[發明專利]高介電中等飽和磁化強度石榴石鐵氧體材料及制備方法

在審

• 申請號: 202310388195.0
• 申請日: 2023-04-12
• 公開（公告）號: CN116409988A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 蔣曉娜;黃鑫;李凌峰;孫科;張方遠;張曉峰;王朝明;余忠;蘭中文
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;東陽富仕特磁業有限公司
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622;H01P1/36;H01P1/38
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 劉勛

高介電中等飽和磁化強度石榴石鐵氧體材料及制備方法，涉及材料技術。本發明的石榴石鐵氧體材料化學式為Bisubgt;a/subgt;Casubgt;b/subgt;Ysubgt;c/subgt;Zrsubgt;d/subgt;Vsubgt;e/subgt;Fesubgt;5?d?e?δ/subgt;Osubgt;12/subgt;，其中，0≤a≤1.2，0≤b≤1.46，0.34≤c≤1.8，0≤d≤0.45，0≤e≤0.505，0≤δ≤0.3，δ為缺鐵量。本發明的石榴石鐵氧體材料的介電常數為23～25，且同時具有中等的飽和磁化強度、鐵磁共振線寬可低至30Oe、介電損耗低至2.0×10supgt;?4/supgt;、居里溫度高達205℃，未使用除釔以外的其他稀土元素。該材料不僅可以有效降低微波鐵氧體器件的尺寸，還可以降低器件的插入損耗，增加器件帶寬，且成本低。

技術領域

本發明涉及材料技術，特別涉及一種無鑭系元素的高介電常數、中等飽和磁化強度石榴石鐵氧體材料及其制備方法，特別是應用于雷達、5G通信系統中鐵氧體器件，屬于微波鐵氧體材料領域。

背景技術

隨著近年來微波技術的迅猛發展，系統對于元器件小型輕量化和高性能提出了更高要求。作為5G、雷達等通訊系統重要部件的微波鐵氧體環行器，其發展方向已轉向小型輕量化、低損耗和大帶寬，并且這種要求越來越高，甚至達到苛刻的程度，因此，發展該類型環行器/隔離器已迫在眉睫。與其它種類的鐵氧體相比，多晶石榴石鐵氧體具有低損耗的顯著優勢，其鐵磁共振線寬可小于30Oe，已成為X波段以下鐵氧體環行器的首選材料。根據鐵氧體器件設計理論，鐵氧體材料的介電常數越大，越有利于鐵氧體器件實現小型輕量化。另外，將鐵氧體材料嵌入電介質材料中制成環行器基板，不僅能夠有效降低環行器的插入損耗，而且能夠拓寬環行器的帶寬。但常規石榴石鐵氧體材料的微波介電常數約14左右，已不能滿足人們對環行器鐵氧體材料的新要求。因此，開發出高介電常數、低損耗的石榴石鐵氧體材料已成為實現微波鐵氧體器件小型輕量化和大帶寬的關鍵途徑。

目前針對高介電低損耗YIG的研究，主要集中于對Y³⁺和Fe³⁺的取代。中國專利公開號為CN109563640A的《溫度不敏感介電常數石榴石》專利，采用氧化物陶瓷工藝制備的Bi_1.4Ca_a+2bZr_aV_bFe_5.03-a-bO_11.97鐵氧體。當a＝0.4，b＝0.6時，4πM_s＝1046Gs，ΔH＝48Oe，ε′＝25.94，tanδ_ε＝8.4×10^-4，T_c＝196.16℃。但該材料的介電損耗相對偏大，居里溫度相對較低，不利于提高環行器帶寬。當a＝0.6，b＝0.5時，4πM_s＝1120Gs，ΔH＝31Oe，ε′＝27.52，tanδ_ε＝5.7×10^-4，T_c＝145.5℃。該材料鐵磁共振線寬和介電損耗低，但居里溫度相對較低，器件的工作溫度范圍相對較窄。