YIG鐵氧體配方及制備工藝研究.pdf

1、YIG鐵氧體因其可調的飽和磁化強度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)境的復雜化，對應用于其中的微波鐵氧體材料提出了更高的要求，因此開展YIG鐵氧體改性研究對滿足微波器件需求至關重要。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、添加劑、燒結溫度等工藝及不同離子取代的配方對YIG微波鐵氧體的顯微結構、磁性能和微波性能的影響。主要研究

2、內容與結果如下：
　　1、采用氧化鋯球與軸承鋼球作為球磨介質，研究了球磨工藝對YIG微波鐵氧體性能的影響，結果表明：采用氧化鋯球進行球磨可以提高材料的飽和磁化強度4πMs、剩余磁感應強度Br及電阻率ρ，降低矯頑力Hc。添加Bi2O3燒結可促進固相反應，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。適當提高燒結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微波鐵氧體配方對其性能的影響，結果表明：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??；密度d略有增加，晶粒向小尺寸均勻化方向生長，Hc增大。Cu2+取代可大幅降低Y2.3Ca0.7Zr0.3V0.2CuxFe4.5-xO12-x/2鐵氧體材料的燒結溫度；在x≥0.2時出現(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隨燒結溫度先增大后減??；密度的d在取代量x=0.1時隨燒結溫度升高而逐漸增大，在x=0.2時增長幅度變小，在x=0.3波動很??；Hc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隨燒結溫度先增大后減小；Br減小；密度d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℃燒結時最小。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均隨燒結溫度先增大后減小，Hc則先減小后增大。該組實驗中，基于亞鐵磁性奈耳分子場理論，采用非線性擬合方法求得不同Sn4+含量的分子場系數(shù)(ωaa，ωdd和ωa

6、d=ωad)，得到與實測曲線良好吻合的磁矩隨溫度(1.8～400K)變化曲線圖；當Sn4+含量增加時，ωad=ωad減小導致居里溫度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時取得最小值3.36kA/m，此后微小上升；通過趨近飽和定律擬合4?Ms得到磁晶各向異性常數(shù)K1，基于自旋波理論對ΔH進行分離，得到ΔH的主要影響因素。
　　3、設計SnO2-V2O5復合取代及燒結溫度正交實驗，研究

7、各因素對Y3-x-2yCax+2yFe5-x-ySnxVyO12鐵氧體材料磁性能影響作用，結果表明：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，燒結溫度次之；d受V5+取代影響最明顯，燒結溫度次之。通過優(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：燒結溫度1420℃、Sn4+取代量x=0.4，V5+取代量y