具有增强谐振频率改进的z型六方铁氧体材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及一种制备可用于电子应用（特别的，可用于射频(RF)电子设 备，例如天线）中的组分和材料的方法。
【发明内容】
[0002] 本文公开了一种高谐振频率材料的实施例，该材料包括:一种增强的z型六方铁氧 体，其含有取代了锶原子的一些钡原子和取代了铝原子的一些铁原子，该种增强的z型六方 铁氧体具有的化学式为Ba 3-XSrxCo2Fe24IAlyO 41，并且具有大于大约500MHZ的谐振频率。
[0003] 在一些实施例中，0〈x〈1.5并且0〈y〈0.9。在一些实施例中，义=1.5并且7 = 0.9。在 一些实施例中，X = 1.5并且y = 0.3。在一些实施例中，该增强的z型六方铁氧体具有大于 IGHZ的谐振频率。
[0004] 本文公开了一种由一种高谐振频率材料形成的射频装置的实施例，该材料包括： 一种增强的Z型六方铁氧体，其含有取代了锶原子的一些钡原子和取代了铝原子的一些铁 原子，该种增强的Z型六方铁氧体具有的化学式为Ba 3-xSrxC〇2Fe24- yAly041，并且具有大于大 约500MHZ的谐振频率。
[0005] 本文公开了一种由一种高谐振频率材料形成的高频天线的实施例，该材料包括： 一种增强的z型六方铁氧体，其含有取代了锶原子的一些钡原子和取代了铝原子的一些铁 原子，该种增强的z型六方铁氧体具有的化学式为Ba 3-xSrxC〇2Fe24- yAly041，并且具有大于大 约500MHZ的谐振频率。
[0006] 本文还公开了一种具有有利的微波性质的材料组分的实施例，该材料组分包括： 一种增强的z型六方铁氧体，其含有取代了锶原子的一些钡原子和取代了三价离子的一些 钴原子，该种增强的z型六方铁氧体具有的化学式为Ba 3-xKxC〇2-xM(III)xF e24041，M(m)为三价 离子。
[0007] 在一些实施例中，Μ(ΠΙ)选自由硅、锰、铟、铬、镓、钴、镍、铁、镱、或任何镧系元素离 子构成的组。在一些实施例中，〇〈x〈〇.5。在一些实施例中，Μ (ΠΙ)为钴、锰、铬、铟或镱，且其中 X = 0.5。在一些实施例中，该材料具有大于IGHZ的谐振频率。
[0008] 本文还公开了一种包括一种具有有利的微波性质的材料组分的高频天线的实施 例，该材料组分包括:一种增强的ζ型六方铁氧体，其含有取代了锶原子的一些钡原子和取 代了三价离子的一些钴原子，该种增强的ζ型六方铁氧体具有的化学式为Ba 3-xKxC〇2-xM(m) xFe24〇4i，M(m)为三价离子。
[0009] 本文还公开了一种增加六方铁氧体材料的谐振频率的方法的实施例。该方法包 括:混合含有钡、钴、铁和氧的前体材料的混合物，至少所述前体材料中的一些钡被取代为 锶，且至少所述前体材料中的一些铝被取代为铁或者至少一些钡被取代为钾;干燥该混合 物；加热该干燥后的混合物;研磨该干燥后的混合物以形成一种混合的颗粒;干燥该颗粒； 压制该干燥后的颗粒；以及烧结该压制后的颗以形成六方铁氧体，其具有大于500MHz的谐 振频率。
[0010] 在一些实施例中，没有使用碱添加剂。在一些实施例中，该六方铁氧体材料是Ba3-xSr xC〇2Fe24-yAly〇4i，x为介于0和1.5之间，且y介于0和0.9之间。在一些实施例中，该六方铁 氧体材料是Ba 3-xKxCo2-xM(m) xFe24〇4i，Μ(ΠΙ)为三价离子，且X为介于0和0.5之间。在一些实施 例中，该六方铁氧体材料具有大于IGHz的谐振频率。
[0011] 在一些实施例中，该方法可以还包括由该六方铁氧体材料形成一种射频装置。在 一些实施例中，该方法可以还包括由该六方铁氧体材料形成一种高频天线。
【附图说明】
[0012] 图1示出了在500倍放大的一个实施例中的Co2Z的微结构。
[0013] 图2Α-Β示出了本公开的ζ型六方铁氧体材料的实施例的阻抗谱。
[0014] 图3Α-Β示出了本公开的ζ型六方铁氧体材料的实施例的晶体结构。
[0015] 图4示出了形成本公开的六方铁氧体材料的方法的实施例的流程图。
[0016] 图5示出了形成本公开的六方铁氧体材料的方法的实施例的流程图。
[0017] 图6示出了在制备材料时没有zeta研磨和低温烧制的情况下获得的较低的谐振峰 的结果的阻抗图。
[0018] 图7示出了在材料被zeta研磨和高温烧制的情况下获得的较低的谐振峰的结果的 阻抗图。
[0019] 图8示出了在使用了本方法的实施例来处理六方铁氧体材料的情况下获得的较高 的谐振峰的结果的阻抗图。
[0020] 图9示意性地示出了引入了本公开的六方铁氧材料的实施例的循环器的示例。
[0021] 图10示出了引入了本公开的六方铁氧材料的实施例的电信基站系统。
【具体实施方式】
[0022] 本文所公开的六方铁氧体材料的实施例，特别是ζ型六方铁氧体材料，其可以具有 有利的用于高频应用的增强的特性。例如，该公开的六方铁氧体可以经历原子取代以在增 加磁导率的同时保持低损耗水平。另外，该公开的六方铁氧体材料可以具有改进的铁磁共 振带宽，其可特别地用于高频应用中。因此，由于该公开的六方铁氧体材料的实施例的增强 的特性，它们可特别地用于微波领域的商业和军事应用。
[0023] 磁性介电材料(或磁性材料），例如该公开的六方铁氧体材料，其可特别地用于射 频(RF)装置，例如天线、变压器、电感器、吸收器和循环器以及其它。一些由磁性材料提供的 期望的特性可以是有利的小型化因子、减少的场浓度以及更好的阻抗匹配。由于其具有微 波(100MHz-20GHz)频率下的高磁导率，六方铁氧体系统可特别的有利。
[0024] 六方铁氧体，例如Z相钴钡铁氧体(Ba3Co2Fe 24Cki)，通常简称为Co2Z,是通常用于高 频天线和其它射频装置的磁介电材料。图1示出了在500倍放大下的一个实施例中的0)22的 微结构。六方铁氧体系统包括通常交互生长介于磁铅矿结构和尖晶石结构之间的晶体结 构，其含有钡(Ba)或锶(Sr)，二价阳离子(例如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、或锰(Mn))以及三价 铁。六方铁氧体可以形成为多种不同的基于磁铅矿单元的晶体结构。这些结构包括M相 (BaFei2〇i9)，W相（BaMe2Fei6〇27)，Y相（Ba2Me2Fei2〇22)以及Z相（Ba3Me2Fe24〇42)。虽然本文描述 的是Z相六方铁氧体，但应当理解的是，其它的相也可以并入公开的方法中。
[0025] 磁介电材料中的最近的进步，例如六方铁氧体，部分是由于小型化高频天线的同 时保持期望的带宽、阻抗和低介电损耗的需求所驱动。另外，也希望能增加天线的频率上 限，其主要是由所用材料的谐振频率决定。为改进(： 〇22和其它六方铁氧体的性能特点，现有 技术的方法主要着眼于将Co2Z*的某些化学元素取代为其它。举例来说，此种方法包括用 少量的碱金属例如钾(K)、钠(Na)、或铷(Rb)来掺杂Co 2Z，以改进该材料在高频下的磁导率， 其继而会增加可用的频率范围。然而，这些化学取代方法仅获得了有限的成功。
[0026] 因此，本文公开了六方铁氧体的实施例，其具有比现有技术材料更高的改进的谐 振频率，还公开了制造该六方铁氧体的方法。特别地，本公开的实施例公开了改进用于高频 应用的六方铁氧体材料的性质特点的方法和处理技术，例如改进该材料的谐振频率。某些 优选的实施例提供了制造 Z相六方铁氧体系统Ba3Co2Fe24O42(Co 2Z)的改进的方法和处理技 术，该六方铁氧体系统具有减少的磁致收缩、改进的谐振频率，和/或更高频率下扩展的磁 导率。
[0027] 天线性能的优点的两个因素包括小型化因子和带宽。首先，小型化因子由该公式 决定：
[0028] deff = d〇(eryr)-1/2
[0029]其中deff/d。是小型化因子，^是天线材料的介电常数，而μ#天线材料的磁导率。 Er和都依赖于磁性氧化物天线的频率。
[0030] 第二，有效带宽(或效率)由该公式决定：
[0031] η = η〇(μΓ/εΓ)1/2
[0032] 其中ri/ri。描述了材料的效率(或带宽）。该效率在以1最大时最大化。另外，如果yr = 则有对于自由空间的完美的阻抗匹配。因此，在给定频率下，小型化因子与磁导率和介 电常数的乘积的平方根成正比。因此，射频辐射的磁相互作用可以被利用以小型化具有介 电组分的天线，例如Co2Z组分。另外，该材料为绝缘的以及磁导率和介电常数为尽可能彼此 接近的是有利的，可由此最小化阻抗失配和反射损耗。
[0033] 另外，相对磁导率和相对介电常数是表示高频应用的磁性材料的指示性能。相对 磁导率是材料相对于真空磁导率的对施加的磁场的线性响应度的度量(μτ=μ/μ。）。相对介 电常数（e r)是材料相对于真空极化率的电子极化率的相对度量。通常，磁导率(μ'）可被分 成两个部分：自旋Xsp，其响应于高频，而畴壁运动Xd w，其在微波频率衰减。磁导率通常可表 /J