ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料及其制備方法與流程

本發明屬于微波與毫米波磁性材料
技術領域：
，尤其是一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料及其制備方法。
背景技術：
：近十幾年，磁性陶瓷材料廣泛的應用在微波旋磁器件產品當中，例如環行器，隔離器，移相器。為了實現微波旋磁應用，必須要施加直流偏置磁場，導致器件的體積增加、可靠性降低，對于頻率更高的毫米波頻器件來說如果采用傳統的旋磁材料則需要施加極強的偏置磁場，使器件的體積進一步增加。這與器件小型平面化的發展趨勢相矛盾。自偏置環行器和隔離器是解決這種問題的途徑之一。普通的尖晶石和石榴石型鐵氧體已經不能滿足要求，而六角晶系的鋇鐵氧體，具有較高的飽和磁化強度，剩磁和磁晶各向異性場，更適用于環行器與隔離器當中。現有的鐵氧體技術中，W型鐵氧體的研制還處于發展階段。存在以下問題：1.如今國內外現有的制作W型鋇鐵氧體技術中，以溶膠凝膠法為主，輔以化學共沉淀法。這些方法所得樣品有顆粒均勻致密等特點，但始終難以在工業上批量生產。2.純Zn摻雜或者少量ZnCo調節的鋇鐵氧體可以運用在低頻段的微波產品當中，但是飽和磁化強度和剩磁還處于略低狀態。且存在自身損耗過大的問題。技術實現要素：本發明的目的就是在于解決上述鐵氧體技術的不足，用改良的傳統的氧化物法研制一種CoZn互調的六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，經濟實惠更便于工業批量生產與普及，且達到好的飽和磁化強度與剩磁，擁有更低的磁損耗。為實現上述發明目的，本發明提供一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。為實現上述發明目的，本發明還提供一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進行計算并準確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：(2-3)：(1-5)：(1-10)的質量比放入研磨裝置中進行第一次研磨，時間為4-24小時，轉速為200-500轉/分鐘；(3)預燒：將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過40-200目的細篩后，按1-4℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內以1100℃-1200℃的溫度保溫1-4小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：(2-3)：(1-5)：(1-10)的質量比進行第二次研磨4-24小時，球磨機轉速為200-500轉/分鐘；(5)將研磨后的混合物在100-120℃下烘干，加入膠水，在研缽內研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，并將小顆粒壓成樣環或樣片供測量用；(6)將成型后的環和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內以1100-1150℃保溫3-6小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測試其性能。作為優選方式，所述步驟(5)中，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測量用。作為優選方式，步驟(2)和步驟(4)中煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水的質量比為1：3：5：2。作為優選方式，兩次研磨的研磨時間為12h。作為優選方式，兩次研磨的球磨機轉速為400r/min。作為優選方式，步驟(3)中將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過100目的細篩。作為優選方式，所述步驟(3)中在空氣爐內以1200℃的溫度保溫2小時密閉煅燒。作為優選方式，步驟(6)將成型后的環和片在空氣爐內以1115℃保溫4小時密閉煅燒。作為優選方式，步驟(6)將成型后的環和片在空氣爐內以1135℃保溫4小時密閉煅燒。本發明采用改良過的傳統氧化物法制作六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，方法穩定機械，較溶膠凝膠法更適用于大型的工業生產與推廣，有益效果如下：1.一磨和二磨時增加了球水配比，在200轉/分鐘的基礎上逐步加到500轉/分鐘，使原料能夠更好的混合與反應。2.預燒前的過100目篩增加了篩的目數，燒結前控制造粒的大小在80目與100目之間，使得樣品在預燒與燒結這一個步驟中能夠更均勻的受熱，成品更加致密。3.提高預燒溫度，高達1200℃保溫2小時，促使晶粒快速長大成型，得到平均2μm的最終顆粒大小，結合1100-1150℃的燒結溫度，得到穩定的樣品旋磁特征。在其他工藝參數保持不變，某一工藝參數變化制備出來的材料性能結果比較如下表所示：從上表可看出，比較優良并且切合實際的參數是煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水的質量比為1：3：5：2，研磨時間為12h，球磨機轉速為400r/min，預燒后過100目的篩，預燒溫度為1200℃保溫2h。附圖說明圖1是材料化學式x＝0.25、步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1115℃保溫4小時密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖2是材料化學式x＝0.3、步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1115℃保溫4小時密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖3是材料化學式x＝0.4、步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1115℃保溫4小時密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖4是材料化學式x＝0.25、步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1135℃保溫4小時密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖5是材料化學式x＝0.3、步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1135℃保溫4小時密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖6是材料化學式x＝0.4、步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1135℃保溫4小時密閉煅燒后樣品的SEM圖像。圖7是材料化學式x＝0.25、0.3、0.4，步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1115℃保溫4小時密閉煅燒后各摻雜樣品的磁滯回線。圖8是材料化學式x＝0.25、0.3、0.4，步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1135℃保溫4小時密閉煅燒后各摻雜樣品的磁滯回線。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。實施例1一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進行計算并準確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：2：1：1的質量比放入研磨裝置中進行第一次研磨，時間為4小時，轉速為200轉/分鐘；(3)預燒：將上述研磨后的混合物在100℃下烘干并過40目的細篩后，按1℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內以1100℃的溫度保溫1小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：2：1：1的質量比進行第二次研磨4小時，球磨機轉速為200轉/分鐘；(5)將研磨后的混合物在100℃下烘干，加入膠水，在研缽內研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測量用。(6)將成型后的環和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內以1100℃保溫3小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測試其性能。實施例2一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進行計算并準確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：3：5：10的質量比放入研磨裝置中進行第一次研磨，時間為24小時，轉速為500轉/分鐘；(3)預燒：將上述研磨后的混合物在120℃下烘干并過200目的細篩后，按4℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內以1200℃的溫度保溫4小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：3：5：10的質量比進行第二次研磨24小時，球磨機轉速為500轉/分鐘；(5)將研磨后的混合物在120℃下烘干，加入膠水，在研缽內研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測量用。(6)將成型后的環和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內以1150℃保溫3-6小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測試其性能。實施例3一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進行計算并準確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：2.5：3：5的質量比放入研磨裝置中進行第一次研磨，時間為14小時，轉速為350轉/分鐘；(3)預燒：將上述研磨后的混合物在110℃下烘干并過80目的細篩后，按2℃/min的升溫速率升溫至1100℃，在空氣爐內以1150℃的溫度保溫2小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：2.5：3：5的質量比進行第二次研磨14小時，球磨機轉速為350轉/分鐘；(5)將研磨后的混合物在110℃下烘干，加入膠水，在研缽內研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測量用。(6)將成型后的環和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內以1120℃保溫4小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測試其性能。實施例4一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進行計算并準確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：3：5：2的質量比放入研磨裝置中進行第一次研磨，時間為12小時，轉速為400轉/分鐘；(3)預燒：將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過100目的細篩后，按1-4℃/min的升溫速率升溫至1200℃，在空氣爐內以1200℃的溫度保溫2小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：3：5：2的質量比進行第二次研磨12小時，球磨機轉速為400轉/分鐘；(5)將研磨后的混合物在110℃下烘干，加入膠水，在研缽內研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測量用。(6)將成型后的環和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內以1115℃保溫4小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測試其性能。實施例5一種ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料，材料的化學式為Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27，其中x＝0.25，0.30，0.40。所述的ZnCo摻雜六角晶系W型鋇鐵氧體旋磁材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用純度為化學純或者分析純的BaCO3，ZnO，Co2O3和Fe2O3作為原材料，根據Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27中的x進行計算并準確稱量各原材料組分；(2)將上述各組分按照總的原材料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：3：5：2的質量比放入研磨裝置中進行第一次研磨，時間為12小時，轉速為400轉/分鐘；(3)預燒：將上述研磨后的混合物在100-120℃下烘干并過100目的細篩后，按1-4℃/min的升溫速率升溫至1200℃，在空氣爐內以1200℃的溫度保溫2小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫；(4)上述煅燒后得到煅燒料，將煅燒料：球磨機的小球：球磨機的大球：水為1：3：5：2的質量比進行第二次研磨12小時，球磨機轉速為400轉/分鐘；(5)將研磨后的混合物在100-120℃下烘干，加入膠水，在研缽內研磨成小顆粒，小顆粒的直徑為80目與100目篩之間，將小顆粒在8*107-12*107Pa的壓力下壓成內徑7.05mm、外徑16.35mm、厚度1-3mm的樣環，或直徑為16.35mm、厚度1-3mm的樣片供測量用。(6)將成型后的環和片放在氧化鋯鋯板上按2℃/min的升溫速率升溫至1100°，在空氣爐內以1135℃保溫4小時密閉煅燒，然后隨爐冷卻至室溫，樣品得以制成，并測試其性能。性能分析圖1-6是x＝0.25，0.30，0.40在1115℃與1135℃燒結4h后樣品的SEM圖像，從圖中可看出，1115℃與1135℃的燒結都呈現出了六角晶體狀態，晶粒明顯增大，且氣孔減少，這進一步的驗證了工藝中細化顆粒的大小能夠有效提高材料的致密度和均勻性。1115℃燒結的晶體更平整，晶粒更大。但是，摻雜的多少對晶粒表面結構的影響不大。圖7-8是材料化學式x＝0.25、0.3、0.4，步驟(6)中將樣品在空氣爐內以1115℃、1135℃保溫4小時密閉煅燒后各摻雜樣品的磁滯回線。下表是不同的摻雜濃度在1115℃燒結的磁性能分析：Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27Hc(Oe)4πMsMr/MsX＝0.251692.9200273523.48109748.87％X＝0.301398.8070813395.03491344.42％X＝0.401096.472913983.65898641.07％下表是不同的摻雜濃度在1135℃燒結的磁性能分析：Ba(Zn1-xCOx)2Fe16O27Hc(Oe)4πMsMr/MsX＝0.251495.0008143388.24266246.08％X＝0.301273.291532789.30453544.87％X＝0.40965.23204013911.59034238.03％由上面的圖表可知，當x＝0.4時，飽和磁化強度達到了最高值，4πMs在1115℃與1135℃燒結下超過了3000G，但其剩磁并不高。整體趨向于軟磁特性。對于x＝0.3的樣品來說，無論是在1115℃還是1135℃，都有著較高的飽和磁化強度和剩余磁化強度，用此來做為硬磁或者旋磁器件的材料，是最好的選擇。矩形比相對也比較高。對于x＝0.25的樣品，飽和磁化強度在1115℃時燒結要比1135℃時燒結要高出近乎四分之一。以此證明，燒結溫度的改變，在一定程度上是可以影響飽和磁化強度的。而在1115℃燒結時，4πMs高達3523.48G，剩磁達1692.92Oe,矩形比接近百分之五十。綜上所述，x＝0.25在1115℃燒結得到高飽和磁化強度，高剩磁，高矩形比，且磁損耗低，更好的運用在微波器件當中。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3