[发明专利]一种高介电常数高功率微波铁氧体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高介电常数高功率微波铁氧体材料，属于微波与磁性材料技术领域，其化学式为:Ysubgt;3‑x‑y‑a‑b‑c‑d‑e‑/subgt;subgt;f/subgt;Bisubgt;x/subgt;Lasubgt;y/subgt;Lusubgt;z/subgt;Gdsubgt;a/subgt;Ndsubgt;b/subgt;Smsubgt;c/subgt;Dysubgt;d/subgt;Casubgt;e+f/subgt;Snsubgt;e/subgt;Zrsubgt;f/subgt;Fesubgt;5‑δ‑e‑f/subgt;Osubgt;12/subgt;，其中0.8≤x≤1.6，0≤y+z≤0.2，0≤a≤0.7，0≤b+c≤0.06，0.005≤d≤0.05，0.25≤e+f≤0.55，δ为缺铁量，0.03≤δ≤0.1，本发明还公开了上述材料的制备方法；本发明高介电常数（文中均指相对介电常数ε­subgt;r/subgt;）高功率石榴石型微波铁氧体材料，兼具高介电常数和高功率特性，并且具有优良的电磁性能；相对介电常数ε­subgt;r/subgt;＞20，介电损耗tanδsubgt;ε/subgt;＜2×10supgt;‑4/supgt;，自旋波线宽ΔHsubgt;k/subgt;＞5 Oe，铁磁共振线宽ΔH≤40 Oe，4πMs≥1700 G，居里温度Tc＞270℃；本发明高介电常数高功率石榴石型微波铁氧体材料可有效降低高功率微波环形器隔离器器件设计尺寸，满足小型化需求。

技术领域

本发明涉及微波与磁性材料技术领域，尤其涉及一种高介电常数高功率微波铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

高功率材料主要解决普通材料高功率非线性效应导致在高功率下造成器件功率承受能力变低的问题。高介电常数微波铁氧体材料的研究目的是降低环形器、隔离器等器件的设计尺寸，以满足小型化集成化的需求；若提高微波铁氧体的介电常数至20以上，那么相关器件的尺寸能够随之缩小20%甚至更多，若能够使应用于高功率微波器件的材料兼顾小尺寸设计所需的高介电常数性能，这对功率微波器件的小型化是十分有益的。

随着相关技术的发展，对广泛应用于环形器、隔离器等微波器件的铁氧体材料的要求越来越高，进而研发具有优异性能的器件适用的铁氧体材料成为该领域重要技术方向之一。

器件的峰值功率容量主要取决于材料的高功率临界场h_c，更高的临界场能够有效避免由器件的工作环境引起的材料的高功率非线性效应使损耗增加的情况。高功率临界场与材料的自旋波线宽ΔH_k密切相关，h_c∝ΔH_k(ω/ω_m)，而ΔH_k是材料高功率性能的标志，峰值功率P∝h_c²∝ΔH_k²，所以提高ΔH_k是提高峰值功率的前提条件。自旋波线宽ΔH_k与铁磁共振线宽ΔH之间存在着较突出的矛盾，很难使产品性能在满足器件高功率容量的同时又能满足器件对低磁损耗的要求。石榴石型铁氧体十二面体位置的快弛豫离子的掺杂用于提升ΔH_k而随之引起ΔH急剧升高，为了抑制ΔH恶化进行的八面体位置的取代则会使得居里温度明显降低，影响材料的温度特性。

此外，目前的高功率石榴石材料还存在着介电常数ε_r偏低的问题，提升介电常数通常采用在十二面体位置进行Bi³⁺元素取代Y³⁺，但大量的Bi³⁺对介电常数的显著提升同时也会引起ΔH的增高，使插入损耗恶化。