一种小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料的制作方法

本发明涉及微波铁氧体材料领域，尤其涉及一种小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料。

背景技术：

1、近年来，针对电子对抗、电子侦察、毫米波精密制导等领域的宽频带发展，对作为电子战系统核心宽带部件的磁调谐器件提出了在保持低损耗的同时具备高温度稳定性及超宽频带等技术特点。因此，更宽频带、超低功耗及高温度稳定性的磁调谐器件是当前和未来5～10年内磁调谐器件发展的总趋势。

2、c波段是电子对抗系统的主流频率段之一，石榴石型铁氧体单晶材料作为应用于常规c波段磁调谐器件中的关键功能材料，具备铁磁共振线宽（△h）小、损耗低等特性。但从已公开的报道来看，已实用化的石榴石铁氧体材料产品饱和磁化强度通常小于1850gs（147ka/m），而饱和磁化强度是影响器件带宽关键因素，因此现有的材料无法满足部分滤波器产品对特定宽频带（＞50mhz）的需求；而使用尖晶石型单晶材料，虽然可以实现器件的宽频带及温度特性要求，但由于材料铁磁共振线宽决定了器件损耗，其铁磁共振线宽又不满足器件的实际使用要求（器件要求：≤48a/m；尖晶石单晶最小线宽：约160 a/m，是石榴石单晶的4-5倍）；少数文献研究中使用mn元素等掺杂提升了石榴石的饱和磁化强度，但发明人实际测试发现其铁磁共振线宽及温度系数均明显变差(见对比例5)，温度系数直接影响器件频率漂移，进而对器件的温度稳定性产生重要影响，器件要求：＜2.0‰/℃，因此也达不到使用要求。

3、因此，亟需开发一种同时兼具小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度特点的单晶材料，以满足宽带宽、低损耗及高温度稳定性c波段磁调谐滤波器使用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的之一，就在于提供一种小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料，以解决背景技术存在的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料，其配方主成分是以摩尔百分比计的如下组分：

4、fe2o320.2～20.8 %

5、nd2o30.1～0.2%

6、in2o30.8～1.4%

7、y2o38.2-8.3%；

8、还包括摩尔百分比计的助熔剂成分：

9、pbo 36～38%

10、pbf227～30%

11、b2o31.0～7.0%。

12、常见的石榴石型铁氧体单晶材料的饱和磁化强度为16ka/m～141ka/m，在此基础上继续增加饱和磁化强度，会导致材料磁损耗明显增加，温度系数增大等性能恶化，无法满足宽带宽、低损耗及高温度稳定性c波段磁调谐滤波器的使用要求，为解决这一问题，本发明提供了一种兼具小线宽、高饱和磁化强度及高温度系数的石榴石铁氧体单晶材料。

13、本发明通过掺入微量的nd元素替代四面体位置的y元素，改善单晶的材料温度稳定性（减小温度系数）；通过适量的in元素替代八面体位置的fe元素，在增加材料的饱和磁化强度的同时保持较小的铁磁共振线宽。

14、本发明的目的之二，在于提供一种上述小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料的制备方法，包括以下步骤：

15、（1）称料：根据权利1配方设计结果，计算并称取所需各种高纯原料，每种原料称量精度：≤±0.05g；

16、（2）干法混料：将步骤（1）称取的各种原料搅拌并混合均匀放入坩埚中，混料时间为20～30min；

17、（3）预烧化料：将步骤（2）得到的混合料进行高温预烧化料；

18、（4）晶体生长：将步骤（3）化料后的预烧原料进行高温缓慢降温生长，先升温到1350～1450℃，保温4～8小时，再以0.3～1℃/h的速度降温至850-950℃，然后自然冷却至室温，获得晶体混合物。

19、（5）晶体分离：使用沸腾的酸类混合液对步骤（4）获得的晶体混合物进行酸煮，酸煮时间6～7天，得到晶体材料。

20、作为优选的技术方案：步骤（1）中，所述高纯原材料纯度≥99.99%。

21、作为优选的技术方案：步骤（3）中，预烧温度为900～1000℃，保温10～12小时。

22、作为优选的技术方案：步骤（5）中，酸类混合液组成为硝酸与醋酸，体积比例为1:1～2:1。

23、与现有工艺技术相比，本发明的优点在于：本发明针对高饱和磁化强度石榴型石铁氧体单晶材料进行研究，得到了饱和磁化强度ms 147～157 ka/m，温度系数 α＜2.0‰/℃，铁磁共振线宽δh≤48 a/m的兼具小线宽、高温度系数、高温度系数等特性的单晶材料，经过器件试用，本发明的单晶材料满足宽带宽、低损耗及高温度稳定性c波段磁调谐滤波器的使用要求；并且，本发明的制备方法工艺合理，适于批量生产及推广应用。

技术特征：

1.一种小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料，其特征在于，其配方主成分是以摩尔百分比计的如下组分：

2.权利要求1所述的小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述高纯原材料纯度≥99.99%。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，预烧温度为900～1000℃，保温10～12小时。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，酸类混合液组成为硝酸与醋酸，体积比例为1:1～2:1。

技术总结
本发明公开了一种小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度石榴石型铁氧体单晶材料，其配方主成分是以摩尔百分比计的如下组分：Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;（20.8～20.2%）、In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;（0.8～1.4%）、Nd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;(0.1～0.2%)、Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;（8.2‑8.3%），以及助熔剂成分；本发明的石榴石铁氧体单晶材料的饱和磁化强度Ms 147～157 kA/m，温度系数α＜2.0‰/℃，铁磁共振线宽ΔH≤48 A/m，在石榴石型单晶材料体系中具备显著的小线宽、高温度系数、高饱和磁化强度等特性，满足C波段磁调谐滤波器对宽带宽及低损耗的使用要求。

技术研发人员：魏占涛,帅世荣,李俊,刘庆元,李阳,游斌,聂勇,肖礼康,蓝江河
受保护的技术使用者：西南应用磁学研究所（中国电子科技集团公司第九研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16