權(quán)利要求書： 1.一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，其特征在于，所述六角鐵氧體材料包括主成分和添加劑，所述主成分包括：13.89～14.29mol％BaCO3、1.27～3.78mol％Al2O3、2.54～5.56mol％CuO、3.81～6.94mol％Sc2O3、69.83～78.09％mol％Fe2O3；按主成分重量百分比，以氧化物計(jì)算，所述添加劑包括：0.25～2.05wt％Bi2O3、0.1～1.0wt％CuO、0.75～

2.75wt％CaCO3、0.8～2.4wt％SiO2、0.1～0.6wt％Al2O3、0.4～0.8wt％C12H24CaO15。

2.一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、預(yù)燒料制備：

1.1以BaCO3、Al2O3、CuO、Sc2O3和Fe2O3作為原料，按照主成分：13.89～14.29mol％BaCO3、

1.27～3.78mol％Al2O3、2.54～5.56mol％CuO、3.81～6.94mol％Sc2O3、69.83～78.09％mol％Fe2O3的比例稱取原料，然后進(jìn)行一次球磨；

1.2將步驟1.1得到的一次球磨料烘干、過篩后，在1300～1400℃溫度下預(yù)燒3～6h，隨爐冷卻至室溫后，取出，得到預(yù)燒料；

步驟2、摻雜：

將步驟1得到的預(yù)燒料過篩后，加入添加劑：0.25～2.05wt％Bi2O3、0.1～1.0wt％CuO、

0.75～2.75wt％CaCO3、0.8～2.4wt％SiO2、0.1～0.6wt％Al2O3、0.4～0.8wt％C12H24CaO15，然后進(jìn)行二次球磨；

步驟3、成型、燒結(jié)：

3.1將步驟2得到的二次球磨料脫水，控制漿料的含水量在35wt％～50wt％之間，然后進(jìn)行液壓成型，成型壓力為6～10MPa，成型磁場強(qiáng)度為12～18kOe；

3.2將步驟3.1得到的樣品放入燒結(jié)爐內(nèi)，在950～1100℃下燒結(jié)2.5～4.5h，燒結(jié)完成后，隨爐自然冷卻至室溫，得到所述X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料。

說明書： 一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于鐵氧體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料及其制備方法。

背景技術(shù)[0002] 微波器件如環(huán)行器、隔離器廣泛地應(yīng)用于國防武器裝備系統(tǒng)和電子信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在艦載/機(jī)載/星載雷達(dá)的應(yīng)用頻段?X波段(8?12GHz)。X波段雷達(dá)(XBand

Radar，簡寫為XBR)是對火控、目標(biāo)跟蹤雷達(dá)的統(tǒng)稱，其波長在3厘米以下，有上下左右各50

度的視角，并且可以360度旋轉(zhuǎn)偵查各個方向的目標(biāo)，通常用于彈道導(dǎo)彈防御、測試、演習(xí)、

訓(xùn)練，并協(xié)同觀測比如太空碎片、航天飛機(jī)等的運(yùn)行軌道；以其極高的目標(biāo)識別能力和對抗

極端天氣的高穩(wěn)定性更是成為各國競相關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)巴基斯坦MRC公司市場預(yù)測，X波

段雷達(dá)市場到2026年將達(dá)到76.5億美元，年復(fù)合增長率為5.4％。

[0003] 微波器件是利用鐵氧體材料的旋磁特性研制的。常見微波器件設(shè)計(jì)與研制中采用的是具有尖晶石結(jié)構(gòu)或者石榴石結(jié)構(gòu)的鐵氧體材料。上述兩種材料具有較低的鐵磁共振線

寬和介電損耗等優(yōu)點(diǎn)，但其各向異性和剩磁比也較低；X波段微波器件如環(huán)行器需給鐵氧體

基片外加高度為2mm的外置磁鋼(其體積和重量約占微波器件的80％以上)以提供偏置磁

場，才能實(shí)現(xiàn)環(huán)行功能，這必將增加器件重量和體積，很難滿足微波集成電路系統(tǒng)小型輕量

化的需求。磁鉛石型六角鐵氧體材料具有高的矯頑力、高的剩磁比和高的各向異性，可在鐵

氧體內(nèi)部形成自建“內(nèi)場”，為微波器件工作提供自偏置場，完全擺脫外置磁鋼束縛，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)

平面化特性。因此，開展X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料研究和制備具有十分重要的

戰(zhàn)略意義。

[0004] 針對X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，美國東北大學(xué)(J.Appl.Phys.,2008,103(7):07F710)公布了一種BaFe11InO19鐵氧體的性能指標(biāo)：飽和磁化強(qiáng)度4πMs＝4000Gs,剩

磁比Mr/Ms＝0.93，矯頑力Hc＝634Oe，鐵磁共振線寬ΔH≈860Oe，材料的各向異性場未公布；

由于材料的矯頑力較低和鐵磁共振線寬較大，難以實(shí)現(xiàn)X波段微波器件準(zhǔn)平面化特性。德國

耶拿應(yīng)用科技大學(xué)(J.Eur.Ceram.Soc.,2005,25(9):1681?1688)發(fā)布了一種CaO和SiO2摻

雜的六角鐵氧體材料，性能指標(biāo)如下：剩磁4πMr＝4.3kGs，矯頑力Hc＝3770Oe，剩磁比Mr/Ms

以及鐵磁共振線寬ΔH均未公布。美國東北大學(xué)(J.Am.Ceram.Soc.,2008,91:2952)采用氧

化物陶瓷法制備了一種Sc取代的六角鐵氧體材料，其性能指標(biāo)為：各向異性場Ha＝8kOe，剩

磁4πMr＝2.5kGs，剩磁比Mr/Ms＝0.92，矯頑力Hc＝1430Oe，鐵磁共振線寬ΔH＝530Oe；材料

雖然具有適宜的各向異性場和較高的剩磁，但鐵磁共振線寬較大。法國布雷斯特大學(xué)(IEEE

MTT?SMicrowaveSymposium,Phoenix,2015：1?4)采用固相燒結(jié)法制備的六角鐵氧體材料

性能指標(biāo)為：各向異性場Ha＝21kOe，飽和磁化強(qiáng)度4πMs＝4200Gs，剩磁比Mr/Ms＝0.90，鐵磁

共振線寬ΔH＝1.5kOe，矯頑力未公布。專利CN108424137A公布的一種六角鍶鐵氧體材料性

能指標(biāo)為：各向異性場Ha>15kOe，剩磁4πMr>4.3kGs，鐵磁共振線寬ΔH>340Oe，矯頑力Hc未公

布，鐵磁共振線寬ΔH較大。上述材料由于鐵磁共振線寬較大，所研制的X波段準(zhǔn)平面化器件

的插損較大，無法實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的工程化應(yīng)用。

[0005] 綜上所述，針對X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，單一配方及工藝技術(shù)無法制備兼具高而可調(diào)的磁晶各向異性場、高的剩磁比、高的矯頑力以及較低的鐵磁共振線寬

特征的六角鐵氧體材料，滿足微波器件準(zhǔn)平面化特性需求。因此本發(fā)明提供一種X波段準(zhǔn)平

面化環(huán)行器件用六角鐵氧體材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容[0006] 本發(fā)明的目的在于，針對背景技術(shù)存在的缺陷，提出了一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料及其制備方法，該六角鐵氧體材料兼具高而可調(diào)的磁晶各向異性場、高的

剩磁比、高的矯頑力以及較低的鐵磁共振線寬特性。

[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：[0008] 一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，其特征在于，所述六角鐵氧體材料包括主成分和添加劑，所述主成分包括：13.89～14.29mol％BaCO3、1.27～3.78mol％Al2O3、

2.54～5.56mol％CuO、3.81～6.94mol％Sc2O3、69.83～78.09％mol％Fe2O3；按主成分重量

百分比，以氧化物計(jì)算，所述添加劑包括：0.25～2.05wt％Bi2O3、0.1～1.0wt％CuO、0.75～

2.75wt％CaCO3、0.8～2.4wt％SiO2、0.1～0.6wt％Al2O3、0.4～0.8wt％C12H24CaO15。

[0009] 一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

[0010] 步驟1、預(yù)燒料制備：[0011] 1.1以BaCO3、Al2O3、CuO、Sc2O3和Fe2O3作為原料，按照主成分：[0012] 13.89～14.29mol％BaCO3、1.27～3.78mol％Al2O3、2.54～5.56mol％CuO、3.81～6.94mol％Sc2O3、69.83～78.09％mol％Fe2O3的比例稱取原料，然后進(jìn)行一次球磨15～21h；

[0013] 1.2將步驟1.1得到的一次球磨料烘干、過篩后，在1300～1400℃溫度下預(yù)燒3～6h，隨爐冷卻至室溫后，取出，得到預(yù)燒料；

[0014] 步驟2、摻雜：[0015] 將步驟1得到的預(yù)燒料過篩后，加入添加劑：0.25～2.05wt％Bi2O3、0.1～1.0wt％CuO、0.75～2.75wt％CaCO3、0.8～2.4wt％SiO2、0.1～0.6wt％Al2O3、0.4～0.8wt％

C12H24CaO15，然后進(jìn)行二次球磨21～27h，粉體粒度控制在0.8～1.2μm之間；

[0016] 步驟3、成型、燒結(jié)：[0017] 3.1將步驟2得到的二次球磨料進(jìn)行適當(dāng)脫水，控制漿料的含水量在35wt％～50wt％之間，然后，在磁場成型壓機(jī)下進(jìn)行液壓成型，成型壓力為6～10MPa，成型磁場強(qiáng)度

為12～18kOe；

[0018] 3.2將步驟3.1得到的樣品放入燒結(jié)爐內(nèi)，在950～1100℃下燒結(jié)2.5～4.5h，燒結(jié)完成后，隨爐自然冷卻至室溫，得到所述X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料。

[0019] 步驟4、測試：[0020] 對步驟3得到的X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料進(jìn)行磁性能及磁損耗測試：飽和磁化強(qiáng)度Ms、剩磁比Mr/Ms、內(nèi)稟矯頑力Hcj采用美國LakeShore8604型SM測試，磁晶各

向異性場(Ha)由Kittle公式 推出，鐵磁共振

線寬(ΔH)采用美國AgilentN5227A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試。

[0021] 本發(fā)明提供的一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，其性能指標(biāo)為：[0022] 磁晶各向異性場Ha≤15kOe；[0023] 飽和磁化強(qiáng)度Ms≤3800Gs；[0024] 剩磁比Mr/Ms≥0.90；[0025] 內(nèi)稟矯頑力Hcj≥2000Oe；[0026] 鐵磁共振線寬ΔH≤300Oe；[0027] 本發(fā)明的核心思想是：主配方添加Sc2O3、Al2O3、CuO、BaCO3、Fe2O3，一方面Sc3+取代3+

可降低磁晶各向異性，從而調(diào)控各向異性場；另一方面Al 取代可提高矯頑力，有利于滿足X

2+ 3+

波段準(zhǔn)平面化器件的自偏置需求；此外，Cu 喜占Fe 中2a(↑)和4f2(↓)位置，占據(jù)比例約為

1:2，有利于調(diào)控材料的飽和磁化強(qiáng)度4πMs。在添加劑方面，一部分CuO富集在晶界形成雜質(zhì)

濃度梯度，增強(qiáng)磁矩反磁化阻力，提高矯頑力，另一部分CuO與Bi2O3生成多種共存型Bi?Cu氧

化物(Bi4CuO7、Bi2CuO4、Bi2CuO4和Bi2Cu2O5)，Bi2CuO4和Bi2O3形成的混合相，具有良好的傳導(dǎo)

作用，熔點(diǎn)僅為770℃，這些低熔點(diǎn)物質(zhì)在燒結(jié)過程中會引入液相機(jī)制，即在鐵氧體顆粒之

間形成毛細(xì)液管橋，產(chǎn)生牽引作用，使得鐵氧體顆粒相互聚攏，實(shí)現(xiàn)重排，形成致密均勻的

顯微結(jié)構(gòu)，降低燒結(jié)體氣孔率，氣孔引起的氣孔致寬得以降低，從而降低鐵磁共振線寬；摻

雜CaCO3、SiO2和Al2O3，細(xì)化晶粒，窄化顆粒分布，提高剩磁取向；在配制漿料時引入

C12H24CaO15(葡萄糖酸鈣)，分散磁性顆粒，促進(jìn)磁矩轉(zhuǎn)動，提高取向度。

[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：[0029] 本發(fā)明提供的一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，主配方Sc、Al、Cu取代調(diào)控六角鐵氧體材料的各向異性場，適于X波段微波器件應(yīng)用，同時提高矯頑力和剩磁比，

有利于實(shí)現(xiàn)器件的準(zhǔn)平面特性；對添加劑配比及工藝優(yōu)化，得到了兼具低鐵磁共振線寬特

征的六角鐵氧體材料，有利于降低準(zhǔn)平面化器件的插入損耗，實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。因此，本發(fā)

明六角鐵氧體材料兼具高而可調(diào)的磁晶各向異性場、高的剩磁比、高的矯頑力以及較低的

鐵磁共振線寬特性。

附圖說明[0030] 圖1為實(shí)施例1的六角微波鐵氧體材料的掃描電鏡照片；[0031] 圖2為實(shí)施例2的六角微波鐵氧體材料的掃描電鏡照片；[0032] 圖3為實(shí)施例3的六角微波鐵氧體材料的掃描電鏡照片；[0033] 圖4為實(shí)施例4的六角微波鐵氧體材料的掃描電鏡照片；[0034] 圖5為實(shí)施例5的六角微波鐵氧體材料的掃描電鏡照片。具體實(shí)施方式[0035] 針對X波段微波器件小型輕量化的應(yīng)用需求，本發(fā)明提供一種X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料及其制備方法。首先通過優(yōu)選高純度的Sc2O3、Al2O3、CuO、BaCO3、Fe2O3為

原材料，深入分析六角鐵氧體材料的離子占位情況，采用金屬離子Sc、Al、Cu離子進(jìn)行調(diào)控，

以實(shí)現(xiàn)高而可調(diào)的磁晶各向異性Ha、高的剩磁比Mr/Ms、高的矯頑力Hc以及較低的鐵磁共振線

寬ΔH為指導(dǎo)思想，制定最佳的配方范圍；然后，結(jié)合不同種類添加劑對六角鐵氧體材料顯

微結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制，研究了Bi2O3、CuO、CaCO3、SiO2和C12H24CaO15對其晶粒晶界特性的影響，

制定最優(yōu)的添加劑配方，最終制備出兼具高而可調(diào)的磁晶各向異性場、高的剩磁比、高的矯

頑力以及較低的鐵磁共振線寬特征的六角鐵氧體材料。

[0036] 實(shí)施例[0037] 實(shí)施例1～5六角鐵氧體材料的制備方法，具體包括：[0038] 1、配方[0039] 主成分采用BaCO3、Sc2O3、Al2O3、CuO、Fe2O3，實(shí)施例1～5中對應(yīng)主成分配比如下表所示，按摩爾百分比，以氧化物計(jì)算；

[0040][0041] 2、一次球磨[0042] 將步驟1的粉料在球磨機(jī)中混合均勻，時間15小時；[0043] 3、預(yù)燒[0044] 將步驟2所得的濕粉料烘干、過篩后，在1350℃溫度下預(yù)燒4h，隨爐冷卻至室溫后，取出，得到預(yù)燒料；

[0045] 4、摻雜[0046] 將步驟3所得預(yù)燒料按質(zhì)量比加入以下添加劑：[0047][0048] 5、二次球磨[0049] 將步驟4所得粉料在球磨機(jī)中球磨24h，粉體粒度控制在0.8～1.2μm之間；[0050] 6、磁場成型[0051] 將步驟5所得的濕粉料進(jìn)行適當(dāng)脫水，控制漿料的含水量在40wt％，并在磁場成型壓機(jī)下進(jìn)行液壓成型，成型壓力為10MPa，成型磁場強(qiáng)度為15kOe；

[0052] 7、燒結(jié)[0053] 將步驟6所得生坯放入燒結(jié)爐內(nèi)，在1000℃下燒結(jié)3h，燒結(jié)完成后，隨爐自然冷卻至室溫，得到所述X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料。

[0054] 8、測試[0055] 將步驟7所得燒結(jié)樣品進(jìn)行磁性能及磁損耗測試；材料的剩磁比Mr/Ms、剩余磁化強(qiáng)度Mr、內(nèi)稟矯頑力Hcj采用美國LakeShore8604型SM測試，磁晶各向異性場(Ha)通過Kittle

公式推出，鐵磁共振線寬(ΔH)采用美國AgilentN5227A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試。

[0056] 經(jīng)過以上工藝制備出的X波段準(zhǔn)平面化器件用六角鐵氧體材料，性能指標(biāo)如下：[0057] 實(shí)施例1～5測試結(jié)果如下：[0058]