[发明专利]一种低温烧结低损耗LiZn铁氧体材料及制备方法

说明书

一种低温烧结低损耗LiZn铁氧体材料，属于电子陶瓷技术领域。所述LiZn铁氧体材料在Ti离子取代的基础上，引入二元金属离子部分置换Ti⁴⁺离子，其结构式为Li_0.43+xZn_0.27Ti_{0.13‑x‑2y}Bi_x+yV_yFe_2.17O₄，其中，0≤x≤0.01，0≤y≤0.01，且x+y＞0。本发明得到的LiZn铁氧体在获得较低的铁磁共振线宽、微波介电损耗、矫顽力的同时还保证其具有高的饱和磁化强度和剩磁比。

技术领域

本发明属于电子陶瓷技术领域，具体涉及一种低损耗片式微波旋磁器件用LiZn铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

随着微波、毫米波技术的提升，相控阵雷达系统得到大幅度进步，如小型化、集成化、高频化等。相较于MEMS和半导体微波器件，微波铁氧体器件因其低的微波损耗而被广泛应用于雷达系统。由于具有高电阻率和优良旋磁性能，掺杂LiZn铁氧体成为X和Ka波段微波铁氧体器件(如移相器、环形器、隔离器等)制造的关键基板材料。利用LTCC(低温共烧陶瓷)技术制备表面封装叠层微波、毫米波器件并实现系统集成化是当前重要的发展方向。然而，为了获得高的致密度和小的铁磁共振线宽，LiZn铁氧体通常要求在1100℃附近的高温条件下烧结。因而，实现与LTCC技术兼容的低温烧结工艺(～900℃)并改善低烧LiZn铁氧体旋磁性能成为亟待解决的问题。

目前，针对LiZn系列旋磁铁氧体低温烧结方法的研究主要集中在低熔点助剂掺杂和烧结工艺改进两方面。申请号为201410242279.4，发明名称为“一种高性能LiZn铁氧体材料”的中国专利，公开了一种在900～980℃温度下烧结的LiZn铁氧体的制备方法，该发明采用60Mpa的冷压成型技术，辅以1.8wt％Bi₂O₃、1.7wt％Mn₃O₄、0.2wt％Nb₂O₅等助烧剂的通氧烧结，提供一种高饱和磁化强度(～4600Gs)、低铁磁共振线宽(～150Oe)的制备方法，然而，该工艺过程要求的冷压成型以及氧气氛烧结等工艺手段难以与现有的LTCC工艺技术兼容。申请号为CN201410252398.8，发明名称为“LTCC移相器用LiZnTi铁氧体材料及制备方法”的中国专利，公开了一种900～920℃烧结的Ti掺杂LiZn铁氧体的制备方法，该发明以LBSCA(Li₂O-B₂O₃-SiO₂-CaO-Al₂O₃)玻璃为助烧剂，提供了一种铁磁共振线宽138～200Oe，矫顽力153～197A/m，剩磁比0.81～0.83的Ti掺杂LiZn铁氧体的制备方法。为了获得高的致密度，低熔点玻璃掺杂LiZn铁氧体制备中常见较大晶粒尺寸(>10μm)，玻璃合成过程中复杂的结构以及异常晶粒生长现象的出现容易导致材料微结构均匀性、致密性以及旋磁综合性能变差，如铁磁共振线宽偏大、剩磁比偏低等。“F Xie,L Jia,Y Zhao,et al.Low-temperaturesintering and ferrimagnetic properties of LiZnTiMn ferrites with Bi₂O₃-CuOeutectic mixture[J].Journal of Alloys and Compounds,2017,695:3233-3238”文章引入0.21wt％Bi₂O₃和0.29wt％CuO低熔点氧化物，得到900℃烧结样品具有较低的铁磁共振线宽(～155Oe)，较高的剩磁比(～0.91)，然而，较高的矫顽力(～379A/m)增大了移相器的驱动电流。综合分析上述关于低温烧结LiZn旋磁铁氧体材料的文献报道发现，目前常用的低熔点玻璃或氧化物助烧技术，难以同时满足低损耗片式微波器件制作所迫切需求的低的铁磁共振线宽、矫顽力、微波介电损耗，以及高的饱和磁化强度、剩磁比等综合参数指标要求。