高频Z型六角铁氧体材料研究

论文摘要

随着通讯技术向高频化方向的发展以及高速数字电路的快速发展,超高频段上的电磁干扰（EMI）问题日益突出,迫切需要能工作在超高频段且性能优异的软磁铁氧体介质材料。其中Z型六角铁氧体由于具有较高的磁晶各向异性,成为最有可能替代尖晶石铁氧体在超高频段应用的磁性介质,有望用作高频片式电感用铁氧体材料和超高频段抗电磁干扰对策元件用微波铁氧体材料。本文正是针对上述问题,以Z型六角铁氧体材料为主要研究对象,在深入分析了合成机理、掺杂改性和低温烧结机制的基础上,对材料和工艺做了探索性和创新性的研究,主要内容为:一、研究了固相反应法合成Z型六角铁氧体的相变过程和反应规律。发现采用片状Co3O4制得的粉料在1250～1300℃之间预烧可以获得单一的Z相;随着Sr取代量的增加,出现Z相的预烧温度区间将变窄。二、研究了工艺条件对材料电磁性能的影响机理。按照工艺流程改变预烧温度、升降温速率、烧结温度和保温时间等工艺参数,通过扫描电镜分析、X-射线衍射分析等手段剖析了改变工艺参数对六角铁氧体材料微观结构的影响规律,通过对材料复数磁导率、介电常数以及品质因数等的测量掌握了工艺参数对材料电磁性能的影响规律,根据实验结果对六角铁氧体的制备工艺参数进行了优化。首次提出了利用磁化处理工艺展宽频带的方法,发现特殊微结构的出现是六角铁氧体共振频率向高频方向移动的直接原因。三、研究了不同掺杂剂对Z型六角铁氧体的改性机制。研究了Y2O3、Nb2O5和Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3（PZTS）含量对Z型六角铁氧体显微结构和电磁性能的影响。发现Y3Fe5O12石榴石相的析出改善了六角铁氧体的介电常数和磁导率的频率特性。揭示了Nb2O5掺杂引起的磁晶各向异性常数的减小对获得高磁导率的影响机理。发现PZTS掺杂在改善材料介电特性的同时还促进了磁导率的增加。四、研究了Bi2O3、Bi2O3-SiO2和Bi2O3-CuO掺杂对低温烧结Z型六角铁氧体的作用机理。发现片状Co3O4有利于单一Z相的合成和获得高性能低烧Z型六角铁氧体。揭示了Bi2O3掺杂对六角铁氧体物相构成、显微结构与电磁性能的影响机理。探讨了Zn取代与(Ba0.7Sr0.3)3Cu0.5Co1.5-xZnxFe24O41（0≤x≤1.5）铁氧体磁性能之间的关系。发现Bi2O3-SiO2掺杂显著改善了Z型六角铁氧体材料的高频电磁特性。五、采用改进的sol-gel法合成超细的六角铁氧体粉料（NZHP）并分析了Z型六角铁氧体的形成过程。研究了掺入由溶胶—凝胶法获得的同成分纳米粉体对固相反应法制备低烧Z型六角铁氧体的改性机理,在没有使用任何添加剂的情况下实现了六角铁氧体的低温烧结。发现含适量NZHP的样品在获得高磁导率的同时拥有较含1.0wt%Bi2O3的样品高得多的Q值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立论选择与课题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 Z型六角铁氧体的合成
• 1.2.2 掺杂改性
• 1.2.3 低温烧结
• 1.3 研究方案与创新点
• 1.4 实验合成方法
• 1.4.1 固相反应法
• 1.4.2 溶胶—凝胶法
• 1.4.3 纳米—微米颗粒组配工艺
• 第二章 Z型六角铁氧体的固相反应合成
• 2.1 引言
• 2.2 固相反应法制备Z型六角铁氧体的相转变过程分析
• 2.2.1 预烧温度的影响
• 2.2.2 Sr含量的影响
• 2.3 工艺条件对Z型六角铁氧体微观结构和磁性能的影响
• 2.3.1 预烧温度的影响
• 2.3.2 升降温速率的影响
• 2.3.3 烧结温度的影响
• 2.3.4 保温时间的影响
• 2.3.5 磁化处理的影响
• 2.4 小结
• 第三章 Z型六角铁氧体的掺杂改性
• 3.1 引言
• 2O₃掺杂对Z型六角铁氧体微观结构和电磁性能的影响'>3.2 Y₂O₃掺杂对Z型六角铁氧体微观结构和电磁性能的影响
• 2O₃对Z型六角铁氧体微观结构的影响'>3.2.1 Y₂O₃对Z型六角铁氧体微观结构的影响
• 2O₃对Z型六角铁氧体致密化过程的影响'>3.2.2 Y₂O₃对Z型六角铁氧体致密化过程的影响
• 2O₃对Z型六角铁氧体电磁性能的影响'>3.2.3 Y₂O₃对Z型六角铁氧体电磁性能的影响
• 2O₅掺杂对Z型六角铁氧体微观结构和电磁性能的影响'>3.3 Nb₂O₅掺杂对Z型六角铁氧体微观结构和电磁性能的影响
• 2O₅对Z型六角铁氧体微观结构的影响'>3.3.1 Nd₂O₅对Z型六角铁氧体微观结构的影响
• 2O₅对Z型六角铁氧体致密化过程的影响'>3.3.2 Nd₂O₅对Z型六角铁氧体致密化过程的影响
• 2O₅对Z型六角铁氧体电磁性能的影响'>3.3.3 Nd₂O₅对Z型六角铁氧体电磁性能的影响
• 3.4 PZTS掺杂对Z型六角铁氧体微观结构和电磁性能的影响
• 3.4.1 PZTS对Z型六角铁氧体微观结构的影响
• 3.4.2 PZTS对Z型六角铁氧体致密化过程的影响
• 3.4.3 PZTS对Z型六角铁氧体电磁性能的影响
• 3.5 小结
• 第四章 Z型六角铁氧体的低温液相烧结
• 4.1 引言
• 2O₃助熔Z型六角铁氧体材料的微观结构及电磁性能'>4.2 Bi₂O₃助熔Z型六角铁氧体材料的微观结构及电磁性能
• 4.2.1 预烧温度的影响
• 4.2.2 混合工艺的影响
• 2O₃含量的影响'>4.2.3 Bi₂O₃含量的影响
• 3O₄粉料的影响'>4.2.4 Co₃O₄粉料的影响
• 4.2.5 配方组成的影响
• 2O₃-SiO₂助熔Z型六角铁氧体材料的微观结构及电磁性能'>4.3 Bi₂O₃-SiO₂助熔Z型六角铁氧体材料的微观结构及电磁性能
• 2O₃-SiO₂掺杂对Z型六角铁氧体微观结构的影响'>4.3.1 Bi₂O₃-SiO₂掺杂对Z型六角铁氧体微观结构的影响
• 2O₃-SiO₂掺杂对Z型六角铁氧体电磁性能的影响'>4.3.2 Bi₂O₃-SiO₂掺杂对Z型六角铁氧体电磁性能的影响
• 4.4 小结
• 第五章 Z型六角铁氧体的软化学合成
• 5.1 引言
• 5.2 sol-gel法合成Z型六角铁氧体
• 5.3 纳米—微米颗粒组配工艺制备低烧Z型六角铁氧体
• 5.4 小结
• 第六章 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻博期间取得的研究成果