權(quán)利要求
1.高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料，其特征在于，所述六角鐵氧體材料包括W型六角鐵氧體主配方、M型BaFe12O19六角鐵氧體和摻雜劑，其中，W型六角鐵氧體主配方包括：3.66～7.69mol％BaCO3、8.6～10.53mol％ZnO、0.20～1.0mol％CoO、78.21～92.31mol％Fe2O3；
M型BaFe12O19六角鐵氧體占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為：5～30.00wt％BaFe12O19；
添加劑占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為：1.8～5.6wt％Bi2O3、1.8～5.6wt％H3BO3、0.2～1.6wt％SiO2。
2.高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1、配料：
W型六角鐵氧體以BaCO3、ZnO、CoO、Fe2O3作為原料，按照“3.66～7.69mol％BaCO3、8.6～10.53mol％ZnO、0.20～1.0mol％CoO、78.21～92.31mol％Fe2O3”的比例稱料，混料，配制得到W型六角鐵氧體初始粉體；
步驟2、一次球磨：
將步驟1得到的W型六角鐵氧體初始粉體在球磨機(jī)內(nèi)混合均勻，球磨時(shí)間8～16h；
步驟3、預(yù)燒：
將步驟2得到的球磨料烘干，在1050～1350℃溫度下進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒時(shí)間為2～10h，得到W型六角鐵氧體預(yù)燒粉體；
步驟4、摻雜：
在步驟3得到的W型六角鐵氧體預(yù)燒粉體中加入M型BaFe12O19六角鐵氧體，M型BaFe12O19六角鐵氧體占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為：5～30.00wt％BaFe12O19；然后加入添加劑，添加劑占W型六角鐵氧體重量百分比為：1.8～5.6wt％Bi2O3、1.8～5.6wt％H3BO3、0.2～1.6wt％SiO2；
步驟5、二次球磨：
將步驟4得到的混合粉料在球磨機(jī)中球磨6～24h，粉料粒度控制在0.6～0.9μm之間；
步驟6、脫水：
將步驟5得到的球磨漿料脫水，脫水后料漿含水量控制在15～35wt％之間；
步驟7、成型：
將步驟6得到的脫水漿料在磁場(chǎng)成型機(jī)下壓制成型，成型磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2～1.4T，成型壓力為80～120MPa；
步驟8、燒結(jié)：
將步驟7壓制得到的坯件置于燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900～1200℃，時(shí)間為10min～60min，燒結(jié)完成后，自然冷卻至室溫，即可得到所述高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鐵氧體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002]隨著微波技術(shù)的快速發(fā)展，環(huán)行器正朝著小型輕量化、集成化和低損耗的方向發(fā)展。W型六角鐵氧體因其具有高而可調(diào)的磁晶各向異性場(chǎng)(Ha)、高剩磁比 (Mr/Ms)、高矯頑力(Hc)以及高居里溫度(Tc)而成為極具前景的自偏置材料。利用上述W型六角鐵氧體材料獨(dú)有優(yōu)勢(shì)能夠?yàn)榄h(huán)行器工作時(shí)提供自偏置場(chǎng)，完全擺脫外加磁鋼束縛，使得環(huán)行器能夠以準(zhǔn)平面化狀態(tài)工作，大大降低了器件的體積和質(zhì)量。針對(duì)微波器件而言，材料的損耗會(huì)導(dǎo)致器件的插入損耗變大，惡化器件性能。因此，要求材料損耗越低越好。迭代有限元法分析表明，對(duì)于X波段環(huán)行器而言，500Oe的線寬將導(dǎo)致1dB插入損耗。
[0003]針對(duì)高剩磁比、低損耗W型六角鐵氧體，約旦大學(xué)(Curr.Appl.Phys.,2018, 18:590-598)公布了一種BaCo2Fe16O27的W型六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度4πMs＝4391Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.16，矯頑力Hc＝90Oe，鐵磁共振線寬ΔH未公布。雖然材料的飽和磁化強(qiáng)度較高，但剩磁比和矯頑力太小，不利于自偏置特性的實(shí)現(xiàn)和小型化的發(fā)展。美國(guó)東北大學(xué)(J.Appl.Phys.,2013,113: 17B305)公布了一種Co2+取代W型六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度 4πMs＝2648Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.79，矯頑力Hc＝2133Oe，鐵磁共振線寬ΔH未公布。雖然材料擁有高的矯頑力，但飽和磁化強(qiáng)度和剩磁比有待進(jìn)一步優(yōu)化。電子科技大學(xué)(IOP Conf.Ser.Mater.Sci.Eng.,2020,782:022038)公布了一種主配方為BaNi2Fe16O27的W型六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度σs＝68.26emu/g，剩磁比Mr/Ms＝0.80，矯頑力Hc＝2358Oe，鐵磁共振線寬ΔH未公布。雖然材料擁有高的矯頑力，但剩磁比有待進(jìn)一步優(yōu)化。電子科技大學(xué)(J.Alloys Compd.,2019, 772:1100-1104)公布了一種BaZn2Fe16O27六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度4πMs＝3115Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.80，矯頑力Hc＝1011Oe，鐵磁共振線寬ΔH ＝996Oe。由于材料的鐵磁共振線寬過大，不利于實(shí)現(xiàn)具有低插入損耗性能的自偏置微波器件。三峽大學(xué)(J.Eur.Ceram.Soc.,2021,41:7717-7722)公布了一種 Gd3+取代BaNi2Fe16-xGdxO27六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度 4πMs＝3476Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.85，矯頑力Hc＝1527Oe，鐵磁共振線寬ΔH＝624Oe。雖然材料的剩磁比、矯頑力和鐵磁共振線寬都優(yōu)于上述所公布的材料，但材料的飽和磁化強(qiáng)度、剩磁比和鐵磁共振線寬都有待進(jìn)一步優(yōu)化，以期獲得既具有自偏置特性又具有低插入損耗的自偏置微波器件。專利CN106495678A公布了一種 Ba(Zn1-xCox)2Fe16O27六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度4πMs＝3523Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.49，矯頑力Hc＝1693Oe，鐵磁共振線寬ΔH未公布。雖然材料擁有高的矯頑力，但飽和磁化強(qiáng)度和剩磁比有待進(jìn)一步優(yōu)化。專利CN111925201B 公布了一種Sc3+取代BaZn2Fe16-xScxO27六角鐵氧體，其性能指標(biāo)為：飽和磁化強(qiáng)度4πMs＝3345Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.82，矯頑力Hc＝1302Oe，鐵磁共振線寬ΔH未公布。雖然材料擁有高的矯頑力，但飽和磁化強(qiáng)度和剩磁比有待進(jìn)一步優(yōu)化。上述研究表明，W型六角鐵氧體的剩磁比Mr/Ms相對(duì)較低，很難突破0.85。鐵磁共振線寬ΔH相對(duì)較高，很難低于600Oe。
[0004]基于上述，目前W型六角鐵氧體材料仍無法實(shí)現(xiàn)高剩磁比低損耗的特性，因此本發(fā)明提供一種高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料及其制備方法。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，提出了一種兼具高剩磁比、低損耗的復(fù)合六角鐵氧體材料及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007]一種高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料，其特征在于，所述六角鐵氧體材料包括W型六角鐵氧體主配方、M型BaFe12O19六角鐵氧體和摻雜劑，其中， W型六角鐵氧體主配方包括：3.66～7.69mol％BaCO3、8.6～10.53mol％ZnO、 0.20～1.0mol％CoO、78.21～92.31mol％Fe2O3；
[0008]M型BaFe12O19六角鐵氧體占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為： 5～30.00wt％BaFe12O19；
[0009]添加劑占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為：1.8～5.6wt％Bi2O3、 1.8～5.6wt％H3BO3、0.2～1.6wt％SiO2。
[0010]一種高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0011]步驟1、配料：
[0012]W型六角鐵氧體以BaCO3、ZnO、CoO、Fe2O3作為原料，按照“3.66～7.69mol％BaCO3、8.6～10.53mol％ZnO、0.20～1.0mol％CoO、 78.21～92.31mol％Fe2O3”的比例稱料，混料，配制得到W型六角鐵氧體初始粉體；
[0013]步驟2、一次球磨：
[0014]將步驟1得到的W型六角鐵氧體初始粉體在球磨機(jī)內(nèi)混合均勻，球磨時(shí)間 8～16h；
[0015]步驟3、預(yù)燒：
[0016]將步驟2得到的球磨料烘干，在1050～1350℃溫度下進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒時(shí)間為2～10h，得到W型六角鐵氧體預(yù)燒粉體；
[0017]步驟4、摻雜：
[0018]在步驟3得到的W型六角鐵氧體預(yù)燒粉體中加入M型BaFe12O19六角鐵氧體，M型BaFe12O19六角鐵氧體占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為： 5～30.00wt％BaFe12O19；然后加入添加劑，添加劑占W型六角鐵氧體重量百分比為：1.8～5.6wt％Bi2O3、1.8～5.6wt％H3BO3、0.2～1.6wt％SiO2；
[0019]步驟5、二次球磨：
[0020]將步驟4得到的混合粉料在球磨機(jī)中球磨6～24h，粉料粒度控制在0.6～0.9μm 之間；
[0021]步驟6、脫水：
[0022]將步驟5得到的球磨漿料脫水，脫水后料漿含水量控制在15～35wt％之間；
[0023]步驟7、成型：
[0024]將步驟6得到的脫水漿料在磁場(chǎng)成型機(jī)下壓制成型，成型磁場(chǎng)強(qiáng)度為 1.2～1.4T，成型壓力為80～120MPa；
[0025]步驟8、燒結(jié)：
[0026]將步驟7壓制得到的坯件置于燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900～1200℃，時(shí)間為10min～60min，燒結(jié)完成后，自然冷卻至室溫，即可得到所述高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料。
[0027]對(duì)步驟8得到的復(fù)合六角鐵氧體材料進(jìn)行磁性能測(cè)試：材料的飽和磁化強(qiáng)度 4πMs、剩余磁化強(qiáng)度4πMr、剩磁比Mr/Ms、矯頑力Hc采用美國(guó)LakeShore 8604 型VSM測(cè)試，鐵磁共振線寬(ΔH)采用美國(guó)Agilent N5227A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試。
[0028]本發(fā)明制備的高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料最終的技術(shù)指標(biāo)如下：
[0029]飽和磁化強(qiáng)度4πMs：≥4.34kGs；
[0030]剩余磁化強(qiáng)度4πMr：≥3.85kOe；
[0031]剩磁比Mr/Ms：≥0.88；
[0032]矯頑力Hc：≥519Oe；
[0033]線寬ΔH：≤573Oe。
[0034]本發(fā)明的原理如下：
[0035]本發(fā)明提供的一種高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料，在W型六角鐵氧體中加入M型六角鐵氧體，通過二次球磨改善兩種鐵氧體分布，經(jīng)燒結(jié)后形成 W型和M型復(fù)合六角鐵氧體；在W型和M型六角鐵氧體之間的交換耦合作用下，磁矩易于向易軸平行排列，各向異性增強(qiáng)，有利于提高六角鐵氧體的剩磁比 Mr/Ms和矯頑力Hc；同時(shí)，采用SiO2細(xì)化顆粒，調(diào)控晶粒/晶界特性，采用低熔點(diǎn)的H3BO3和Bi2O3，形成致密化片狀晶粒，提高密度。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0037]本發(fā)明提供的一種高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料及其制備方法，采用陶瓷法合成具有交換耦合作用的W型和M型復(fù)合六角鐵氧體，提高復(fù)合六角鐵氧體的剩磁比和矯頑力，有利于實(shí)現(xiàn)微波器件的準(zhǔn)平面特性；對(duì)添加劑配比及工藝優(yōu)化，得到了兼具低鐵磁共振線寬特征的W型和M型復(fù)合六角鐵氧體，有利于降低準(zhǔn)平面化器件的插入損耗，實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。因此，本發(fā)明W型和M型復(fù)合六角鐵氧體材料兼具高而可調(diào)的磁晶各向異性場(chǎng)、高的剩磁比、高的矯頑力以及較低的鐵磁共振線寬特性。
附圖說明
[0038]圖1為實(shí)施例4得到的復(fù)合六角鐵氧體材料的磁滯回線；
[0039]圖2為實(shí)施例4得到的復(fù)合六角鐵氧體材料的鐵磁共振。
具體實(shí)施方式
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0041]實(shí)施例
[0042]一種高剩磁比、低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料的制備方法，具體包括以下步驟：
[0043]步驟1、配料：
[0044]W型六角鐵氧體以BaCO3、ZnO、CoO、Fe2O3作為原料，按照“5.26mol％BaCO3、10.00mol％ZnO、0.53mol％CoO、84.21mol％Fe2O3”的比例稱料，混料，配制得到W型六角鐵氧體初始粉體；
[0045]步驟2、一次球磨：
[0046]將步驟1得到的W型六角鐵氧體初始粉體在球磨機(jī)內(nèi)混合均勻，球磨時(shí)間 12h；
[0047]步驟3、預(yù)燒：
[0048]將步驟2得到的球磨料烘干，在1195℃溫度下進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒時(shí)間為10h，得到W型六角鐵氧體預(yù)燒粉體；
[0049]步驟4、摻雜：
[0050]在步驟3得到的W型六角鐵氧體預(yù)燒粉體中加入M型BaFe12O19六角鐵氧體，M型BaFe12O19六角鐵氧體占W型六角鐵氧體主配方重量百分比為： 5～30.00wt％BaFe12O19，加入的質(zhì)量見下表；然后加入添加劑，添加劑占W型六角鐵氧體重量百分比為：4wt％Bi2O3、4wt％H3BO3、0.6wt％SiO2；
[0051]實(shí)施例1～6添加M型BaFe12O19六角鐵氧體的質(zhì)量見下表；
[0052]實(shí)施例123456wt％51015202530
[0053]步驟5、二次球磨：
[0054]將步驟4得到的W型和M型六角鐵氧體混合粉料在球磨機(jī)中球磨18h，粉料粒度控制在0.6～0.9μm之間；
[0055]步驟6、脫水：
[0056]將步驟5得到的球磨漿料脫水，脫水后料漿含水量控制在15～35wt％之間；
[0057]步驟7、成型：
[0058]將步驟6得到的脫水漿料在磁場(chǎng)成型機(jī)下壓制成型，成型磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2～1.4T，成型壓力為80～120MPa；
[0059]步驟8、燒結(jié)：
[0060]將步驟7壓制得到的坯件置于燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為980℃，時(shí)間為30 min，燒結(jié)完成后，自然冷卻至室溫，即可得到所述高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料。
[0061]對(duì)實(shí)施例步驟8得到的復(fù)合六角鐵氧體材料進(jìn)行磁性能測(cè)試：材料的飽和磁化強(qiáng)度4πMs、剩余磁化強(qiáng)度4πMr、剩磁比Mr/Ms、矯頑力Hc采用美國(guó)LakeShore 8604型VSM測(cè)試，鐵磁共振線寬(ΔH)采用美國(guó)Agilent N5227A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試。
[0062]實(shí)施例制備得到的復(fù)合六角鐵氧體材料，其性能指標(biāo)如下：
[0063]實(shí)施例1～6測(cè)試結(jié)果如下：
[0064]
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聲明：
“高剩磁比低損耗復(fù)合六角鐵氧體材料及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色網(wǎng)
來源：電子科技大學(xué)
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2025年03月28日 ~ 30日 
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