一种基于流延工艺环行器基板的制备方法与流程

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及具有窄线宽和适用于X波段环行器的YIG铁氧体材料的基板制备技术领域。

背景技术：

铁氧体微带环行器是当代通信系统中的一个重要元器件，在微波市场中和快速增长的无线通信市场中扮演着非常重要的角色，大量应用于航天、通信、医疗等领域，是各种移动通信设备中不可或缺的关键器件。X波段（8~12GHz）微带铁氧体环形器在雷达系统中具有重要作用，可以和微带介质腔稳频振荡器及微带混频器共同组成X波段多普勒雷达的集成前端，具有小型、轻便等优点，更适合用于便携设备和飞行器。

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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有适用于X波段 (4πMs为1800Gauss左右)，而且具有温度稳定性好、低线宽、介电损耗小等优点的一种基于流延工艺X波段铁氧体环行器基板的制备方法。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了X波段环行器用YIG 铁氧体厚膜材料制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1.主料配方：采用Y_3-xCa_xSn_xFe_5-xO₁₂，x=0.06；

2.一次球磨：采用行星式球磨机，利用锆球，在241r/min的条件下

3.预烧：在1000℃~1200℃条件下预烧，保温1~3小时；

4.掺杂：加入以下添加剂：0.2wt%Bi₂O₃，0.10wt%BaTiO₃；

5.二次球磨：粉料加入40~50wt%的有机粘合剂和40~50wt%的无水乙醇，球磨4~8小时；

6.流延成型：将浆料通过流延得到厚度为100~120μm的生膜带；

7.叠层：根据厚度需要，生膜带叠片为8~15层，在6MPa下压制成型；

8.烧结：在空气氛围中与1360~1440℃下保温4小时。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明采用氧化物陶瓷流延工艺，结合致密化烧结技术，研制了适用于X波段微带环行器基于YIG铁氧体材料的厚膜基板的制备方法。石榴石型YIG(Y₃Fe₅O₁₂)铁氧体材料由于其具有良好的电磁与旋磁性能，而广泛地应用在微波器件中，如环行器、隔离器等。利用厚膜流延工艺可以制备饱和磁化强度在1800Gauss，温度稳定性好，铁磁共振线宽窄，低介电损耗的铁氧体微波器件，结合仿真，可以得出本发明有利于拓宽X波段铁氧体环行器带宽，具有低回波损耗、低插入损耗，以及高隔离度等优点。

附图说明

图1为本发明一个实施例1中制备YIG铁氧体材料的扫描电镜照片；

图2为本发明一个实施例2中制备YIG铁氧体材料的扫描电镜照片；

图3为本发明一个实施例3中制备YIG铁氧体材料的扫描电镜照片；

图4为本发明一个实施例1、2中制备YIG铁氧体材料的饱和磁感应强度照片；

图5为本发明一个实施例1、2中制备YIG铁氧体材料的密度照片；

图6为本发明一个实施例1、2中制备YIG铁氧体材料的剩磁照片；

图7为本发明一个实施例1、2中制备YIG铁氧体材料的矫顽力照片；

图8为本发明一个实施例3中制备YIG铁氧体材料的饱和磁感应强度照片。

具体实施方式

本发明提供了一种基于流延工艺环行器基板的制备方法，本发明的YIG铁氧体厚膜材料主配方按分子式计算，添加剂成分按质量百分比计算。本发明所述的基于YIG铁氧体利用流延工艺制备的铁氧体厚膜包括以下步骤：

实施例1：

1）主料配方：采用Y_3-xCa_xSn_xFe_5-xO₁₂，x=0.06；

2）一次球磨：采用行星式球磨机，利用锆球，在241r/min的条件下，球磨4~8小时；

3.预烧：在1000℃~1200℃条件下预烧，保温1~3小时；

4.掺杂：加入以下添加剂：0.2wt%Bi₂O₃，0.10wt%BaTiO₃；

5.二次球磨：采用行星式球磨机，粉料在原有基础上加入40~50wt%的有机粘合剂和40~50wt%的无水乙醇，利用锆球，在241r/min的条件下，球磨4~8小时；

6.流延成型：将上述步骤所得浆料通过流延得到厚度为100~120μm的生膜带；

7.叠层：根据厚度需要，生膜带叠片为8~15层，在6MPa下压制成型；

8.烧结：在空气氛围中与1400℃下保温4小时。

9.测试：经过以上工艺制备出的YIG铁氧体厚膜，采用扫描电子显微镜（SEM）观测样品显微结构，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，采用8232测试样品饱和磁感应强度、剩磁、矫顽力以及矩形比。

实施例2：

1）主料配方：采用Y_3-xCa_xSn_xFe_5-xO₁₂，x=0.09；

2）一次球磨：采用行星式球磨机，利用锆球，在241r/min的条件下，球磨4~8小时；

3.预烧：在1000℃~1200℃条件下预烧，保温1~3小时；

4.掺杂：加入以下添加剂：0.2wt%Bi₂O₃，0.10wt%BaTiO₃；

5.二次球磨：采用行星式球磨机，粉料在原有基础上加入40~50wt%的有机粘合剂和40~50wt%的无水乙醇，利用锆球，在241r/min的条件下，球磨4~8小时；

6.流延成型：将上述步骤所得浆料通过流延得到厚度为100~120μm的生膜带；

7.叠层：根据厚度需要，生膜带叠片为8~15层，在6MPa下压制成型；

8.烧结：在空气氛围中与1400℃下保温4小时。

实施例3：

1.主料配方：采用Y_3-xCa_xSn_xFe_5-xO₁₂，x=0.06；

2.一次球磨：采用行星式球磨机，利用锆球，在241r/min的条件下，球磨4~8小时；

3.预烧：在1000℃~1200℃条件下预烧，保温1~3小时；

4.掺杂：加入以下添加剂：0.2wt%Bi₂O₃，0.10wt%BaTiO₃；

5.二次球磨：采用行星式球磨机，粉料在原有基础上加入40~50wt%的有机粘合剂和40~50wt%的无水乙醇，利用锆球，在241r/min的条件下，球磨4~8小时；

6.流延成型：将上述步骤所得浆料通过流延得到厚度为100~120μm的生膜带；

7.叠层：根据厚度需要，生膜带叠片为8~15层，在6MPa下压制成型；

8.烧结：在空气氛围中与1420℃下保温4小时。