低温烧结制备YIG多晶铁氧体的研究

YIG论文 微波铁氧体论文 离子取代论文 室温固相反应论文 ZBS玻璃掺杂论文
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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。
摘要第5-6页
Abstract第6-7页
1 绪论第10-26页
    1.1 引言第10-18页
        1.1.1 铁氧体简介第10页
        1.1.2 微波铁氧体的性能要求及分类第10-13页
        1.1.3 微波铁氧体的研究现状及发展趋势第13-18页
    1.2 YIG 的晶体结构及磁性来源第18-20页
        1.2.1 YIG 的晶体结构第18-19页
        1.2.2 YIG 的磁性来源第19-20页
    1.3 YIG 铁氧体的低温烧结技术及研究现状第20-24页
        1.3.1 离子取代第20-21页
        1.3.2 精细制粉第21-22页
        1.3.3 添加助烧剂第22-23页
        1.3.4 先进烧结工艺第23-24页
    1.4 论文选题及创新点第24-26页
        1.4.1 选题依据第24-25页
        1.4.2 课题来源第25页
        1.4.3 论文创新点第25-26页
2 实验第26-31页
    2.1 实验原料及主要设备第26页
        2.1.1 实验原料第26页
        2.1.2 实验设备第26页
    2.2 实验方案及工艺流程第26-30页
        2.2.1 实验方案第26-28页
        2.2.2 工艺流程第28-30页
    2.3 分析测试第30-31页
3 通过离子取代降低YIG 铁氧体烧结温度第31-39页
    3.1 样品制备第31页
    3.2 结果与讨论第31-37页
        3.2.1 粉料的粒度分析第31-33页
        3.2.2 样品的物相分析第33-35页
        3.2.3 样品的显微结构分析第35-37页
    3.3 本章小结第37-39页
4 室温固相合成YIG 纳米粉体制备YIG 铁氧体第39-49页
    4.1 样品制备第39-40页
        4.1.1 YIG 纳米粉体的制备第39页
        4.1.3 YIG 铁氧体的制备第39-40页
    4.2 结果与讨论第40-47页
        4.2.1 前驱体的综合热分析第40-42页
        4.2.2 YIG 纳米粉体的物相分析第42-43页
        4.2.3 YIG 纳米粉体的粒径及形貌分析第43-45页
        4.2.4 YIG 铁氧体的显微结构分析第45-46页
        4.2.5 YIG 铁氧体的性能表征第46-47页
    4.3 本章小结第47-49页
5 添加ZBS 玻璃助烧剂降低YIG 铁氧体烧结温度第49-57页
    5.1 样品制备第49页
    5.2 结果与讨论第49-56页
        5.2.1 样品的物相分析第49-51页
        5.2.2 样品的显微结构分析第51-55页
        5.2.3 样品的磁性能分析第55-56页
    5.3 本章小结第56-57页
结论第57-58页
致谢第58-59页
参考文献第59-64页
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的学术交流第64页
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