一种高性能高致密化移相器用锂铁氧体材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高性能高致密化移相器用锂铁氧体材料该材料及其制备方法，属于电子材料技术领域，该锂铁氧体材料由主成分和添加剂组成，主成分由Fe2O3、Li2CO3、TiO2、ZnO、MnCO3和Bi2O3组成，各组分的重量份数依次为65～75份、9～12份、8～14份、3～4份、1～6份和0.1～1份；添加剂为主成分的0.2～3wt％。所述的制备方法将各组分球磨粉碎、烘干后进行煅烧，将煅烧后的组分再次球磨粉碎，粉碎后用喷雾造粒机造粒；将得到的在干粉压机下压制成型，再放入等静压机中压制成坯件；最后将坯件放入炉中进行烧结。采用本发明方法制备得到的移相器用锂铁氧体材料具有低矫顽力、低介电损耗、高致密化等优异性能。

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种高性能高致密化移相器用锂铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

随着军用电子、雷达技术的需求，微波技术的不断发展，对微波铁氧体器件的综合性能提出了很高的要求，随之旋磁铁氧体材料的研究也在不断的深入。铁氧体移相器是无源相控阵天线单元中的关键器件，相控阵技术的成熟和需求，不仅要求移相器在室温下性能满足技术要求，而且还要在很宽的高低温范围内所有性能都要满足要求，对高性能移相器铁氧体材料的需求日益增加。

锂铁氧体具有饱和磁化强度可调范围宽、居里温度高、微弱的应力敏感性和低廉的成本等特点，是制造微波锁式移相器及其它微波器件的优良材料。移相器作为相控阵天线的关键组件之一，对驱动器和插入损耗的要求较高，进而需要应用于其中的锂铁氧体具有低矫顽力和低损耗，以及优异的温度稳定性。

目前锂铁氧体材料的性能仍然存在着高矫顽力、低密度、高吸湿性等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题提供一种具有低矫顽力、低介电损耗、低铁磁共振线宽、高致密化等优异性能的移相器用锂铁氧体材料。

本发明还有一个目的是提供上述高性能高致密化移相器锂铁氧体材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高性能高致密化移相器用锂铁氧体材料，该锂铁氧体材料由主成分和添加剂组成，主成分由Fe₂O₃、Li₂CO₃、TiO₂、ZnO、MnCO₃和Bi₂O₃组成，各组分的重量份数依次为65～75份、9～12份、8～14份、3～4份、1～6份和0.1～1份；添加剂为主成分的0.2～3wt％。主成分优选由重量份数为67～72份Fe₂O₃、9.5～11份Li₂CO₃、9～13份TiO₂、3.5～4份ZnO、3～5.5份MnCO₃和0.3～0.9份Bi₂O₃组成。

进一步优选，所述的铁氧体材料由67～67.5份Fe₂O₃、10～11份Li₂CO₃、12～12.5份TiO₂、3.5～4份ZnO、3.5～4份MnCO₃、0.5～1份Bi₂O₃、NiO以及V₂O₅组成，NiO为主成分的1.6～1.8wt％，V₂O₅为主成分的0.3～0.5wt％。

上述所述的高性能高致密化移相器用锂铁氧体材料的制备方法包括以下步骤：

1）将主成分、添加剂和分散剂混合后加入球磨机中球磨均匀后烘干，制得粉体a；

2）将粉体a进行煅烧，煅烧后和蒸馏水混合，再次球磨粉碎，制得粉体b；

3）将质量浓度为4%～12%的聚乙烯醇水溶液加入到粉体b中，造粒；

4）将造粒后得到的颗粒在干粉压机下压制成型，再放入等静压机中压制成坯件；

5）将坯件放入炉中进行烧结。

所述步骤1）中球磨机的转速为50～80r/min，球磨的时间为5～25h。

所述步骤1）中烘干的温度为90～110℃。

所述步骤2）中煅烧的方式为0～4h的时候升温速度为40～50℃/h，在5～11h的时候升温速度为90～95℃/h，保温3～5h；保温后自然冷却室温。

所述步骤2）中球磨机的转速为50～80r/min，球磨的时间为16～36h。

所述步骤5）中烧结的方式为0～12h的时候升温速度为32～38℃/h，13～36h的时候升温速度为20～27℃/h，保温4～7h；保温后按30～40℃/h的速度进行降温8h，之后自然冷却至室温。

步骤1）中所述的分散剂为无水乙醇、蒸馏水或无水乙醇与蒸馏水的混合溶液，其中，分散剂与（主成分+添加剂）质量比为0.7～1.1：1。

步骤1）中所述的烘干的时间为24h。

步骤3）中所述的聚乙烯醇水溶液是粉体b的8～10wt%。

步骤3）中所述的造粒，可以采用喷雾造粒机造粒或者采用过40目筛造粒。

步骤4）中干粉压机下压制成型的压力为50～60Mpa，压制成坯件的压力为150～200Mpa。

本发明的有益效果：

采用本发明方法制备得到的移相器用锂铁氧体材料具有低矫顽力、低介电损耗、高致密化等优异性能。

具体实施方式

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：

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Hc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。

实施例1

将6987g Fe₂O₃、1010g Li₂CO₃、378g ZnO、546g MnCO₃、1143g TiO₂、65g Bi₂O₃和87gNiO与11140ml无水乙醇混合后球磨粉碎，球磨的时间为6h，球磨机转速为70r/min；将球磨粉碎后的各组分混合均匀后放入90℃的烘箱中烘干24h；将烘干后的组分放入炉中进行煅烧，煅烧的方式为程序煅烧的方式，在第0～4h的时候升温速度为50℃/h，在第5～11h的时候升温速度为92℃/h，保温3h；保温后在炉内随空气自然冷却降至室温；将煅烧后的组分放入球磨机中加入蒸馏水球磨粉碎，球磨的时间为24h，球磨机转速为70r/min；将球磨后的组分加入质量浓度为5%，重量比为8%的聚乙烯醇水溶液，用喷雾造粒机喷雾造粒；将造粒后得到的颗粒在全自动干粉压机下50MPa压制成型，再放入等静压机中150MPa下压制成坯件；将坯件在烧结炉内烧结，烧结的方式为程序升温的方式，在第0～12h的时候升温速度为36℃/h，13～36h的时候升温速度为25℃/h保温5h；保温后按30℃/h的速度进行降温8h，之后在炉内随空气自然冷却降温至室温。

实施例2

将7056g Fe₂O₃、1020g Li₂CO₃、381g ZnO、551g MnCO₃、1156g TiO₂、65g Bi₂O₃和175gNiO分别放入球磨机中加入10400ml蒸馏水球磨粉碎，球磨的时间为16h，球磨机转速为50r/min；将球磨粉碎后的各组分混合均匀后放入110℃的烘箱中烘干24h；将烘干后的组分放入炉中进行煅烧，煅烧的方式为程序煅烧的方式，在第0～4h的时候升温速度为40℃/h，在第5～11h的时候升温速度为93℃/h，保温4h；保温后在炉内随空气自然冷却降至室温；将煅烧后的组分放入球磨机中加入蒸馏水球磨粉碎，球磨的时间为24h，球磨机转速为60r/min；将球磨后的组分烘干后加入质量浓度为8%，重量比为10%的聚乙烯醇水溶液，过40目筛；将造粒后得到的颗粒在全自动干粉压机下55MPa压制成型，再放入等静压机中160MPa下压制成坯件；将坯件在烧结炉内烧结，烧结的方式为程序升温的方式，在第0～12h的时候升温速度为36℃/h，13～36h的时候升温速度为25.5℃/h，保温4h；保温后按30℃/h的速度进行降温8h，之后在炉内随空气自然冷却降温至室温。

实施例3

将7200g Fe₂O₃、990g Li₂CO₃、378g ZnO、545g MnCO₃、929g TiO₂、32g Bi₂O₃和21gV₂O₅分别放入球磨机中加入10100ml蒸馏水球磨粉碎，球磨的时间为16h，球磨机转速为60r/min；将球磨粉碎后的各组分混合均匀后放入110℃的烘箱中烘干24h；将烘干后的组分放入炉中进行煅烧，煅烧的方式为程序煅烧的方式，在第0～4h的时候升温速度为40℃/h，在第5～11h的时候升温速度为94℃/h，保温5h；保温后在炉内随空气自然冷却降至室温；将煅烧后的组分放入球磨机中加入蒸馏水球磨粉碎，球磨的时间为24h，球磨机转速为70r/min；将球磨后的组分烘干后加入质量浓度为10%，重量比为10%的聚乙烯醇水溶液，过40目筛；将造粒后得到的颗粒在全自动干粉压机下50MPa压制成型，再放入等静压机中180MPa下压制成坯件；将坯件在烧结炉内烧结，烧结的方式为程序升温的方式，在第0～12h的时候升温速度为36℃/h，13～36h的时候升温速度为26℃/h，保温7h；保温后按35℃/h的速度进行降温8h，之后在炉内随空气自然冷却降温至室温。

实施例4

将6840g Fe₂O₃、1030g Li₂CO₃、372g ZnO、379g MnCO₃、1264g TiO₂、87g Bi₂O₃、42gV₂O₅和173g NiO分别放入球磨机中加入11200ml无水乙醇球磨粉碎，球磨的时间为22h，球磨机转速为70r/min；将球磨粉碎后的各组分混合均匀后放入90℃的烘箱中烘干24h；将烘干后的组分放入炉中进行煅烧，煅烧的方式为程序煅烧的方式，在第0～4h的时候升温速度为40℃/h，在第5～11h的时候升温速度为95℃/h，保温5h；保温后在炉内随空气自然冷却降至室温；将煅烧后的组分放入球磨机中加入蒸馏水球磨粉碎，球磨的时间为24h，球磨机转速为70r/min；将球磨后的组分加入质量浓度为11%，重量比为8%的聚乙烯醇水溶液，用喷雾造粒机喷雾造粒；将造粒后得到的颗粒在全自动干粉压机下60MPa压制成型，再放入等静压机中200MPa下压制成坯件；将坯件在烧结炉内烧结，烧结的方式为程序升温的方式，在第0～12h的时候升温速度为36℃/h，13～36h的时候升温速度为26℃/h，保温5h；保温后按35℃/h的速度进行降温8h，之后在炉内随空气自然冷却降温至室温。

检测结果：