本發(fā)明屬于鐵氧體材料，尤其涉及一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度yig鐵氧體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信技術(shù)快速進(jìn)入人們的日常生活。無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等大量無線通信技術(shù)的應(yīng)用，使無線通信技術(shù)已進(jìn)入5g時(shí)代。微波通訊器件是用于處理和傳輸微波頻率信號(hào)的設(shè)備，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、衛(wèi)星通信、廣播電視和微波加熱等各個(gè)領(lǐng)域的電子設(shè)備中。環(huán)形器和隔離器都是微波和射頻技術(shù)中常見的電子器件，其中所用的磁性材料通常都是鐵氧體。石榴石鐵氧體內(nèi)部電子移動(dòng)困難，使其具有相對(duì)較高的磁導(dǎo)率和磁飽和感應(yīng)強(qiáng)度，較低的電導(dǎo)率和損耗以及具有較好的抗氧化性能和磁學(xué)穩(wěn)定性。而且存在3種氧多面體，通過對(duì)氧多面體中的陽離子進(jìn)行取代，可以對(duì)其飽和磁化強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、介電損耗、矯頑力等性能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足各種應(yīng)用上的需要。

2、目前，雷達(dá)、基站和手機(jī)等非電子系統(tǒng)的需求急劇增加，帶動(dòng)了相關(guān)元件的開發(fā)和應(yīng)用，也對(duì)鐵氧體材料提出了更高要求。首先，理想的鐵氧體材料應(yīng)該具有足夠的飽和磁化強(qiáng)度，以確保在環(huán)形器中能夠承受所需的磁場強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)良好的磁性能。較高的飽和磁化強(qiáng)度通常意味著材料可以在相對(duì)較小的磁場下達(dá)到飽和，這有助于提高環(huán)形器的磁性能和效率。此外，探索新的合成方法對(duì)于改善材料的微結(jié)構(gòu)制造、表面活性調(diào)控和粒子細(xì)化等方面也非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度yig鐵氧體及其制備方法和應(yīng)用，利用等離子輔助球磨，在降低燒結(jié)溫度下，制備出了晶粒較小且具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的yig(石榴石)鐵氧體。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度yig鐵氧體的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、氧化物混合粉末第一等離子輔助球磨，第一烘干，得預(yù)處理粉料；

4、s2、s1所述預(yù)處理粉料過篩，預(yù)燒結(jié)處理，第二等離子輔助球磨，第二烘干，得粉料；

5、s3、步驟s2所述粉料與聚乙烯醇水溶液混合，壓制成型，得鐵氧體生坯；

6、s4、步驟s3所述鐵氧體生坯燒結(jié)處理，得yig鐵氧體。

7、優(yōu)選的，步驟s1中所述氧化物混合粉末的配料比例按照化學(xué)式y(tǒng)2.7ca0.3fe4.5-xsn0.15zr0.15in0.2o12-1.5x計(jì)算，其中x為缺鐵量，0≤x≤1，所述氧化物混合粉末的純度為≥99％。

8、優(yōu)選的，步驟s1中所述第一等離子輔助球磨以不銹鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)，以去離子水為分散劑，所述第一等離子輔助球磨的氧化物混合粉末、不銹鋼球和去離子水的質(zhì)量比為1:(4～6):(4～6)，所述第一等離子輔助球磨的轉(zhuǎn)速為800～950rad/min，所述第一等離子輔助球磨的有效時(shí)間為6～9h。

9、優(yōu)選的，步驟s1中所述第一等離子球磨的有效時(shí)間為進(jìn)行球磨的時(shí)間，所述第一等離子球磨的程序?yàn)榍蚰?0min，暫停10min，循環(huán)12次，通過第一等離子球磨將原料氧化物混合粉末混合均勻，以便預(yù)燒結(jié)時(shí)固相反應(yīng)完全。

10、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述不銹鋼球中大中小球質(zhì)量比為2:5:3，所述打球的直徑為8mm，所述中球的直徑為5mm，所述小球的直徑為3mm。

11、優(yōu)選的，步驟s1所述第一烘干的溫度為80～100℃，所述第一烘干的時(shí)間為10～12h。

12、優(yōu)選的，步驟s2中所述過篩的孔徑為20～40目；步驟s2中所述預(yù)燒結(jié)的溫度為1150～1300℃，所述預(yù)燒結(jié)的時(shí)間為2～3h，經(jīng)過高溫處理，使過篩后的預(yù)處理粉料發(fā)生初步化學(xué)反應(yīng)，有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F氧體，用以保證燒結(jié)樣品的微觀形貌生成較好，提高燒結(jié)致密度，降低產(chǎn)品收縮率；步驟s2中所述第二等離子輔助球磨以不銹鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)，以去離子水為分散劑，所述第二等離子輔助球磨的過篩后的預(yù)處理粉料、不銹鋼球和去離子水的質(zhì)量比為1:(4～6):(4～6)，所述第二等離子輔助球磨的轉(zhuǎn)速為800～950rad/min，所述第二等離子輔助球磨的有效時(shí)間為6～9h；步驟s2中所述第二烘干的溫度為80～100℃，所述第二烘干的時(shí)間為10～12h。

13、優(yōu)選的，步驟s2中所述第二等離子球磨的有效時(shí)間為進(jìn)行球磨的時(shí)間，所述第二等離子球磨的程序?yàn)榍蚰?0min，暫停10min，循環(huán)12次。

14、優(yōu)選的，步驟s3中所述粉料與聚乙烯醇水溶液的混合質(zhì)量比為1:(0.1～0.15)；步驟s3中所述聚乙烯醇水溶液的濃度為5～7wt％；步驟s3中所述壓制的壓力為15～20mpa，所述壓制的時(shí)間為2～4min。

15、優(yōu)選的，步驟s4中所述燒結(jié)的溫度為1350～1480℃，所述燒結(jié)的時(shí)間為3～5h。

16、本發(fā)明還提供了所述制備方法制備所得yig鐵氧體。

17、本發(fā)明還提供了所述制備方法制備所得yig鐵氧體或所述yig鐵氧體在制備微波和/或射頻電子元件中的應(yīng)用。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

19、本發(fā)明使用氧化物混合粉末為原料，通過等離子輔助球磨，結(jié)合降低燒結(jié)溫度，降低了yig鐵氧體的最佳成相溫度，第一等離子輔助球磨和第二等離子輔助球磨后鐵氧體粉末粒徑小，微觀結(jié)構(gòu)中晶粒尺寸明顯減小，通過放電改變鐵離子的物理狀態(tài)和激發(fā)化學(xué)反應(yīng)提高其活性，制備出了具有較高介電常數(shù)和高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的yig鐵氧體。

技術(shù)特征：

1.一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度yig鐵氧體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，步驟s1中所述氧化物混合粉末的配料比例按照化學(xué)式y(tǒng)2.7ca0.3fe4.5-xsn0.15zr0.15in0.2o12-1.5x計(jì)算，其中x為缺鐵量，0≤x≤1，所述氧化物混合粉末的純度為≥99％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，步驟s1中所述第一等離子輔助球磨以不銹鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)，以去離子水為分散劑，所述第一等離子輔助球磨的氧化物混合粉末、不銹鋼球和去離子水的質(zhì)量比為1:(4～6):(4～6)，所述第一等離子輔助球磨的轉(zhuǎn)速為800～950rad/min，所述第一等離子輔助球磨的有效時(shí)間為6～9h。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，所述不銹鋼球中大中小球質(zhì)量比為2:5:3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，步驟s1所述第一烘干的溫度為80～100℃，所述第一烘干的時(shí)間為10～12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，步驟s2中所述過篩的孔徑為20～40目；步驟s2中所述預(yù)燒結(jié)的溫度為1150～1300℃，所述預(yù)燒結(jié)的時(shí)間為2～3h；步驟s2中所述第二等離子輔助球磨以不銹鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)，以去離子水為分散劑，所述第二等離子輔助球磨的過篩后的預(yù)處理粉料、不銹鋼球和去離子水的質(zhì)量比為1:(4～6):(4～6)，所述第二等離子輔助球磨的轉(zhuǎn)速為800～950rad/min，所述第二等離子輔助球磨的有效時(shí)間為6～9h；步驟s2中所述第二烘干的溫度為80～100℃，所述第二烘干的時(shí)間為10～12h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，步驟s3中所述粉料與聚乙烯醇水溶液的混合質(zhì)量比為1:(0.1～0.15)；步驟s3中所述聚乙烯醇水溶液的濃度為5～7wt％；步驟s3中所述壓制的壓力為15～20mpa，所述壓制的時(shí)間為2～4min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，步驟s4中所述燒結(jié)的溫度為1350～1480℃，所述燒結(jié)的時(shí)間為3～5h。

9.如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述制備方法制備所得yig鐵氧體。

10.如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述制備方法制備所得yig鐵氧體或權(quán)利要求9所述yig鐵氧體在制備微波和/或射頻電子元件中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度YIG鐵氧體及其制備方法和應(yīng)用，屬于鐵氧體材料技術(shù)領(lǐng)域，提供的具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度YIG鐵氧體的制備方法，包括以下步驟：氧化物混合粉末等離子輔助球磨，烘干，得預(yù)處理粉料，過篩，預(yù)燒結(jié)處理，等離子輔助球磨，烘干，得粉料，與聚乙烯醇水溶液混合，壓制成型，得鐵氧體生坯，燒結(jié)處理，得YIG鐵氧體。本發(fā)明通過等離子輔助球磨，結(jié)合降低燒結(jié)溫度，降低了YIG鐵氧體的最佳成相溫度，通過放電改變鐵離子的物理狀態(tài)和激發(fā)化學(xué)反應(yīng)提高其活性，制備出了具有較高介電常數(shù)和高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的YIG鐵氧體。

技術(shù)研發(fā)人員：苗洋,張璧顯,唐穎輝,馬超,籍偉花
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11