[发明专利]高介电中等饱和磁化强度石榴石铁氧体材料及制备方法

说明书

高介电中等饱和磁化强度石榴石铁氧体材料及制备方法，涉及材料技术。本发明的石榴石铁氧体材料化学式为Bisubgt;a/subgt;Casubgt;b/subgt;Ysubgt;c/subgt;Zrsubgt;d/subgt;Vsubgt;e/subgt;Fesubgt;5‑d‑e‑δ/subgt;Osubgt;12/subgt;，其中，0≤a≤1.2，0≤b≤1.46，0.34≤c≤1.8，0≤d≤0.45，0≤e≤0.505，0≤δ≤0.3，δ为缺铁量。本发明的石榴石铁氧体材料的介电常数为23～25，且同时具有中等的饱和磁化强度、铁磁共振线宽可低至30Oe、介电损耗低至2.0×10supgt;‑4/supgt;、居里温度高达205℃，未使用除钇以外的其他稀土元素。该材料不仅可以有效降低微波铁氧体器件的尺寸，还可以降低器件的插入损耗，增加器件带宽，且成本低。

技术领域

本发明涉及材料技术，特别涉及一种无镧系元素的高介电常数、中等饱和磁化强度石榴石铁氧体材料及其制备方法，特别是应用于雷达、5G通信系统中铁氧体器件，属于微波铁氧体材料领域。

背景技术

随着近年来微波技术的迅猛发展，系统对于元器件小型轻量化和高性能提出了更高要求。作为5G、雷达等通讯系统重要部件的微波铁氧体环行器，其发展方向已转向小型轻量化、低损耗和大带宽，并且这种要求越来越高，甚至达到苛刻的程度，因此，发展该类型环行器/隔离器已迫在眉睫。与其它种类的铁氧体相比，多晶石榴石铁氧体具有低损耗的显著优势，其铁磁共振线宽可小于30Oe，已成为X波段以下铁氧体环行器的首选材料。根据铁氧体器件设计理论，铁氧体材料的介电常数越大，越有利于铁氧体器件实现小型轻量化。另外，将铁氧体材料嵌入电介质材料中制成环行器基板，不仅能够有效降低环行器的插入损耗，而且能够拓宽环行器的带宽。但常规石榴石铁氧体材料的微波介电常数约14左右，已不能满足人们对环行器铁氧体材料的新要求。因此，开发出高介电常数、低损耗的石榴石铁氧体材料已成为实现微波铁氧体器件小型轻量化和大带宽的关键途径。

目前针对高介电低损耗YIG的研究，主要集中于对Y³⁺和Fe³⁺的取代。中国专利公开号为CN109563640A的《温度不敏感介电常数石榴石》专利，采用氧化物陶瓷工艺制备的Bi_1.4Ca_a+2bZr_aV_bFe_5.03-a-bO_11.97铁氧体。当a＝0.4，b＝0.6时，4πM_s＝1046Gs，ΔH＝48Oe，ε′＝25.94，tanδ_ε＝8.4×10^-4，T_c＝196.16℃。但该材料的介电损耗相对偏大，居里温度相对较低，不利于提高环行器带宽。当a＝0.6，b＝0.5时，4πM_s＝1120Gs，ΔH＝31Oe，ε′＝27.52，tanδ_ε＝5.7×10^-4，T_c＝145.5℃。该材料铁磁共振线宽和介电损耗低，但居里温度相对较低，器件的工作温度范围相对较窄。