本發(fā)明涉及鐵氧體材料，尤其涉及一種有效降低bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體鐵磁共振線寬的燒結(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、為了減小環(huán)形器、隔離器等微波器件的尺寸，降低微波器件小型化的設(shè)計(jì)難度，微波鐵氧體的高介電常數(shù)這一性能成為微波鐵氧體材料一個(gè)重要研究方向。目前石榴石型高介電常數(shù)微波鐵氧體主要通過(guò)bi3+取代y3+來(lái)提升材料的介電常數(shù)，但實(shí)際研發(fā)及生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)：常規(guī)鐵氧體燒結(jié)溫度一般在1400℃以上，高介電常數(shù)鐵氧體由于低熔點(diǎn)氧化物bi2o3（~830℃）的加入使其燒結(jié)溫度大幅下降，影響晶粒生長(zhǎng)，出現(xiàn)bi3+分布不均勻，晶粒尺寸較小且不均一，密度下降等問(wèn)題，引起材料的磁不均勻性增加、增加固相反應(yīng)不完全致寬以及各向異性致寬對(duì)鐵磁共振線寬δh的貢獻(xiàn)，造成高介電常數(shù)鐵氧體的鐵磁共振線寬δh升高，進(jìn)而使微波器件的磁損耗增加，影響高介電鐵氧體的應(yīng)用和器件的小型化發(fā)展。此外，鐵氧體基片生產(chǎn)中常使用較大尺寸、較厚的生坯進(jìn)行燒結(jié)，這就使得高介電常數(shù)鐵氧體的燒結(jié)質(zhì)量進(jìn)一步下降。

2、為了解決上述問(wèn)題，目前一般采用長(zhǎng)時(shí)間保溫來(lái)提升鐵氧體的燒結(jié)質(zhì)量，盡可能延長(zhǎng)晶粒生長(zhǎng)時(shí)間，減少氣孔，提高密度，改善鐵磁共振線寬，但其效果仍舊難以應(yīng)對(duì)較大批量高介電鐵氧體生產(chǎn)，并且在長(zhǎng)時(shí)間一個(gè)溫度下的保溫易引起鐵氧體異常生長(zhǎng)，出現(xiàn)沙狀內(nèi)部形態(tài)，報(bào)廢鐵氧體。

3、深圳順絡(luò)電子股份有限公司聶敏等人在《燒結(jié)溫度對(duì)高bi石榴石鐵氧體材料性能的影響》報(bào)道的1030～1090℃燒結(jié)5h制備高介電鐵氧體具有1～2μm的晶粒尺寸、23.4的介電常數(shù)，最低鐵磁共振線寬δh達(dá)46?oe，該晶粒尺寸相比于常規(guī)鐵氧體的10μm以上的晶粒，生長(zhǎng)狀況較差，并且線寬稍高；

4、西南應(yīng)用磁學(xué)研究所周永川等人在《bi3+取代對(duì)多晶石榴石鐵氧體材料性能的影響》一文中報(bào)道了高bi3+取代設(shè)計(jì)的高介電常數(shù)鐵氧體，通過(guò)880～1000℃燒結(jié)6h的鐵氧體最低鐵磁共振線寬δh達(dá)50?oe，且晶粒尺寸在1μm左右。同樣的，該研究結(jié)果表明其配方和工藝配合下的鐵氧體晶粒生長(zhǎng)狀況較差，進(jìn)而線寬參數(shù)稍大；

5、電子科技大學(xué)張懷武等人在《?multi-step?sintering?processing?of?ferriteshaving?enhanced?magnetic?properties》一文中報(bào)道了多段燒結(jié)方法對(duì)于低溫?zé)Y(jié)鐵氧體的性能的影響，其采用的多段燒結(jié)為固定總燒結(jié)時(shí)間，每段燒結(jié)時(shí)間隨著段數(shù)增加而減少，對(duì)于y2.1bi0.9fe5o12的微波鐵氧體在950℃燒結(jié)溫度下總保溫時(shí)間4?h，由于其過(guò)短的保溫時(shí)間，得到的鐵氧體晶粒尺寸僅有1.48～1.55μm，且最低鐵磁共振線寬δh高達(dá)230?oe，這種配方以及制備工藝所得的鐵氧體具備更加難以應(yīng)用的性能參數(shù)。

6、因此開發(fā)能夠有效提升燒結(jié)質(zhì)量，降低鐵磁共振線寬的燒結(jié)技術(shù)，對(duì)高介電常數(shù)系列微波鐵氧體的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于提供一種有效降低bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體鐵磁共振線寬的燒結(jié)方法，以解決上述問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：

3、一種有效降低bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體鐵磁共振線寬的燒結(jié)方法，所述燒結(jié)方法為升溫-多段高溫低溫交替-降溫。

4、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體的組成為：y3-x-a?bixcaambfe5-b-δo12，所述m選自sn、in、zr、ti、v、al、ge中的一種，0.8≤x≤1.6，0.1≤b≤0.7，δ為缺鐵量，0.01≤δ≤0.1，a根據(jù)取代元素進(jìn)行化合價(jià)平衡。

5、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)爐采用程控式鐘罩爐，采用空氣或含氧氣氛進(jìn)行。

6、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，升溫至100℃用時(shí)50～100min，升溫至200℃用時(shí)120～200min，升溫至400℃用時(shí)150～400min，按照≤2.5℃/min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度以下100℃～200℃附近，最后用時(shí)150min～300min升溫至最高燒結(jié)溫度或該溫度以下15℃內(nèi)的溫度

7、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述多段高溫低溫交替路線為至少經(jīng)歷兩個(gè)高溫保溫段過(guò)程，比如：高溫保溫段-降溫段-低溫保溫段-升溫段-高溫保溫段。

8、作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，每個(gè)所述高溫保溫段的保溫時(shí)間不少于5h、保溫溫度為低于最高溫度15℃以內(nèi)（所述“最高溫度”，是指材料燒結(jié)過(guò)程燒結(jié)最高溫度，也是材料配方本身的燒結(jié)溫度，高溫保溫溫度小于該最高溫度0～15℃），每個(gè)所述低溫保溫段的保溫時(shí)間不少于2h，所述降溫段為將至燒結(jié)溫度以下200～300℃，所述向降溫段的降溫速率為1℃/min～2.5℃/min，所述低溫保溫段后向高溫保溫段升溫的速率為≤2.5℃/min。

9、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述降溫路線為自然降溫或1℃/min～2.5℃/min速率降溫。依據(jù)產(chǎn)品尺寸大小而定，降溫速率隨尺寸增加而降低。

10、通過(guò)本發(fā)明的燒結(jié)工藝，提升晶粒尺寸同時(shí)防止過(guò)燒，達(dá)到提高鐵氧體的燒結(jié)質(zhì)量，降低鐵磁共振線寬目的。

11、本發(fā)明的燒結(jié)方法，主要針對(duì)bi3+取代的石榴石型微波鐵氧體；適用于常規(guī)的固相法工藝制備的鐵氧體生坯的燒結(jié)，對(duì)空氣與氧氣氣氛均適用；適用bi3+取代的高介電鐵氧體高溫?zé)Y(jié)與低溫?zé)Y(jié)兩種溫度范圍；采用本發(fā)明燒結(jié)方法低溫（≤920℃）制備的鐵氧體鐵磁共振線寬δh能夠降低50?oe以上，高溫（950℃～1100℃）制備的鐵氧體鐵磁共振線寬δh能夠降低20?oe以上。

12、本發(fā)明依托常規(guī)微波鐵氧體生產(chǎn)用的燒結(jié)鐘罩爐，針對(duì)bi取代的石榴石型高介電常數(shù)微波鐵氧體易出現(xiàn)鐵磁共振線寬δh惡化、燒成晶粒較小或異常生長(zhǎng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種適用于該類型鐵氧體的燒結(jié)方法，能夠有效降低該鐵氧體δh，在防止晶粒異常長(zhǎng)大時(shí)又能略微提升晶粒尺寸，且在低bi取代量的鐵氧體具有較高的燒結(jié)溫度，以及高bi取代量鐵氧體具有低燒結(jié)溫度兩種情況下，均效果顯著。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明通過(guò)燒結(jié)工藝的改進(jìn)，改善了石榴石型高介電常數(shù)鐵氧體的鐵磁共振線寬δh，提升晶粒尺寸，并且避免了長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)下的晶粒異常長(zhǎng)大，降低了bi取代的高介電常數(shù)微波鐵氧體的燒結(jié)難度，提升了鐵氧體的燒結(jié)質(zhì)量，有助于石榴石高介電常數(shù)鐵氧體的批量生產(chǎn)可靠性和穩(wěn)定性提升，推動(dòng)高介電常數(shù)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)工藝發(fā)展，助力我國(guó)微波鐵氧體器件小型化發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種有效降低bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體鐵磁共振線寬的燒結(jié)方法，其特征在于，所述燒結(jié)方法為升溫-多段高溫低溫交替-降溫。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體的組成為：y3-x-a?bixcaambfe5-b-δo12，所述m選自sn、in、zr、ti、v、al、ge中的一種，0.8≤x≤1.6，0.1≤b≤0.7，δ為缺鐵量，0.01≤δ≤0.1，a根據(jù)取代元素進(jìn)行化合價(jià)平衡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)爐采用程控式鐘罩爐，采用空氣或含氧氣氛進(jìn)行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述升溫程序?yàn)椋荷郎刂?00℃用時(shí)50～100min，升溫至200℃用時(shí)120～200min，升溫至400℃用時(shí)150～400min，按照≤2.5℃/min的升溫速率升溫至燒結(jié)溫度以下100℃～200℃附近，最后用時(shí)150min～300min升溫至最高燒結(jié)溫度或該溫度以下15℃內(nèi)的溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多段高溫低溫交替路線為至少經(jīng)歷兩個(gè)高溫保溫過(guò)程。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述多段高溫低溫交替路線為：高溫保溫段-降溫段-低溫保溫段-升溫段-高溫保溫段。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，每個(gè)所述高溫保溫段的保溫時(shí)間不少于5h、保溫溫度為低于最高溫度15℃以內(nèi)，每個(gè)所述低溫保溫段的保溫時(shí)間不少于2h，所述降溫段為降至燒結(jié)高溫段溫度以下200～300℃，所述向降溫段的降溫速率為1℃/min～2.5℃/min，所述低溫保溫段后向高溫保溫段升溫的速率為≤2.5℃/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述降溫路線為自然降溫或1℃/min～2.5℃/min速率降溫。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種有效降低Bi取代的高介電常數(shù)石榴石鐵氧體鐵磁共振線寬的燒結(jié)方法，屬于鐵氧體材料技術(shù)領(lǐng)域，所述燒結(jié)方法為升溫?多段高低溫交替?降溫的燒結(jié)路線，本發(fā)明通過(guò)燒結(jié)工藝的改進(jìn)，改善了石榴石型高介電常數(shù)鐵氧體的鐵磁共振線寬ΔH，提升晶粒尺寸，并且避免了長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)下的晶粒異常長(zhǎng)大，降低了Bi取代的高介電常數(shù)微波鐵氧體的燒結(jié)難度，提升了鐵氧體的燒結(jié)質(zhì)量，有助于石榴石高介電常數(shù)鐵氧體的批量生產(chǎn)可靠性和穩(wěn)定性提升，推動(dòng)高介電常數(shù)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)工藝發(fā)展，助力我國(guó)微波鐵氧體器件小型化發(fā)展。

技術(shù)研發(fā)人員：謝斌,楊菲,廖楊,任仕晶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南應(yīng)用磁學(xué)研究所（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第九研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9