本發(fā)明屬于微波與毫米波磁性材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近十幾年，磁性陶瓷材料廣泛的應(yīng)用在微波旋磁器件產(chǎn)品當(dāng)中，例如環(huán)行器，隔離器，移相器。為了實(shí)現(xiàn)微波旋磁應(yīng)用，必須要施加直流偏置磁場(chǎng)，導(dǎo)致器件的體積增加、可靠性降低，對(duì)于頻率更高的毫米波頻器件來(lái)說(shuō)如果采用傳統(tǒng)的旋磁材料則需要施加極強(qiáng)的偏置磁場(chǎng)，使器件的體積進(jìn)一步增加。這與器件小型平面化的發(fā)展趨勢(shì)相矛盾。自偏置環(huán)行器和隔離器是解決這種問題的途徑之一。普通的尖晶石和石榴石型鐵氧體已經(jīng)不能滿足要求，而六角晶系的鋇鐵氧體，具有較高的飽和磁化強(qiáng)度，剩磁和磁晶各向異性場(chǎng)，更適用于環(huán)行器與隔離器當(dāng)中?，F(xiàn)有的鐵氧體技術(shù)中，W型鐵氧體的研制還處于發(fā)展階段。存在以下問題：1.如今國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的制作W型鋇鐵氧體技術(shù)中，以溶膠凝膠法為主，輔以化學(xué)共沉淀法。這些方法所得樣品有顆粒均勻致密等特點(diǎn)，但始終難以在工業(yè)上批量生產(chǎn)。2.純Zn摻雜或者少量ZnCo調(diào)節(jié)的鋇鐵氧體可以運(yùn)用在低頻段的微波產(chǎn)品當(dāng)中，但是飽和磁化強(qiáng)度和剩磁還處于略低狀態(tài)。且存在自身?yè)p耗過大的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是在于解決上述鐵氧體技術(shù)的不足，用改良的傳統(tǒng)的氧化物法研制一種CoZn互調(diào)的六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠更便于工業(yè)批量生產(chǎn)與普及，且達(dá)到好的飽和磁化強(qiáng)度與剩磁，擁有更低的磁損耗。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學(xué)式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學(xué)純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據(jù)Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：(2-3)：(1-5)：(1-10)的質(zhì)量比放入研磨裝置中進(jìn)行第一次研磨，時(shí)間為4-24小時(shí)，轉(zhuǎn)速為200-500轉(zhuǎn)/分鐘；(3)預(yù)燒：將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過40-200目的細(xì)篩后，按1-4℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內(nèi)以1100℃-1200℃的溫度保溫1-4小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：(2-3)：(1-5)：(1-10)的質(zhì)量比進(jìn)行第二次研磨4-24小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)將研磨后的混合物在100-120℃下烘干，加入膠水，在研缽內(nèi)研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，并將小顆粒壓成樣環(huán)或樣片供測(cè)量用；(6)將成型后的環(huán)和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內(nèi)以1100-1150℃保溫3-6小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測(cè)試其性能。作為優(yōu)選方式，所述步驟(5)中，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內(nèi)徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環(huán)，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測(cè)量用。作為優(yōu)選方式，步驟(2)和步驟(4)中煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水的質(zhì)量比為1：3：5：2。作為優(yōu)選方式，兩次研磨的研磨時(shí)間為12h。作為優(yōu)選方式，兩次研磨的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min。作為優(yōu)選方式，步驟(3)中將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過100目的細(xì)篩。作為優(yōu)選方式，所述步驟(3)中在空氣爐內(nèi)以1200℃的溫度保溫2小時(shí)密閉煅燒。作為優(yōu)選方式，步驟(6)將成型后的環(huán)和片在空氣爐內(nèi)以1115℃保溫4小時(shí)密閉煅燒。作為優(yōu)選方式，步驟(6)將成型后的環(huán)和片在空氣爐內(nèi)以1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒。本發(fā)明采用改良過的傳統(tǒng)氧化物法制作六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，方法穩(wěn)定機(jī)械，較溶膠凝膠法更適用于大型的工業(yè)生產(chǎn)與推廣，有益效果如下：1.一磨和二磨時(shí)增加了球水配比，在200轉(zhuǎn)/分鐘的基礎(chǔ)上逐步加到500轉(zhuǎn)/分鐘，使原料能夠更好的混合與反應(yīng)。2.預(yù)燒前的過100目篩增加了篩的目數(shù)，燒結(jié)前控制造粒的大小在80目與100目之間，使得樣品在預(yù)燒與燒結(jié)這一個(gè)步驟中能夠更均勻的受熱，成品更加致密。3.提高預(yù)燒溫度，高達(dá)1200℃保溫2小時(shí)，促使晶?？焖匍L(zhǎng)大成型，得到平均2μm的最終顆粒大小，結(jié)合1100-1150℃的燒結(jié)溫度，得到穩(wěn)定的樣品旋磁特征。在其他工藝參數(shù)保持不變，某一工藝參數(shù)變化制備出來(lái)的材料性能結(jié)果比較如下表所示：從上表可看出，比較優(yōu)良并且切合實(shí)際的參數(shù)是煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水的質(zhì)量比為1：3：5：2，研磨時(shí)間為12h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min，預(yù)燒后過100目的篩，預(yù)燒溫度為1200℃保溫2h。附圖說(shuō)明圖1是材料化學(xué)式x＝0.25、步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1115℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖2是材料化學(xué)式x＝0.3、步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1115℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖3是材料化學(xué)式x＝0.4、步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1115℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖4是材料化學(xué)式x＝0.25、步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖5是材料化學(xué)式x＝0.3、步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖6是材料化學(xué)式x＝0.4、步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖7是材料化學(xué)式x＝0.25、0.3、0.4，步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1115℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后各摻雜樣品的磁滯回線。圖8是材料化學(xué)式x＝0.25、0.3、0.4，步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后各摻雜樣品的磁滯回線。具體實(shí)施方式以下通過特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。實(shí)施例1一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學(xué)式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學(xué)純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據(jù)Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：2：1：1的質(zhì)量比放入研磨裝置中進(jìn)行第一次研磨，時(shí)間為4小時(shí)，轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘；(3)預(yù)燒：將上述研磨后的混合物在100℃下烘干并過40目的細(xì)篩后，按1℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內(nèi)以1100℃的溫度保溫1小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：2：1：1的質(zhì)量比進(jìn)行第二次研磨4小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘；(5)將研磨后的混合物在100℃下烘干，加入膠水，在研缽內(nèi)研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內(nèi)徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環(huán)，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測(cè)量用。(6)將成型后的環(huán)和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內(nèi)以1100℃保溫3小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測(cè)試其性能。實(shí)施例2一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學(xué)式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學(xué)純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據(jù)Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：3：5：10的質(zhì)量比放入研磨裝置中進(jìn)行第一次研磨，時(shí)間為24小時(shí)，轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘；(3)預(yù)燒：將上述研磨后的混合物在120℃下烘干并過200目的細(xì)篩后，按4℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內(nèi)以1200℃的溫度保溫4小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：3：5：10的質(zhì)量比進(jìn)行第二次研磨24小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘；(5)將研磨后的混合物在120℃下烘干，加入膠水，在研缽內(nèi)研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內(nèi)徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環(huán)，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測(cè)量用。(6)將成型后的環(huán)和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內(nèi)以1150℃保溫3-6小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測(cè)試其性能。實(shí)施例3一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學(xué)式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學(xué)純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據(jù)Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：2.5：3：5的質(zhì)量比放入研磨裝置中進(jìn)行第一次研磨，時(shí)間為14小時(shí)，轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/分鐘；(3)預(yù)燒：將上述研磨后的混合物在110℃下烘干并過80目的細(xì)篩后，按2℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內(nèi)以1150℃的溫度保溫2小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：2.5：3：5的質(zhì)量比進(jìn)行第二次研磨14小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/分鐘；(5)將研磨后的混合物在110℃下烘干，加入膠水，在研缽內(nèi)研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內(nèi)徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環(huán)，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測(cè)量用。(6)將成型后的環(huán)和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內(nèi)以1120℃保溫4小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測(cè)試其性能。實(shí)施例4一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學(xué)式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學(xué)純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據(jù)Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：3：5：2的質(zhì)量比放入研磨裝置中進(jìn)行第一次研磨，時(shí)間為12小時(shí)，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘；(3)預(yù)燒：將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過100目的細(xì)篩后，按1-4℃/min的升溫速率升溫至1200℃，在空氣爐內(nèi)以1200℃的溫度保溫2小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：3：5：2的質(zhì)量比進(jìn)行第二次研磨12小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘；(5)將研磨后的混合物在110℃下烘干，加入膠水，在研缽內(nèi)研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內(nèi)徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環(huán)，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測(cè)量用。(6)將成型后的環(huán)和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內(nèi)以1115℃保溫4小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測(cè)試其性能。實(shí)施例5一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學(xué)式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學(xué)純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據(jù)Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進(jìn)行計(jì)算并準(zhǔn)確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：3：5：2的質(zhì)量比放入研磨裝置中進(jìn)行第一次研磨，時(shí)間為12小時(shí)，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘；(3)預(yù)燒：將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過100目的細(xì)篩后，按1-4℃/min的升溫速率升溫至1200℃，在空氣爐內(nèi)以1200℃的溫度保溫2小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機(jī)的小球：球磨機(jī)的大球：水為1：3：5：2的質(zhì)量比進(jìn)行第二次研磨12小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘；(5)將研磨后的混合物在100-120℃下烘干，加入膠水，在研缽內(nèi)研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內(nèi)徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環(huán)，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測(cè)量用。(6)將成型后的環(huán)和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內(nèi)以1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測(cè)試其性能。性能分析圖1-6是x＝0.25，0.30，0.40在1115℃與1135℃燒結(jié)4h后樣品的SEM圖像，從圖中可看出，1115℃與1135℃的燒結(jié)都呈現(xiàn)出了六角晶體狀態(tài)，晶粒明顯增大，且氣孔減少，這進(jìn)一步的驗(yàn)證了工藝中細(xì)化顆粒的大小能夠有效提高材料的致密度和均勻性。1115℃燒結(jié)的晶體更平整，晶粒更大。但是，摻雜的多少對(duì)晶粒表面結(jié)構(gòu)的影響不大。圖7-8是材料化學(xué)式x＝0.25、0.3、0.4，步驟(6)中將樣品在空氣爐內(nèi)以1115℃、1135℃保溫4小時(shí)密閉煅燒后各摻雜樣品的磁滯回線。下表是不同的摻雜濃度在1115℃燒結(jié)的磁性能分析：Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27Hc(Oe)4πMsMr/MsX＝0.251692.9200273523.48109748.87％X＝0.301398.8070813395.03491344.42％X＝0.401096.472913983.65898641.07％下表是不同的摻雜濃度在1135℃燒結(jié)的磁性能分析：Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27Hc(Oe)4πMsMr/MsX＝0.251495.0008143388.24266246.08％X＝0.301273.291532789.30453544.87％X＝0.40965.23204013911.59034238.03％由上面的圖表可知，當(dāng)x＝0.4時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到了最高值，4πMs在1115℃與1135℃燒結(jié)下超過了3000G，但其剩磁并不高。整體趨向于軟磁特性。對(duì)于x＝0.3的樣品來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在1115℃還是1135℃，都有著較高的飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度，用此來(lái)做為硬磁或者旋磁器件的材料，是最好的選擇。矩形比相對(duì)也比較高。對(duì)于x＝0.25的樣品，飽和磁化強(qiáng)度在1115℃時(shí)燒結(jié)要比1135℃時(shí)燒結(jié)要高出近乎四分之一。以此證明，燒結(jié)溫度的改變，在一定程度上是可以影響飽和磁化強(qiáng)度的。而在1115℃燒結(jié)時(shí)，4πMs高達(dá)3523.48G，剩磁達(dá)1692.92Oe,矩形比接近百分之五十。綜上所述，x＝0.25在1115℃燒結(jié)得到高飽和磁化強(qiáng)度，高剩磁，高矩形比，且磁損耗低，更好的運(yùn)用在微波器件當(dāng)中。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3