專利名稱：移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及鐵氧體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有低矯頑力、 低介電損耗、高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵氧體材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LiZn鐵氧體因具有室溫下飽磁化強(qiáng)度可調(diào)范圍寬、居里溫度高、 矩形比高、剩磁對(duì)應(yīng)力敏感性低、溫度穩(wěn)定性好和成本低等特點(diǎn)而被 廣泛應(yīng)用于微波閉鎖式移相器和高功率器件。與半導(dǎo)體移相器相比， 鐵氧體移相器在S波段至《"波段能夠承受較高的峰值功率。為了提 高移相器的幅相平衡一致性、降低移相器的驅(qū)動(dòng)電流，應(yīng)用于其中的 LiZn鐵氧體必須具有低的矯頑力(Z/e)、低的損耗(to"&,)以及良好的溫 度穩(wěn)定性，同時(shí)還需要具有高的飽和磁化強(qiáng)度(4兀ikO以提高移相器 單位長度的相移量、縮小器件體積。
2000年西南技術(shù)研究所公布的XL45A型LiZn鐵氧體飽和磁化 強(qiáng)度4;r風(fēng)二450i5XmT，鐵磁共振線寬A//=25.4±25%kATn"，介電 損耗to"^<5xl(T4，介電常數(shù)t=15，居里溫度re >500°C，密度 /3app=4.75g'n^，但未給出該材料矯頑力/^和剩磁^參數(shù)。移相器材 料應(yīng)具有高剩磁，確保閉鎖式移相器能夠在剩磁狀態(tài)下正常工作。另 外，為適應(yīng)器件小型化、輕量化的要求，移相器材料應(yīng)具有低矯頑力， 以減小驅(qū)動(dòng)電路的體積和重量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有低矯頑力、低介電 損耗、高飽和磁化強(qiáng)度特性的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料。 本發(fā)明還提供前述移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料的制備方法。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，移相器用低損耗
LiZn鐵氧體材料，由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，其特征在于，以 Fe203、 ZnO、 Mn304、 Li2C03計(jì)算，主料包括64-71 mol°/。Fe203、 15 22mol%ZnO、 0.8 1.5mol%Mn3O4、 9.9 12mol%Li2C03;相對(duì)于主 料，添加劑以Bi2()3、 BST、 Nb20s計(jì)算，比例為0.5 3.0wt% Bi203、 0.1~0.5wt% BST、 0.05 0.4wt% Nb205。
進(jìn)一步的說，以Fe203、 ZnO、 Mn304、 Li2C03計(jì)算，主料為 68.9mol%Fe203， 18.8mol%ZnO， llmol%Li2C03， 1.3mol%Mn304;相 對(duì)于主料，添加劑以Bi203、 BST、 Nb20s計(jì)算，比例為1.0wt%Bi2O3、 0.2w簡ST、 0.3wt%Nb2O5。
或者，以Fe203、ZnO、Mn304、Li2C03計(jì)算，主料為67mol%Fe203， 21.8mol%ZnO， 10.1mol%Li2CO3， l.lmol%Mn304;相對(duì)于主料，添 加劑以Bi203、 BST、 Nb20s計(jì)算，比例為l,5wt%Bi203、 0.1wt%BST、 0.2wt%Nb2O5。
本發(fā)明的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料制備方法，其特征在 于，包括下述步驟
(1) 配方選取
采用64 71mol%Fe203， 15~22mol%ZnO， 0.8~1.5mol%Mn3O4， 9.9 12mol%Li2C03;
(2) —次球磨
球磨以上料粉，使料粉混合均勻；
(3) 預(yù)燒
將步驟(2)所得球磨料在760 85(TC爐內(nèi)預(yù)燒1 3小時(shí)；
(4) 摻雜
預(yù)燒后的料粉按重量比加入以下添加劑0.5 3.0wt% Bi203、 0.1 0.5wt% BST、 0.05 0.4wt% Nb205;
5(5) 二次球磨
將步驟(4)得到的料粉球磨2 6小時(shí)；
(6) 成型
將步驟(5)所得料粉按重量比加入8 15wtX有機(jī)粘合劑，混 勻，造粒后，在壓機(jī)上將粒狀粉料壓制成坯件；
(7) 氣氛燒結(jié)
將步驟(6)所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，于氧氣氣氛中，在 920 100(TC溫度下致密化燒結(jié)2 6小時(shí)。
進(jìn)步的說，所述步驟(1)中的配方采用68.9mol%Fe203， 18.8mol%ZnO， 1 lmol%Li2C03， 1.3mol%Mn304; 所述步驟(4)中， 添加劑的比例為1.0wt%Bi2O3、 0.2wt%BST、 0.3wt% Nb205;所述 步驟(6)中粘合劑比例為13wt%。
或者，所述歩驟(l)中的配方采用67mol°/。Fe203， 21.8mol%ZnO， 10.1mol%Li2CO3， l.lmol%Mn304; 所述步驟(4)中，添加劑的比 例為1.5wt%Bi203、 0.1wt%BST、 0.2wt%Nb2O5;所述步驟(6)中 粘合劑比例為15wt%。
本發(fā)明的有益效果是，降低了矯頑力和介電損耗、提高了飽和磁 化強(qiáng)度。 一方面，采用Mn取代和缺Fe配方，大幅度提高材料電阻
率以降低材料的介電損耗，另一方面，采用適量的Bi203降低燒結(jié)溫
度、矯頑力和介電損耗，提高飽和磁化強(qiáng)度。從而實(shí)現(xiàn)低矯頑力、低 介電損耗、高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵氧體材料的低溫制備。
以下結(jié)合附閣和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是本發(fā)明的移相器用LiZn鐵氧體材料制備方法工藝流程圖 圖2是本發(fā)明的LiZn鐵氧體材料的SEM圖像 從圖中可以看到，制備的移相器用LiZn鐵氧體微結(jié)構(gòu)致密，氣 孔率低，平均粒徑約為7.5pm。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了移相器用低矯頑力、低介電損耗的高飽和磁化強(qiáng)度
LiZn鐵氧體材料及其制備技術(shù)。當(dāng)前為提高材料飽和磁化強(qiáng)度、降低矯頑力，燒結(jié)溫度約為116(TC左右，以使固相反應(yīng)完全，晶粒長大，但在IOO(TC以上燒結(jié)LiZn鐵氧體時(shí)Li揮發(fā)嚴(yán)重，產(chǎn)生過多Fe2+，導(dǎo)致材料介電損耗大幅增加。本發(fā)明采用低熔點(diǎn)物質(zhì)作燒結(jié)助劑經(jīng)由液相燒結(jié)降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)晶粒生長，降低氣孔率，提高致密度，改善微結(jié)構(gòu)均勻性，以提高飽和磁化強(qiáng)度、降低矯頑力和介電損耗。另一方面，采用Mn取代和缺Fe配方，可大幅度提高材料電阻率以降低材料低介電損耗。從而實(shí)現(xiàn)低矯頑力、低介電損耗、高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵氧體材料的低溫制備。
本發(fā)明的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料，由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，其特征在于，以Fe203、 ZnO、 Mn304、 Li2C03計(jì)算，主料包括64~71mol%Fe203、 15~22mol%ZnO、 0.8~1.5mol%Mn3O4、9.9 12mol%Li2C03;相對(duì)于主料，添加劑以Bi203、 BST、 Nb205計(jì)算，比例為0.5 3.0wt%Bi2O3、 0.1 0.5wt%BST、 0.05 0.4wt%Nb205。
作為實(shí)施例1，以Fe203、 ZnO、 Mn304、 Li2C03計(jì)算，主料為68.9mol%Fe203， 18.8mol%ZnO， llmol%Li2C03， 1.3mol%Mn304;相對(duì)于主料，添加劑以Bi203、 BST、 Nb20s計(jì)算，比例為1.0wt%Bi2O3、0.2wt%BST、 0.3wt%Nb2O5。
作為實(shí)施例2，以Fe203、 ZnO、 Mn304、 Li2C03計(jì)算，主料為67mol%Fe203， 21.8mol%ZnO， 10.1mol%Li2CO3, l,lmol%Mn304;相對(duì)于主料，添加劑以Bi203、BST、Nb20s計(jì)算，比例為1.5wt%Bi203、0.1wt%BST、 0.2wt%Nb2O5。
作為制備方法的實(shí)施方式，本發(fā)明的移相器用低損耗的高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵氧體材料制備方法包括如下步驟
(1)配方
7采用64 71mol%Fe203， 15~22mol%ZnO, 0.8 1.5mol%Mn3O4，9.9 12mol%Li2C03;
(2) —次球磨
將以上料粉在行星式球磨機(jī)內(nèi)用鋼球磨1~3小時(shí)，使料粉混合均
勻；
(3) 預(yù)燒
將步驟2所得球磨料在760 85(TC爐內(nèi)預(yù)燒1 3小時(shí)；
(4) 摻雜
將步驟3所得料粉按重量比加入以下添加劑0.5 3.0wt%Bi2O3、0.1~0.5wt% BST、 0.05 0.4wt% Nb205;
(5) 二次球磨
將步驟4中得到的料粉在行星式球磨機(jī)中用鋼球磨2~6小時(shí)；
(6) 成型
將歩驟5所得料粉按重量比加入8 15wt^有機(jī)粘合劑，混勻，造粒后，在壓機(jī)上將粒狀粉料壓制成坯件；
(7) 氣氛燒結(jié)
將歩驟6所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，于氧氣氣氛中，在920 100(TC溫度下致密化燒結(jié)2 6小時(shí)。
經(jīng)過以上工藝制備出的低介電損耗的高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵氧體，晶粒均勻致密，粒徑約為7.5,。材料比飽和磁化強(qiáng)度用環(huán)稱法測試，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力用日本巖崎SY-8232 B-H分析儀測試，密度用排水法測試，根據(jù)密度和比飽和磁化強(qiáng)度計(jì)算飽和磁化強(qiáng)度，按IEC標(biāo)準(zhǔn)在9.3GHz下測量樣品的鐵磁共振線寬、介電常數(shù)和介電損耗，利用TH2828和馬弗爐進(jìn)行居里溫度測量。其性能指標(biāo)如下飽和磁化強(qiáng)度4;rM,: 4800±5% kA'm"剩磁S" > 360mT矯頑力< 120 A'm'1鐵磁共振線寬A/f: 15 20kA'm" (3dB， ;c波段)介電常數(shù)A 15(/=9.3GHz)介電損耗to"&': <5xl(T4(/=9.3GHz)
居里溫度t;: >400°c
密度c/: >4.8g.cm-3作為制備方法的實(shí)施例(實(shí)施例3)，包括以下步驟
1、 配方
采用 68.9mol%Fe203 ，18.8mol%ZnO ，llmol%Li2C03 ，1.3mol%Mn304;
2、 一次球磨
將以上料粉在行星式球磨機(jī)內(nèi)用鋼球磨1小時(shí)，使料粉混合均
勻；
3、 預(yù)燒
將步驟2所得球磨料在80(tc爐內(nèi)預(yù)燒2小時(shí)；
4、 摻雜
將歩驟3所得料粉按重量比加入以下添加劑..1.0wt%Bi2O3、0.2wto/oBST、 0.3wt%Nb2O5;
5、 二次球磨
將歩驟4中得到的料粉在行星式球磨機(jī)中用鋼球磨2小時(shí)；
6、 成型
將步驟5所得料粉按重量比加入13wt^有機(jī)粘合劑，混勻，造粒后，在壓機(jī)上將粒狀粉料壓制成坯件；
7、 氣氛燒結(jié)
將步驟6所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，氧氣氣氛下在99(tc溫度下燒結(jié)3小時(shí)。
經(jīng)過以上工藝制備出的移相器用LiZn鐵氧體材料性能指標(biāo)如飽和磁化強(qiáng)度4ttM,: 4800 kA'm"剩磁5,.: 365mT矯頑力/^.: 118A'm"
鐵磁共振線寬A7/: 15kA'm"(3dB，x波段)介電常數(shù)s': 15(/=9.3GHz)介電損耗to"^': 4.6xl(T4 (/=9.3GHz)居里溫度re: 420°C密度d: 4.85 g'cm-3
作為制備方法的第二個(gè)實(shí)施例(實(shí)施例4)，包括以下步驟
1、 配方
采用 67mol%Fe203 ， 21.8mol%ZnO ，10.1mol%Li2CO3 ，l.lmol%Mn304;
2、 一次球磨
將以上料粉在行星式球磨機(jī)內(nèi)用鋼球磨1.5小時(shí)，使料粉混合均
勻；
3、 預(yù)燒
將步驟2所得球磨料在85(TC爐內(nèi)預(yù)燒1.5小時(shí)；
4、 摻雜
將歩驟3所得料粉按重量比加入以下添加劑1.5wt%Bi203、0.1wt%BST、 0.2wt%Nb2O5;
5、 二次球磨
將步驟4中得到的料粉在行星式球磨機(jī)中用鋼球磨2小時(shí)；
6、 成型
將步驟5所得料粉按重量比加入15wt^有機(jī)粘合劑，混勻，造粒后，在壓機(jī)上將粒狀粉料壓制成坯件；
7、 氣氛燒結(jié)
將步驟6所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，在氧氣氣氛中，在98(TC溫度下燒結(jié)3小時(shí)。
經(jīng)過以上工藝制備出移相器用低損耗的高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵
氧體材料，其性能指標(biāo)如下
飽和磁化強(qiáng)度4ttM,: 4730 kA-m"剩磁A: 361mT矯頑力仗.117 A'm—1
鐵磁共振線寬A/7: 20 kA'm—1 (3dB, x波段)介電常數(shù)e': 15.3 (/=9.3GHz)介電損耗ta"A': 5xl0'4 (/=9.3GHz)
居里溫度z;: 4io°c
密度c/: 4.82 g.cm-3
實(shí)施例5:
1 、配方
采用 68.5mol%Fe203 ， 19.1mol%ZnO ，ll,lmol%Li2C03 ，L3mol%Mn304;
2、 一次球磨
將以上料粉在行星式球磨機(jī)內(nèi)用鋼球磨1.5小時(shí)，使料粉混合均
勻；
3、 預(yù)燒
將步驟2所得球磨料在80(TC爐內(nèi)預(yù)燒1.5小時(shí)；
4、 摻雜
將步驟3所得料粉按重量比加入以下添加劑3.0wt%Bi2O3、0.2wt%BST 、0.1 wt% Nb205;
5、 二次球磨
將歩驟4中得到的料粉在行星式球磨機(jī)中用鋼球磨2小時(shí)；
6、 成型
將步驟5所得料粉按重量比加入15wt^有機(jī)粘合劑，混勻，造粒后，在壓機(jī)上將粒狀粉料壓制成坯件； 7、氣氛燒結(jié)
將步驟6所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，在氧氣氣氛中，在99(TC溫
度下燒結(jié)3小時(shí)。
經(jīng)過以上工藝制備出移相器用低損耗的高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵
氧體材料，其性能指標(biāo)如下
飽和磁化強(qiáng)度4ttA^: 4800 kA-m" 剩磁A: 360mT 矯頑力仗120 A'm—1
鐵磁共振線寬A/f: 15 kA'm—1 (3dB， :c波段) 介電常數(shù)15.3 (/=9.3GHz) 介電損耗to"^,: 5xl(T4(/=9.3GHz) 居里溫度7;: 415°C 密度d: 4.83 g'cm-3 。
權(quán)利要求
1、移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料，由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，其特征在于，以Fe2O3、ZnO、Mn3O4、Li2CO3計(jì)算，主料包括64～71mol％Fe2O3、15～22mol％ZnO、0.8～1.5mol％Mn3O4、9.9～12mol％Li2CO3；相對(duì)于主料，添加劑以Bi2O3、BST、Nb2O5計(jì)算，比例為0.5～3.0wt％Bi2O3、0.1～0.5wt％BST、0.05～0.4wt％Nb2O5。
2、 如權(quán)利要求1所述的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料，其特征在于，以Fe203、ZnO、Mn304、Li2C03計(jì)算，主料為68.9mol%Fe20318.8mol%ZnO， 1 lmol%Li2C03， 1.3mol%Mn304;相對(duì)于主料，添加劑以131203、 BST、 Nb205計(jì)算，比例為1.0wt%Bi2O3、 0.2wt%BST、.3wt%Nb2O5o
3、 如權(quán)利要求l所述的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料，其特征在于，以Fe203、 ZnO、 Mn304、匸2(:03計(jì)算，主料為67mol%Fe203，21.8mol%ZnO， 10.1mol%Li2CO3， l.lmol%Mn304;相對(duì)于主料，添加劑以Bi203、 BST、 Nb20s計(jì)算，比例為1.5wt%Bi203、 0.1wt%BST、0.2wt%Nb2O5。
4、 移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料制備方法，其特征在于，包括下述歩驟(1) 配方選取采用64 71mol%Fe203， 15~22mol%ZnO， 0.8 1.5mol%Mn3O4，9.9 12mol%Li2C03;(2) —次球磨球磨以上料粉，使料粉混合均勻；(3) 預(yù)燒將步驟(2)所得球磨料在760 850'C爐內(nèi)預(yù)燒1 3小時(shí)；(4) 摻雜預(yù)燒后的料粉按重量比加入以下添加劑0.5 3.0wt% Bi203、，0.1 0.5wt%BST、 0.05 0.4wt0/0Nb2O5;(5) 二次球磨將步驟(4)得到的料粉球磨2 6小時(shí)；(6) 成型將步驟(5)所得料粉按重量比加入8 15wt。"有機(jī)粘合劑，混勻，造粒后，在壓機(jī)上將粒狀粉料壓制成坯件；(7) 氣氛燒結(jié)將步驟(6)所得坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，于氧氣氣氛中，在920 100(TC溫度下致密化燒結(jié)2 6小時(shí)。
5、 如權(quán)利要求4所述的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的配方采用68.9mol%Fe203，18.8mol%ZnO， 1 lmol%Li2C03， 1.3mol°/。Mn304; 所述步驟(4)中，添加劑的比例為1.0wt%Bi2O3、 0.2wt%BST、 0.3wt% Nb205;所述步驟(6)中粘合劑比例為13wt%。
6、 如權(quán)利要求4所述的移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的配方采用67mol%Fe203，21.8mol%ZnO， l0.1mol%Li2CO3， l.lmol%Mn304;所述步驟(4)中，添加劑的比例為1.5wt%Bi203、 0.1wt%BST、 0.2wt%Nb2O5;所述步驟(6)中粘合劑比例為15wt%。
全文摘要
移相器用低損耗LiZn鐵氧體材料，涉及鐵氧體材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由主料、添加劑和粘合劑構(gòu)成，以Fe₂O₃、ZnO、Mn₃O₄、Li₂CO₃計(jì)算，主料包括64～71mol％Fe₂O₃、15～22mol％ZnO、0.8～1.5mol％Mn₃O₄、9.9～12mol％Li₂CO₃；相對(duì)于主料，添加劑以Bi₂O₃、BST、Nb₂O₅計(jì)算，比例為0.5～3.0wt％Bi₂O₃、0.1～0.5wt％BST、0.05～0.4wt％Nb₂O₅。本發(fā)明降低了矯頑力和介電損耗、提高了飽和磁化強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)低矯頑力、低介電損耗、高飽和磁化強(qiáng)度LiZn鐵氧體材料的低溫制備。
文檔編號(hào)H01F1/37GK101552072SQ20081014812
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者忠 余, 蘭中文, 劉培元, 姬海寧, 科 孫, 莊亞明, 蔣曉娜 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)