專利名稱：一種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及磁性材料，尤其涉及微波NiCuZn鐵氧體材料 及其制備方法。
背景技術(shù)：
微波鐵氧體材料是制造包括環(huán)形器、隔離器等微波器件的基礎(chǔ)材料。微波器件的 工作原理主要是利用了材料磁導(dǎo)率的張量特性及鐵磁共振效應(yīng)，所以微波鐵氧體材料和器 件又稱為旋磁材料和器件。目前這類器件廣泛應(yīng)用于各種通訊系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)，工作頻率也 跨越了 L、 S、 C、 X、 K波段及毫米波頻段。微波旋磁鐵氧體器件的小型化、低成本、易于批量 制作且一致性好是該類器件亟待解決的技術(shù)問題與發(fā)展方向。實現(xiàn)上述發(fā)展方向的理想解 決方案是應(yīng)用基于低溫燒結(jié)(低于900°C )微波鐵氧體材料的LTCC(低溫共燒陶瓷與鐵氧 體)技術(shù)，解決微波鐵氧體器件片式小型化的問題，而且還為微波電路模塊化集成提出解 決方案。采用LTCC工藝制備微波器件時，首先將能實現(xiàn)低溫燒結(jié)的陶瓷粉或鐵氧體粉制成 厚度精確、均勻而且致密的生瓷帶；然后在生瓷帶上利用打孔、填孔、精密導(dǎo)體漿料絲網(wǎng)印 刷等工藝制作出所需要的電路圖形；最后壓在一起，經(jīng)過切割、排膠后在90(TC下燒結(jié)，制 成三維器件與高密度電路結(jié)構(gòu)。因此LTCC工藝在實現(xiàn)微波鐵氧體器件的小型化、制備工藝 的批量化并實現(xiàn)微波組件的模塊化集成等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。而解決這一問題的 核心就是研制出一種具有低成本、高性能且適于低溫燒結(jié)的微波鐵氧體材料(燒結(jié)溫度低 于90(TC)-既能在90(TC以下與銀漿共燒，又能保證材料具有優(yōu)異的電磁性能(包括較低 的鐵磁共振線寬與微波介電損耗、適中的飽和磁化強度、較高的居里溫度等特性)。低溫燒 結(jié)微波旋磁鐵氧體材料的實現(xiàn)不僅能利用LTCC工藝保證微波鐵氧體器件實現(xiàn)片式小型化 化，還能利用材料的低微波介電損耗特性作為基板材料與其它器件及電路實現(xiàn)無源集成。
為此，如何制備一種低損耗、低燒結(jié)溫度的微波鐵氧體基板材料成為了目前制約 微波鐵氧體器件片式小型化以及無源集成化發(fā)展的技術(shù)瓶頸。實現(xiàn)這一 目標的關(guān)鍵技術(shù)就 在于研究與開發(fā)一種具有較低的鐵磁共振線寬AH、較低的微波介電損耗tgS e，飽和磁 化強度Ms適中并可調(diào)、較高的居里溫度，并能夠在90(TC下燒結(jié)的微波鐵氧體材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，所制備的NiCuZn微波鐵氧 體材料為尖晶石結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的電磁性能(包括較低的鐵磁共振線寬和微波介電損耗， 較高的飽和磁化強度和居里溫度)，在加工性能上能夠滿足LTCC工藝要求，可用于制備片 式小型化微波鐵氧體器件與微波無源集成功能基板。
本發(fā)明技術(shù)方案如下 —種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟 步驟1 :采用分析純的Fe203、 NiO、 ZnO和CuO為原料，以Ni : Cu : Zn : Fe =
(l-x) : y : (x-y) : 2的摩爾比進行稱料和混料，得到混合原料A ;其中x = O. 3 O. 6，
3y = 0. 02 0. 08。 步驟2 :對混合原料A進行球磨，得到球磨漿料B。 具體球磨工藝為1)磨球、混合原料A與水的質(zhì)量比，即球料水為 2. 5 : 1 : 1. 1 ;2)球磨時間為4 8小時。 步驟3 :將球磨槳料B烘干、在90(TC預(yù)燒2 4小時、研磨后得到預(yù)燒粉料C。
步驟4 :在預(yù)燒粉料C中摻入相當于預(yù)燒粉料C整體質(zhì)量1 5%的低溫助燒劑 Bi^，得到二次混料D。 步驟5 :對二次混料D進行二次球磨，得到二次球磨漿料E。 具體的二次球磨工藝為1)磨球、二次混料D與水的質(zhì)量比，即球料水為 2. 5 : 1 : 1. 1 ;2)球磨時間為8 12小時。 步驟6 :將二次球磨槳料E烘干、在90(TC下燒結(jié)4 6小時、研磨后得到目標產(chǎn) 物。 本發(fā)明的實質(zhì)是采用傳統(tǒng)固相法工藝流程，通過優(yōu)化材料配方(采用 Ni^xCuyZnx—yFe204為配方)并選用Bi203為助燒劑，得到具有尖晶石結(jié)構(gòu)、并適應(yīng)LTCC工藝 的NiCuZn微波鐵氧體材料。所制備的NiCuZn微波鐵氧體材料具有優(yōu)良的電磁性能(包括 較低的鐵磁共振線寬和微波介電損耗，較高的飽和磁化強度和居里溫度)，同時可以通過適 當改變配方方便地調(diào)整材料的飽和磁化強度Ms，以滿足用戶的在不同微波頻段的需求。在 加工性能上能夠滿足LTCC工藝要求，可用于制備片式小型化微波鐵氧體器件與微波無源 集成功能基板，實現(xiàn)微波鐵氧體器件的小型化、平面化、集成化。


圖1是本發(fā)明提供的NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法的流程圖。
具體實施例方式
實施例l: —種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟 步驟1 :采用分析純的Fe203、 NiO、 ZnO和CuO為原料，以Ni : Cu : Zn : Fe =
0.7 : 0.05 : 0.25 : 2的摩爾比進行稱料和混料，得到混合原料A。 步驟2 :對混合原料A進行球磨，得到球磨漿料B。 具體球磨工藝為i)磨球、混合原料a與水的質(zhì)量比，即球料水為
2.5 : i : 1.1 ;2)球磨時間為6小時。 步驟3 :將球磨漿料B烘干、在90(TC預(yù)燒3小時、研磨后得到預(yù)燒粉料C。 步驟4 :在預(yù)燒粉料C中摻入相當于預(yù)燒粉料C整體質(zhì)量3%的低溫助燒劑Bi203，
得到二次混料D。 步驟5 :對二次混料D進行球磨，得到二次球磨漿料E。 具體的二次球磨工藝為1)磨球、二次混料D與水的質(zhì)量比，即球料水為
2.5 : i : 1.1 ;2)球磨時間為8小時。 步驟6 :將二次球磨槳料E烘干、在90(TC下燒結(jié)4小時、研磨后得到目標產(chǎn)物。
對上述實施方式制備的NiCuZn微波鐵氧體材料按照中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準GJB 4410-2002及中華人民共和國國家標準GB/T 9633-1988進行相關(guān)性能測試， 測得材料的微波介電損耗為4. 49X 10—4(測試頻率10GHz)，鐵磁共振線寬AH為15. 15KA/ m(測試頻率10GHz)，燒結(jié)溫度900。C，居里溫度為351. 2。C，飽和磁化強度Ms為314. 27KA/ m。 實施例2 : —種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟 步驟1 :采用分析純的Fe203、 NiO、 ZnO和CuO為原料，以Ni : Cu : Zn : Fe = 0.55 : 0.02 : 0.43 : 2的摩爾比進行稱料和混料，得到混合原料A。
步驟2 :對混合原料A進行球磨，得到球磨漿料B。具體球磨工藝為1)磨球、混合原料A與水的質(zhì)量比，即球料水為
2.5 : 1 : 1.1 ;2)球磨時間為4小時。 步驟3 :將球磨槳料B烘干、在90(TC預(yù)燒2小時、研磨后得到預(yù)燒粉料C。 步驟4 :在預(yù)燒粉料C中摻入相當于預(yù)燒粉料C整體質(zhì)量1 %的低溫助燒劑Bi203，
得到二次混料D。 步驟5 :對二次混料D進行球磨，得到二次球磨漿料E。 具體的二次球磨工藝為1)磨球、二次混料D與水的質(zhì)量比，即球料水為
2.5 : i : 1.1 ;2)球磨時間為io小時。 步驟6 :將二次球磨漿料E烘干、在90(TC下燒結(jié)6小時、研磨后得到目標產(chǎn)物。
對上述實施方式制備的NiCuZn微波鐵氧體材料按照中華人民共和國電子行業(yè)軍 用標準GJB 4410-2002及中華人民共和國國家標準GB/T 9633-1988進行相關(guān)性能測試， 測得材料的微波介電損耗為4. 01 X 10—4 (測試頻率lOGHz)，鐵磁共振線寬A H為13. 48KA/ m(測試頻率10GHz)，燒結(jié)溫度90(TC，居里溫度為347. 6"，飽和磁化強度Ms為352. 35KA/ m。 實施例2 : —種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟 步驟1 :采用分析純的Fe203、 NiO、 ZnO和CuO為原料，以Ni : Cu : Zn : Fe = 0.4 : 0.08 : 0.52 : 2的摩爾比進行稱料和混料，得到混合原料A。
步驟2 :對混合原料A進行球磨，得到球磨漿料B。具體球磨工藝為1)磨球、混合原料A與水的質(zhì)量比，即球料水為
2.5 : i : 1.1 ;2)球磨時間為8小時。 步驟3 :將球磨漿料B烘干、在90(TC預(yù)燒3小時、研磨后得到預(yù)燒粉料C。 步驟4 :在預(yù)燒粉料C中摻入相當于預(yù)燒粉料C整體質(zhì)量5%的低溫助燒劑Bi203，
得到二次混料D。 步驟5 :對二次混料D進行球磨，得到二次球磨漿料E。 具體的二次球磨工藝為1)磨球、二次混料D與水的質(zhì)量比，即球料水為
2.5 : i : 1.1 ;2)球磨時間為12小時。 步驟6 :將二次球磨槳料E烘干、在90(TC下燒結(jié)5小時、研磨后得到目標產(chǎn)物。
對上述實施方式制備的NiCuZn微波鐵氧體材料按照中華人民共和國電子行業(yè)軍 用標準GJB 4410-2002及中華人民共和國國家標準GB/T 9633-1988進行相關(guān)性能測試，
5測得材料的微波介電損耗為4. 22X 10—4(測試頻率10GHz)，鐵磁共振線寬AH為14. 37KA/ m(測試頻率10GHz)，燒結(jié)溫度90(TC，居里溫度為342. 9°C ，飽和磁化強度Ms為328. 65KA/
權(quán)利要求
一種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟步驟1采用分析純的Fe2O3、NiO、ZnO和CuO為原料，以Ni∶Cu∶Zn∶Fe＝(1-x)∶y∶(x-y)∶2的摩爾比進行稱料和混料，得到混合原料A；其中x＝0.3～0.6，y＝0.02～0.08；步驟2對混合原料A進行球磨，得到球磨漿料B；步驟3將球磨漿料B烘干、在900℃預(yù)燒2～4小時、研磨后得到預(yù)燒粉料C；步驟4在預(yù)燒粉料C中摻入相當于預(yù)燒粉料C整體質(zhì)量1～5％的低溫助燒劑Bi2O3，得到二次混料D；步驟5對二次混料D進行二次球磨，得到二次球磨漿料E；步驟6將二次球磨漿料E烘干、在900℃下燒結(jié)4～6小時、研磨后得到目標產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，步驟2中具體球磨工藝為i)磨球、混合原料a與水的質(zhì)量比，即球料水為2.5 : i : 1.1 ;2)球磨時間為4 8小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，步驟5中具體的二次球磨工藝為i)磨球、二次混料D與水的質(zhì)量比，即球料水為2. 5 : 1 : 1. 1 ;2)球磨時間為8 12小時。
全文摘要
一種NiCuZn微波鐵氧體材料的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及磁性材料。首先采用分析純的Fe2O3、NiO、ZnO和CuO為原料，以Ni∶Cu∶Zn∶Fe＝(1-x)∶y∶(x-y)∶2的摩爾比進行稱料和混料；然后球磨、烘干、在900℃預(yù)燒2～4小時；再研磨、摻入1～5％的低溫助燒劑Bi2O3后，二次球磨、烘干、在900℃下燒結(jié)4～6小時、研磨后得到目標產(chǎn)物。本發(fā)明采用固相法工藝，通過優(yōu)化材料配方并選用Bi2O3為助燒劑，得到具有尖晶石結(jié)構(gòu)、并適應(yīng)LTCC工藝的NiCuZn微波鐵氧體材料。所制備的NiCuZn微波鐵氧體材料具有較低的鐵磁共振線寬和微波介電損耗，較高的飽和磁化強度和居里溫度，在加工性能上能夠滿足LTCC工藝要求，可用于制備片式小型化微波鐵氧體器件與微波無源集成功能基板，實現(xiàn)微波鐵氧體器件的小型化、平面化、集成化。
文檔編號C04B35/26GK101723657SQ20091026343
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者劉穎力, 宋遠強, 張懷武, 李元勛, 楊青慧, 謝云松, 陳大明 申請人:電子科技大學(xué)