Ka波段環行器用NiCuZn鐵氧體厚膜材料制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電子材料技術領域，特別設及具有窄線寬和高飽和磁化強度Ni化化 鐵氧體厚膜的材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著相控陣雷達"瘦身"技術的發展，應用于其中的微波鐵氧體器件不斷向小型、 輕量、片式化方向發展。鐵氧體環行器是相控陣雷達中的關鍵部件，起著信號單向傳輸和反 向隔離的重要作用，通常要求微帶環行器具有寬頻帶、低插入損耗、高隔離度、小型化等特 性。Ka波段（26. 5-40GHZ)鐵氧體微帶環行器順應了器件的發展要求，目前需求量大增。為 了滿足環行器性能要求，鐵氧體厚膜片通常由大塊材料經精密磨加工而成，運不僅效率不 高，而且會導致成本較高。采用流延工藝研制鐵氧體厚膜，并輔W減薄工藝對鐵氧體厚膜進 行精細加工，不僅能夠降低鐵氧體厚膜片成型和加工難度，而且能夠有效提高成品率。但流 延工藝制備的厚膜氣孔率通常較高，密度相對較低，微波磁損耗較高。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種具有高飽和磁化強度（4 31Mg)，而且具有 溫度穩定性好、電阻率高和微波損耗低等優點的Ka波段微帶環行器用鐵氧體厚膜材料。
[0004] 本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，Ka波段環行器用Ni化化鐵氧體厚 膜材料制備方法，其特征在于，包括下述步驟： 陽0化]1、主料配方：義用48. 0~49.Omol%化2化，19~21.Omol%化0,4. 0~5.Omol%CuO, 26. 0 ~27.Omol%NiO;
[0006] 2、一次球磨：將W上粉料經過球磨混合均勻； 陽007] 3、預燒：將步驟2)所得球磨料烘干，在800~1000°C預燒，保溫1~3小時； 陽00引 4、滲雜：在步驟3)所得粉料中加入W下添加劑：0. 05~0.Iwt%化0,0. 05~ 0.Iwt%Bi2〇3；
[0009] 5、球磨漿料：將步驟4)中得到的粉料加入40~50wt%有機粘合劑和40~50wt% 無水乙醇，球磨4~8小時；
[0010] 6、流延成型：步驟5)所得漿料流延得到厚度為50~60ym的生膜帶；
[0011] 7、疊片：將步驟6)所得生膜帶疊片為20~22層膜，在5~7MPa下壓制成厚度為 100~140Jim的生巧； 陽01引 8)燒結：將步驟7)所得巧件在空氣中于1020~1080°C下保溫燒結1~3小時。
[0013] 本發明采用氧化物陶瓷流延工藝，結合致密化燒結技術，研制了Ka波段微帶環行 器用鐵氧體厚膜。厚膜材料為Ni化化鐵氧體，不僅具有高飽和磁化強度（4 ，而且具 有溫度穩定性好、電阻率高和微波損耗低等優點。對于Ka波段鐵氧體器件而言，鐵氧體材 料飽和磁化強度越高，旋磁性越強，越有利于縮小器件體積；居里溫度越高，器件的工作溫 度范圍越寬，溫度穩定性越好；鐵磁共振線寬（AH)越窄，越有利于降低器件損耗，也有利 于拓寬微波器件帶寬。因此，應用于其中的鐵氧體厚膜材料應具有窄線寬和高飽和磁化強 度。針對微帶環行器鐵氧體基片的片式化要求，本發明采用陶瓷流延厚膜和致密化燒結技 術，制備出了適合于Ka波段微帶環行器用Ni化化鐵氧體厚膜，厚膜材料具有高飽和磁化強 度（4 31 達5000GS、窄鐵磁共振線寬（AH可小于1000 e)和低微波介電損耗（tan5E約 3X10 4,）和較高的居里溫度燈。接近320°C)。
【附圖說明】
[0014] 圖1為實施例1制備的Ni化化鐵氧體材料的掃描電鏡照片。
[0015] 圖2為實施例2制備的Ni化化鐵氧體材料的掃描電鏡照片。
[0016] 圖3為實施例3制備的Ni化化鐵氧體材料的掃描電鏡照片。
[0017] 圖4為實施例4制備的Ni化化鐵氧體材料的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0018] 本發明的Ni化化鐵氧體厚膜材料主成分按氧化物摩爾百分比計算，滲雜劑成分 按質量百分比計算。本發明所述Ni化化鐵氧體厚膜的制備方法包括W下步驟：
[0019] 1、主料配方
[0020] 義用 48. 0 ~49.Omol%Fe2〇3,19 ~21.Omol% 化0,4. 0 ~5.Omol% 化0, 26. 0 ~ 27.Omol%NiO；
[0021] 2、一次球磨
[0022] 將W上粉料在行星式球磨機內混合均勻，時間1~3小時； 陽02引 3、預燒
[0024] 將步驟2所得球磨料烘干，并在馬弗爐內800~1000°C預燒保溫1~3小時； 陽0巧]4、滲雜
[0026] 將步驟3所得粉料加入W下添加劑：0. 05~0.Iwt%CaO, 0. 05~0.Iwt%Bi2〇3;
[0027] 5、球磨漿料 陽02引將步驟4中得到的粉料加入40~50wt%有機粘合劑（例如L-S復合型粘合劑） 和40~50wt%無水乙醇，在行星式球磨機中球磨4~8小時；
[0029] 6、流延成型
[0030] 將步驟5所得漿料，在半自動流延機上流延50~60ym的生膜帶；
[0031] 7、疊片
[0032] 將步驟6所得生膜帶，將20~22層膜在熱壓機上于6MPa下壓制成生巧100~ 140Jim; 陽03引 8、燒結
[0034] 將步驟7所得巧件置于燒結爐內燒結，在1020~1080°C保溫1~3小時； 齡對 9、測試
[0036] 經過W上工藝制備出的高飽和磁化強度和窄線寬Ni化化鐵氧體厚膜，顯微 結構均勻致密，粒徑為4. 5~7.5ym。采用振動樣品磁強計（VSM)測試樣品比飽和磁 化強度，采用排水法測試樣品密度，根據密度和比飽和磁化強度計算飽和磁化強度，按 IEC(Inte;rnationalElectrotechnicalCommission)標準在 9. 2細Z左右測量樣品的鐵磁 共振線寬。 陽〇37] 實施例1 :
[0038] 1、配方
[0039] 主料配方為 49.Omol% 化2〇3, 2〇.Omol% 化0, 5.Omol%CuO,26.Omol%NiO;
[0040] 2、一次球磨
[0041] 將W上粉料在行星式球磨機內，球磨1~3小時； 陽0創 3、預燒
[0043] 將步驟2所得球磨料烘干，并在馬弗爐內900°C預燒保溫2. 5小時；
[0044] 4、滲雜 柳例將步驟3所得粉料中加入添加劑：0.Iwt%化0,0.Iwt%Bi2〇3;
[0046] 5、球磨漿料
[0047] 將步驟4中得到的粉料加入40~50wt%有機粘合劑和40~50wt%無水乙醇，在 行星式球磨機中球磨4~8小時； W48] 6、流延成型
[0049] 將步驟5所得漿料，在半自動流延機上流延50~60ym的生膜帶；
[0050] 7、疊片 陽05U將步驟6所得生膜帶，在80°C，6Mpa下疊壓20~22層膜，制成100~140ym厚 度的生巧件； 陽0巧 8.燒結
[0053] 將步驟7所得生巧件置于燒結爐內燒結，在1040下保溫1. 5小時。
[0054] 實施例2 :
[0055] 本實施例與實施例1的區別是，步驟8的燒結溫度為1060°C。
[0056] 實施例1、2的性能指標如表1。
[0057] 表1實施例1~2測試結果
[0059] 實施例3 :
[0060] 1、配方
[0061]主配方為49.Omol%Fe2〇3,20.Omol% 化0,5.Omol%CuO,26.Omol%NiO;
[0062] 2、一次球磨
[0063] 將W上粉料在行星式球磨機內混合均勻，球磨時間為3小時； W64] 3、預燒 W65] 將步驟2所得球磨料烘干，并在馬弗爐內900°C預燒保溫2. 5小時；
[0066] 4、滲雜
[0067] 將步驟3所得粉料中加入W下添加劑：0.Iwt%Ca0,0.Iwt%Bi2〇3;
[0068] 5、球磨漿料 W例將步驟4中得到的粉料加入40~50wt%有機粘合劑和40~50wt%無水乙醇，在 行星式球磨機中球磨4~8小時；
[0070] 6、流延成型
[0071] 將步驟5所得漿料，在半自動流延機上流延50~60ym的生膜帶；
[0072] 7、疊片 陽07引將步驟6所得生膜帶，在80°C，6Mpa下疊壓20~22層膜，制成100~140ym厚 度的生巧件；
[0074] 8、燒結
[0075] 將步驟7所得生巧件置于燒結爐內燒結，在1040°C下分別保溫2小時。
[0076] 實施例4 :
[0077] 本實施例與實施例3的區別是，步驟8的保溫時間為3小時。
[0078] 實施例3、4的性能指標如表2。
[0079] 表2實施例3~4測試結果
[0081] 本發明的指導思想是：采用低烙點物質Bi2〇3作燒結助劑經由液相燒結降低燒結 溫度，促進固相反應，減少氣孔，提高致密度，改善微結構均勻性，W提高飽和磁化強度和降 低線寬。同時，滲少量化0,W優化材料顯微結構和提高材料電阻率。另一方面，采用價格低 廉的化0取代部分NiO,在滿足應用要求的同時，大大降低原料成本。利用流延技術制得的 Ni化化鐵氧體厚膜，在適宜的升溫速率下于1040°C左右燒結出磁片，固相反應完全，顯微 結構均勻。所制備的厚膜材料參數如下，飽和磁化強度43iMg:5023~5140GS;線寬AH(f =9. 2細Z) :92 ~1040e;密度d:5. 20 ~5. 23g?cm3;介電損耗tan5E(f= 9. 2細Z):~ 3X10 4;居里溫度T。：~317°C。
[0082] 本發明采用流延厚膜和致密化燒結技術，提供了一種性能穩定、價格低廉、適用 于K。波段微帶環行器用的Ni化化鐵氧體厚膜材料制備方法。Ni化化鐵氧體厚膜材料在 1020~1080°C溫度下保溫燒結1. 0~3.化。該厚膜材料厚度為0. 07~0.Ilmm,收縮率為 22~23%。具有高飽和磁化強度、窄線寬和高致密性等特性。從圖1~4的照片可W看 至IJ，制備的環行器用Ni化化鐵氧體厚膜顯微結構致密，晶粒大小均勻，平均粒徑約為4. 5~ 7. 5Um〇
【主權項】
1. Ka波段環行器用NiCuZn鐵氧體厚膜材料制備方法，其特征在于，包括下述步驟： 1) 主料配方：采用 48. O ~49. Omol % Fe2O3,19 ~21. Omol % ZnO, 4. O ~5. Omol % CuO， 26. 0~27. Omol % NiO ; 2) -次球磨：將以上粉料經過球磨混合均勻； 3) 預燒：將步驟2)所得球磨料烘干，在800~KKKTC預燒，保溫1~3小時； 4) 摻雜：在步驟3)所得粉料中加入以下添加劑：0. 05~0. lwt%Ca0,0. 05~0. lwt% Bi2O3; 5) 球磨衆料：將步驟4)中得到的粉料加入40~50wt%有機粘合劑和40~50wt%無 水乙醇，球磨4~8小時； 6) 流延成型：步驟5)所得漿料流延得到厚度為50~60 ym的生膜帶； 7) 疊片：將步驟6)所得生膜帶疊片為20~22層膜，在5~7MPa下壓制成厚度為 100~140 y m的生還； 8) 燒結：將步驟7)所得坯件在空氣中于1020~1080°C下保溫燒結1~3小時。2. 如權利要求1所述的Ka波段環行器用NiCuZn鐵氧體厚膜材料制備方法，其特征在 于， 步驟 1)中，主料配方為 49. Omol % Fe2O3, 20.0 mol % ZnO, 5. Omol % CuO, 26. Omol % NiO ; 步驟3)中，900°C下預燒，保溫2. 5小時； 步驟 4)中，添加劑為：0? Iwt % CaO, 0? Iwt % Bi2O3; 步驟8)中，在1040°C下保溫2小時。
【專利摘要】Ka波段環行器用NiCuZn鐵氧體厚膜材料制備方法，屬于電子材料技術領域，本發明包括下述步驟：1)主料配方：采用48.0～49.0mol％Fe2O3，19～21.0mol％ZnO，4.0～5.0mol％CuO，26.0～27.0mol％NiO；2)一次球磨；3)預燒：在800～1000℃預燒，保溫1～3小時；4)摻雜：加入以下添加劑：0.05～0.1wt％CaO，0.05～0.1wt％Bi2O3；5)球磨漿料：粉料加入40～50wt％有機粘合劑和40～50wt％無水乙醇，球磨4～8小時；6)流延成型：漿料流延得到厚度為50～60μm的生膜帶；7)疊片：生膜帶疊片為20～22層膜，在5～7MPa下壓制成厚度為100～140μm的生坯；8)燒結：在空氣中于1020～1080℃下保溫燒結1～3小時。采用本發明制備的鐵氧體材料具有高飽和磁化強度(4πMs)，而且具有溫度穩定性好、電阻率高和微波損耗低等優點。
【IPC分類】C04B35/26
【公開號】CN105236948
【申請號】CN201510542781
【發明人】蔣曉娜, 陳丹, 余忠, 孫科, 蘭中文, 燕周民
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月28日