技术领域
[0001] 本发明涉及一种高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料及其制备方法和应用，属于微波铁氧体材料技术领域。
相关背景技术
[0002] 面对当前5G基站的高速发展为微波铁氧体材料和器件所带来的新的发展机遇，各类微波磁性器件的集成化逐步成为主要研究内容之一。无论是军用还是民用电子设备，对材料的各种性能参数的要求都在不断提高，在当前微波技术迅速发展的大环境下，电子器件的设计必须符合尺寸越来越小、工作带宽范围越来越广、安全稳定性越来越高的要求，唯有铁氧体材料的特性符合要求方可设计出各方面特性优异的微波器件。为了减小微波磁性器件的尺寸，增加石榴石铁氧体材料的介电常数是一种行之有效的方法，并且通过减小其铁磁共振线宽和介电损耗，可从总体上减小电子器件损耗。
[0003] 现有微波铁氧体存在高共振线宽和介电常数低的问题，主要是配方和制备工艺不合适，导致材料性能不满足要求。
[0004] CN112745122A公开了一种高功率高介电常数石榴石的制备方法，其分子式：(YBiSmGdCa)3(ZrSnTiGeInVMnAlFe)5‑δO12，其中缺铁量δ为0≤δ≤0.50；通过工艺手段，促进
3+
固相反应程度，减少富Bi相的形成，并在配方上利用稀土离子Sm 取代，获得同时具有较低ΔH和较高ΔHk及高介电常数ε的高磁矩石榴石铁氧体。但其采用稀土元素合成，会导致价格贵，成本高。
[0005] CN116813321A公开了一种高性能高介电常数旋磁铁氧体材料及制备方法，属于微波铁氧体材料领域，其化学式组成为：Bia Ca3bY3‑a‑3bZrbVbMncFe5‑2bO12，铁氧体材料的介电常数为22‑28，饱和磁化强度范围1000G‑1600G，具有较低的电磁损耗，可以满足小型化铁氧体器件对材料高介电常数、低电磁损耗的需求。
[0006] 因此如何发明一种高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料在实际使用和生产中具有巨大意义和市场价值。
具体实施方式
[0031] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0032] 用排水法测量密度，饱和磁化强度Ms用磁天平测量，居里温度Tc用振动样品磁强计测量，饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br和矫顽力He用SMT‑600型磁滞回线测试仪测量，按GB/T9633‑1998《微波频率应用的旋磁铁氧体材料性能测试方法》测试材料的铁磁共振线宽、介电常数和介电损耗。
[0033] 本发明的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料，由主配方和添加剂搭配使用，所述主配方为Y2O3、Fe2O3和Bi2O3，添加剂为ZrO2、CaCO3和MnCO3，其成分按照质量百分数计：
[0034] Y2O3：13wt％‑18wt％，Fe2O3：50wt％‑55.5wt％，Bi2O3：27wt％‑35wt％，ZrO2：0.5wt％‑1.5wt％，CaCO3：0.5wt％‑2wt％和MnCO3：0.55wt％‑0.95wt％。
[0035] 通过将原料组分配料后经一次球磨，烘干后预烧；二次球磨烘干后，加入粘合剂造粒成型，然后再通过等静压工艺进一步提高生胚致密度，最后烧结制备。
[0036] 实施例1
[0037] 本实施例的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料的制备方法，以Y2O3、Fe2O3和Bi2O3，添加剂为ZrO2、CaCO3和MnCO3为初始原料，按照表1中组分配方设计，包括以下步骤：
[0038] S1.配料：以Bi2O3、Y2O3、CaCO3、ZrO2、MnCO3和Fe2O3为初始原料，进行配料；然后在球磨机中进行混料、一次球磨后第一次烘干；一次球磨的球料水比为6：1：1.2；第一次烘干的温度为180‑220℃，保温4h‑8h。
[0039] S2.将步骤S1所得烘干料一次破碎后压实打孔，升温至850℃‑870℃进行预烧，保温7h‑8h，随炉冷却到室温得到预烧料；所得预烧料进行二次破碎后，然后在球磨机中进行二次球磨，二次球磨的球磨时间为15h‑16h，球磨速率为240rpm‑260rpm；二次球磨至粉料平均粒度在1.2μm以下，再第二次烘干；球料水比为6：1：1；第二次烘干的温度为160‑200℃，保温6h‑8h。
[0040] S3.在步骤S2得到的二次球磨烘干料中加入占其重量7％的粘合剂溶液造粒，并在球磨机中研磨均匀成料浆；其中，粘合剂优选为浓度8％‑10％PVA胶水。得到的料浆进行喷雾造粒；150‑180℃下，湿混后的混合物放入雾化设备中，进行喷雾造粒；其喷雾造粒的颗粒材料的粒径为60‑200μm。
[0041] S4.将步骤S3所得喷雾颗粒料进行成型制备生坯，压力成型：温度升温至65‑80℃，保温10min后，在压力22‑26MPa下保压10min，以进一步提升生胚的致密度将得到的生胚，烧结时以1℃/分的升温速率升温至350℃保温2h排水，然后再以1‑2℃/分的升温速率升温至700℃，保温2h排胶，然后再以1.5℃/分的升温速率升温至1020‑1100℃保温10h。烧结总时间为16h‑20h。
[0042] 使用本实施例方法制备的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料，其性能测试结构见表2。
[0043] 实施例2
[0044] 本实施例的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料的制备方法，以Y2O3、Fe2O3和Bi2O3，添加剂为ZrO2、CaCO3和MnCO3为初始原料，按照表1中组分配方设计，包括以下步骤：
[0045] S1.配料：以Bi2O3、Y2O3、CaCO3、ZrO2、MnCO3和Fe2O3为初始原料，进行配料；然后在球磨机中进行混料、一次球磨后第一次烘干；一次球磨的球料水比为7：1：1；第一次烘干的温度为180℃‑220℃，保温4h‑8h。
[0046] S2.将步骤S1所得烘干料一次破碎后压实打孔，升温至900℃‑950℃进行预烧，保温5h‑7h，随炉冷却到室温得到预烧料；所得预烧料进行二次破碎后，然后在球磨机中进行二次球磨至粉料平均粒度在1.2μm以下，再第二次烘干；球料水比为5:1：1；第二次烘干的温度为180‑220℃，保温6h‑10h。
[0047] S3.在步骤S2得到的二次球磨烘干料中加入占其重量10％的粘合剂溶液造粒，并在球磨机中研磨均匀成料浆；其中，粘合剂优选为浓度8％‑10％PVA胶水。得到的料浆进行喷雾造粒；150℃‑180℃下，湿混后的混合物放入雾化设备中，进行喷雾造粒；其喷雾造粒的颗粒材料的粒径为60μm‑200μm。
[0048] S4.将步骤S3所得喷雾颗粒料进行成型制备生坯，压力成型：温度升温至65℃‑80℃，保温10min后，在压力22MPa‑26MPa下保压10min，以进一步提升生胚的致密度。将得到的生胚，烧结时以2℃/分的升温速率升温至300℃保温3h排水，然后再以2‑3℃/分的升温速率升温至700℃，保温2h排胶，然后再以1.5℃/分的升温速率升温至1050‑1100℃保温8‑10h。烧结总时间为22h‑25h。使用本实施例方法制备的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料，其性能测试结构见表2。
[0049] 实施例3
[0050] 本实施例的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料的制备方法，以Y2O3、Fe2O3和Bi2O3，添加剂为ZrO2、CaCO3和MnCO3为初始原料，按照表1中组分配方设计，其制备方法与实施1大体相同，其不同之处在于配方不同。
[0051] 使用本实施例方法制备的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料，其性能测试结构见表2。
[0052] 实施例4
[0053] 本实施例的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料的制备方法，以Y2O3、Fe2O3和Bi2O3，添加剂为ZrO2、CaCO3和MnCO3为初始原料，按照表1中组分配方设计，其制备方法与实施1大体相同，其不同之处主要在于配方不同。
[0054] 使用本实施例方法制备的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料，其性能测试结构见表2。
[0055] 对比例1‑对比例12
[0056] 对比例1‑对比例12按照表1中的成分进行配比，高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料按照表1中组分设计，其制备方法与实施3相同，使用本对比例方法制备的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材料，其性能测试结构见表2。
[0057] 表1
[0058]
[0059]
[0060] 表2
[0061]
[0062] 本发明的高介电常数低铁磁共振线宽的微波铁氧体材具有良好的综合性能：共振‑4线宽≤80Oe、介电常数27‑33，其介质损耗tanδε为小于2×10 。通过对比例性能检测结果，本发明的性能更符合使用要求，基于优化的添加剂含量，可用于5G通讯设备领域。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
