技术领域
[0001] 本
发明属于
电子材料技术领域，特别涉及具有窄线宽和高饱和磁化强度NiCuZn铁氧体厚膜的材料制备技术领域。
背景技术
[0002] 随着
相控阵雷达“瘦身”技术的发展，应用于其中的
微波铁氧体器件不断向小型、轻量、片式化方向发展。铁氧体环行器是相控阵雷达中的关键部件，起着
信号单向传输和反向隔离的重要作用，通常要求微带环行器具有宽频带、低插入损耗、高隔离度、小型化等特性。Ka波段(26.5-40GHz)铁氧体微带环行器顺应了器件的发展要求，目前需求量大增。为了满足环行器性能要求，铁氧体厚膜片通常由大
块材料经精密磨加工而成，这不仅效率不高，而且会导致成本较高。采用流延工艺研制铁氧体厚膜，并辅以减薄工艺对铁氧体厚膜进行精细加工，不仅能够降低铁氧体厚膜片成型和加工难度，而且能够有效提高成品率。但流延工艺制备的厚膜气孔率通常较高，
密度相对较低，微波磁损耗较高。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高饱和磁化强度(4πMs)，而且具有
温度稳定性好、
电阻率高和微波损耗低等优点的Ka波段微带环行器用铁氧体厚膜材料。
[0004] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，Ka波段环行器用NiCuZn铁氧体厚膜材料制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
[0005] 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；
[0006] 2、一次球磨：将以上粉料经过球磨混合均匀；
[0007] 3、预烧：将步骤2)所得球
磨料烘干，在800～1000℃预烧，保温1～3小时；
[0008] 4、掺杂：在步骤3)所得粉料中加入以下添加剂：0.05～0.1wt％CaO，0.05～0.1wt％Bi2O3；
[0009] 5、球磨浆料：将步骤4)中得到的粉料加入40～50wt％有机
粘合剂和40～50wt％无
水乙醇，球磨4～8小时；
[0010] 6、流延成型：步骤5)所得浆料流延得到厚度为50～60μm的生膜带；
[0011] 7、叠片：将步骤6)所得生膜带叠片为20～22层膜，在5～7MPa下压制成厚度为100～140μm的生坯；
[0012] 8)
烧结：将步骤7)所得坯件在空气中于1020～1080℃下保温烧结1～3小时。
[0013] 本发明采用氧化物陶瓷流延工艺，结合致密化烧结技术，研制了Ka波段微带环行器用铁氧体厚膜。厚膜材料为NiCuZn铁氧体，不仅具有高饱和磁化强度(4πMs)，而且具有温度稳定性好、电阻率高和微波损耗低等优点。对于Ka波段铁氧体器件而言，铁氧体材料饱和磁化强度越高，旋
磁性越强，越有利于缩小器件体积；
居里温度越高，器件的
工作温度范围越宽，温度稳定性越好；铁磁共振线宽(ΔH)越窄，越有利于降低器件损耗，也有利于拓宽微波器件带宽。因此，应用于其中的铁氧体厚膜材料应具有窄线宽和高饱和磁化强度。针对微带环行器铁氧体基片的片式化要求，本发明采用陶瓷流延厚膜和致密化烧结技术，制备出了适合于Ka波段微带环行器用NiCuZn铁氧体厚膜，厚膜材料具有高饱和磁化强度(4πMs达5000Gs、窄铁磁共振线宽(ΔH可小于100Oe)和低微波介电损耗(tanδε约3×10-4，)和较高的居里温度(Tc接近320℃)。
附图说明
[0014] 图1为
实施例1制备的NiCuZn铁氧体材料的扫描电镜照片。
[0015] 图2为实施例2制备的NiCuZn铁氧体材料的扫描电镜照片。
[0016] 图3为实施例3制备的NiCuZn铁氧体材料的扫描电镜照片。
[0017] 图4为实施例4制备的NiCuZn铁氧体材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0018] 本发明的NiCuZn铁氧体厚膜材料主成分按氧化物摩尔百分比计算，
掺杂剂成分按
质量百分比计算。本发明所述NiCuZn铁氧体厚膜的制备方法包括以下步骤：
[0019] 1、主料配方
[0020] 采用48.0～49.0mol％Fe2O3，19～21.0mol％ZnO，4.0～5.0mol％CuO，26.0～27.0mol％NiO；
[0021] 2、一次球磨
[0022] 将以上粉料在行星式
球磨机内混合均匀，时间1～3小时；
[0023] 3、预烧
[0024] 将步骤2所得球磨料烘干，并在
马弗炉内800～1000℃预烧保温1～3小时；
[0025] 4、掺杂
[0026] 将步骤3所得粉料加入以下添加剂：0.05～0.1wt％CaO，0.05～0.1wt％Bi2O3；
[0027] 5、球磨浆料
[0028] 将步骤4中得到的粉料加入40～50wt％有机粘合剂(例如L-S复合型粘合剂)和40～50wt％无水乙醇，在行星式球磨机中球磨4～8小时；
[0029] 6、流延成型
[0030] 将步骤5所得浆料，在半自动流延机上流延50～60μm的生膜带；
[0031] 7、叠片
[0032] 将步骤6所得生膜带，将20～22层膜在
热压机上于6MPa下压制成生坯100～140μm；
[0033] 8、烧结
[0034] 将步骤7所得坯件置于烧结炉内烧结，在1020～1080℃保温1～3小时；
[0035] 9、测试
[0036] 经过以上工艺制备出的高饱和磁化强度和窄线宽NiCuZn铁氧体厚膜，显微结构均匀致密，粒径为4.5～7.5μm。采用振动样品
磁强计(VSM)测试样品比饱和磁化强度，采用排水法测试样品密度，根据密度和比饱和磁化强度计算饱和磁化强度，按IEC(International Electrotechnical Commission)标准在9.2GHz左右测量样品的铁磁共振线宽。
[0037] 实施例1：
[0038] 1、配方
[0039] 主料配方为49.0mol％Fe2O3，20.0mol％ZnO，5.0mol％CuO，26.0mol％NiO；
[0040] 2、一次球磨
[0041] 将以上粉料在行星式球磨机内，球磨1～3小时；
[0042] 3、预烧
[0043] 将步骤2所得球磨料烘干，并在马弗炉内900℃预烧保温2.5小时；
[0044] 4、掺杂
[0045] 将步骤3所得粉料中加入添加剂：0.1wt％CaO，0.1wt％Bi2O3；
[0046] 5、球磨浆料
[0047] 将步骤4中得到的粉料加入40～50wt％有机粘合剂和40～50wt％无水乙醇，在行星式球磨机中球磨4～8小时；
[0048] 6、流延成型
[0049] 将步骤5所得浆料，在半自动流延机上流延50～60μm的生膜带；
[0050] 7、叠片
[0051] 将步骤6所得生膜带，在80℃，6Mpa下叠压20～22层膜，制成100～140μm厚度的生坯件；
[0052] 8.烧结
[0053] 将步骤7所得生坯件置于烧结炉内烧结，在1040下保温1.5小时。
[0054] 实施例2：
[0055] 本实施例与实施例1的区别是，步骤8的烧
结温度为1060℃。
[0056] 实施例1、2的性能指标如表1。
[0057] 表1实施例1～2测试结果
[0058]
[0059] 实施例3：
[0060] 1、配方
[0061] 主配方为49.0mol％Fe2O3，20.0mol％ZnO，5.0mol％CuO，26.0mol％NiO；
[0062] 2、一次球磨
[0063] 将以上粉料在行星式球磨机内混合均匀，球磨时间为3小时；
[0064] 3、预烧
[0065] 将步骤2所得球磨料烘干，并在马弗炉内900℃预烧保温2.5小时；
[0066] 4、掺杂
[0067] 将步骤3所得粉料中加入以下添加剂：0.1wt％CaO，0.1wt％Bi2O3；
[0068] 5、球磨浆料
[0069] 将步骤4中得到的粉料加入40～50wt％有机粘合剂和40～50wt％无水乙醇，在行星式球磨机中球磨4～8小时；
[0070] 6、流延成型
[0071] 将步骤5所得浆料，在半自动流延机上流延50～60μm的生膜带；
[0072] 7、叠片
[0073] 将步骤6所得生膜带，在80℃，6Mpa下叠压20～22层膜，制成100～140μm厚度的生坯件；
[0074] 8、烧结
[0075] 将步骤7所得生坯件置于烧结炉内烧结，在1040℃下分别保温2小时。
[0076] 实施例4：
[0077] 本实施例与实施例3的区别是，步骤8的保温时间为3小时。
[0078] 实施例3、4的性能指标如表2。
[0079] 表2实施例3～4测试结果
[0080]
[0081] 本发明的指导思想是：采用低熔点物质Bi2O3作烧结助剂经由液相烧结降低烧结温度，促进固相反应，减少气孔，提高致密度，改善微结构均匀性，以提高饱和磁化强度和降低线宽。同时，掺少量CaO，以优化材料显微结构和提高材料电阻率。另一方面，采用价格低廉的CuO取代部分NiO，在满足应用要求的同时，大大降低原料成本。利用流延技术制得的NiCuZn铁氧体厚膜，在适宜的升温速率下于1040℃左右烧结出磁片，固相反应完全，显微结构均匀。所制备的厚膜材料参数如下，饱和磁化强度4πMs：5023～5140Gs；线宽ΔH(f＝9.2GHz)：92～104Oe；密度d：5.20～5.23g·cm-3；介电损耗tanδε(f＝9.2GHz)：～3×10-4；居里温度Tc：～317℃。
[0082] 本发明采用流延厚膜和致密化烧结技术，提供了一种性能稳定、价格低廉、适用于Ka波段微带环行器用的NiCuZn铁氧体厚膜材料制备方法。NiCuZn铁氧体厚膜材料在1020～1080℃温度下保温烧结1.0～3.0h。该厚膜材料厚度为0.07～0.11mm，收缩率为22～23％。
具有高饱和磁化强度、窄线宽和高致密性等特性。从图1～4的照片可以看到，制备的环行器用NiCuZn铁氧体厚膜显微结构致密，晶粒大小均匀，平均粒径约为4.5～7.5μm。
