低温烧结制备YIG多晶铁氧体的研究

论文摘要

钇铁石榴石（YIG）材料由于其优异的旋磁性能而被广泛应用于微波领域,制成各种微波磁性器件,如环形器、隔离器、移相器等。但其较高的烧结温度（>1450℃）阻碍了YIG铁氧体器件向小型化、片式化、集成化方向发展。本文通过离子取代、精细制粉、添加ZnO-B2O3-SiO2（ZBS）玻璃助烧剂三种途径来降低YIG铁氧体的烧结温度。采用XRD、SEM、激光粒度分析、TEM、TG-DTA、综合磁性能测试等方法对合成粉料和烧结样品进行表征。结论如下:通过离子取代,采用普通陶瓷工艺,在1100℃烧结3h制备出显微结构均匀致密的Y1.05Bi0.75Ca1.2Fe4.4V0.6O12铁氧体,物相分析为石榴石单相,没有其他杂峰,其烧结温度比未进行离子取代的YIG铁氧体的烧结温度降低了近400℃。以Y（NO3）3·6H2O和Fe（NO3）3·9H2O为原料,分别与NaOH和柠檬酸经室温固相反应合成了粒径分布为2040nm的YIG纳米粉体。结果表明:以柠檬酸为原料, YIG结晶化温度比以NaOH为原料的低100℃。通过室温固相反应法合成的YIG纳米粉体物相单一,无任何杂相出现。以合成的纳米粉体为原料,在1320℃烧结得到显微结构均匀致密的YIG铁氧体,该温度比普通陶瓷工艺制备YIG铁氧体降低了100℃以上,其饱和磁化强度（4πMs）为170mT。添加ZBS玻璃可明显降低YIG和YBiCaVIG陶瓷的烧结温度。当玻璃添加量为10wt%时,采用普通陶瓷工艺,YIG的烧结温度可降低到1280℃,YBiCaVIG的烧结温度可降低到950℃。Ca2+、V5+、Bi3+取代和玻璃的掺入导致样品的饱和磁化强度（4πMs）下降,铁磁共振线宽（ΔH）增大,添加5%ZBS玻璃,950℃烧结的YBiCaVIG样品的ΔH为47kA·m-1,4πMs为28mT。添加玻璃后,由于烧结体YIG晶粒较细,自旋波线宽（ΔHk）较大,添加5%ZBS玻璃,1350℃烧结YIG样品的ΔHk为0.84 kA·m-1,可用于大功率器件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 铁氧体简介
• 1.1.2 微波铁氧体的性能要求及分类
• 1.1.3 微波铁氧体的研究现状及发展趋势
• 1.2 YIG 的晶体结构及磁性来源
• 1.2.1 YIG 的晶体结构
• 1.2.2 YIG 的磁性来源
• 1.3 YIG 铁氧体的低温烧结技术及研究现状
• 1.3.1 离子取代
• 1.3.2 精细制粉
• 1.3.3 添加助烧剂
• 1.3.4 先进烧结工艺
• 1.4 论文选题及创新点
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 课题来源
• 1.4.3 论文创新点
• 2 实验
• 2.1 实验原料及主要设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方案及工艺流程
• 2.2.1 实验方案
• 2.2.2 工艺流程
• 2.3 分析测试
• 3 通过离子取代降低YIG 铁氧体烧结温度
• 3.1 样品制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 粉料的粒度分析
• 3.2.2 样品的物相分析
• 3.2.3 样品的显微结构分析
• 3.3 本章小结
• 4 室温固相合成YIG 纳米粉体制备YIG 铁氧体
• 4.1 样品制备
• 4.1.1 YIG 纳米粉体的制备
• 4.1.3 YIG 铁氧体的制备
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 前驱体的综合热分析
• 4.2.2 YIG 纳米粉体的物相分析
• 4.2.3 YIG 纳米粉体的粒径及形貌分析
• 4.2.4 YIG 铁氧体的显微结构分析
• 4.2.5 YIG 铁氧体的性能表征
• 4.3 本章小结
• 5 添加ZBS 玻璃助烧剂降低YIG 铁氧体烧结温度
• 5.1 样品制备
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 样品的物相分析
• 5.2.2 样品的显微结构分析
• 5.2.3 样品的磁性能分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的学术交流