jié)果表明：Ni2+取代Y2.3Ca0.7Zr0.3V0.2NixFe4.5-xO12-x/2鐵氧體材料中產(chǎn)生鐵酸釔另相，4πMs及Br減?。幻芏萪略有增加，晶粒向小尺寸均勻化方向生長(zhǎng)，Hc增大。Cu2+取代可大幅降低Y2.3Ca0.7Zr0.3V0.2CuxFe4.5-xO12-x/2鐵氧體材料的燒結(jié)溫度；在x≥0.2時(shí)出現(xiàn)鐵酸釔另相，4πMs及Br減小，而密度d和Hc增加。此外，相同取代量下4

4、πMs及Br隨燒結(jié)溫度先增大后減??；密度的d在取代量x=0.1時(shí)隨燒結(jié)溫度升高而逐漸增大，在x=0.2時(shí)增長(zhǎng)幅度變小，在x=0.3波動(dòng)很?。籋c先減小后增大。Zr4+取代Y2.6-xCa0.4+xFe4.8-xV0.2ZrxO12鐵氧體材料晶格常數(shù)a隨取代量增加而變大，4πMs在x=0.0~0.4內(nèi)逐漸增加，在0.4后減小；Br不斷減小，Hc持續(xù)增加，密度d不斷減小。此外，在相同取代量下4πMs隨燒結(jié)溫度先增大后減小；Br減?。幻芏萪在

5、取代量x=0.0～0.3間有微弱減小，在x=0.4～0.7之間基本不變；Hc在1380℃燒結(jié)時(shí)最小。Sn4+取代Y3-xCaxFe5-xSnxO12鐵氧體材料且晶格常數(shù)a隨取代量增大；在相同燒結(jié)溫度下，4πMs隨取代量增加而變大；Br減小。在取代量相同條件下，4πMs、Br、密度d均隨燒結(jié)溫度先增大后減小，Hc則先減小后增大。該組實(shí)驗(yàn)中，基于亞鐵磁性奈耳分子場(chǎng)理論，采用非線性擬合方法求得不同Sn4+含量的分子場(chǎng)系數(shù)(ωaa，ωdd和ωa

6、d=ωad)，得到與實(shí)測(cè)曲線良好吻合的磁矩隨溫度(1.8～400K)變化曲線圖；當(dāng)Sn4+含量增加時(shí)，ωad=ωad減小導(dǎo)致居里溫度Tc降低。此外，鐵磁共振線寬ΔH隨Sn4+取代量增加鐵磁共振線寬ΔH先下降至x=0.3時(shí)取得最小值3.36kA/m，此后微小上升；通過(guò)趨近飽和定律擬合4?Ms得到磁晶各向異性常數(shù)K1，基于自旋波理論對(duì)ΔH進(jìn)行分離，得到ΔH的主要影響因素。
　　3、設(shè)計(jì)SnO2-V2O5復(fù)合取代及燒結(jié)溫度正交實(shí)驗(yàn)，研究

7、各因素對(duì)Y3-x-2yCax+2yFe5-x-ySnxVyO12鐵氧體材料磁性能影響作用，結(jié)果表明：Bs、Br受V5+取代影響最明顯，Sn4+取代次之；Hc受Sn4+取代影響最明顯，燒結(jié)溫度次之；d受V5+取代影響最明顯，燒結(jié)溫度次之。通過(guò)優(yōu)化配方及工藝，獲得Bs、Br及密度d大且Hc低的 Y3-x-2yCax+2yFe5-x-ySnxVyO12鐵氧體材料。優(yōu)化的配方及工藝為：燒結(jié)溫度1420℃、Sn4+取代量x=0.4，V5+取代量y