低温烧结复合取代YIG铁氧体制备工艺及电磁性能研究

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本文以Y2O3、Fe2O3、Bi2O3、V2O5、CaCO3、In2O3和SnO2为原料,采用传统陶瓷工艺制备了[Bi0.75Y1.05-xCa1.2+x](Fe4.4-xSnxV0.6)O12(即Snx:Bi-CVG)和Y2Bi1Fe5-xInxO12铁氧体材料。并在此基础之上,对传统陶瓷工艺进行改进,通过采用复式预烧烧结工艺和离子取代相结合的方法制备了Y2Bi1Fe5-xIn)xO12铁氧体。试样体积密度、微结构、软磁性能、介电性能及铁磁共振线宽分别通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)、软磁材料自动测试系统(MATS)、矢量网络分析仪和微波铁磁参数测量仪等进行了表征。结果表明:⑴适量添加Sn4+离子能降低Bi-CVG铁氧体的烧结温度和明显提高Bi-CVG铁氧体的软磁性能。随着Sn4+含量的增加,饱和磁化强度4πMs先增加后减小,矫顽力Hc和铁磁共振线宽(ΔH)起初显著降低,后略有增加。此外,所有试样中,在1075℃烧结温度下的试样[Bi0.75Y0.65Ca1.6](Fe4.0Sn0.4V0.6)O12具有致密的结构和最佳的磁性能:RD (相对密度) = 98.49%,Hc = 152.3 A/m,4πMs = 711.3×10-4T,ΔH = 2.1 kA/m。⑵In取代改善了Y2Bi1Fe5O12铁氧体材料的磁性能。适当的In取代提高了饱和磁化强度4πMs和剩磁Br,明显降低了矫顽力Hc。In取代在一定程度上降低了烧结温度。样品的介电性能没有随In2O3的添加发生明显的变化。x=0.4的样品,在1050℃烧结后制备的样品磁性能如下:ρ=5.88g/cm3,4πMs=1029.0×10-4T,Hc=710.2 A/m,ε′为10.014.0,tanδe为0.00150.0085。⑶采用复式预烧烧结工艺和离子取代相结合的制备方法可以使In掺杂Bi-YIG铁氧体烧结温度降低到1000℃,其饱和磁化强度4πMs和介电性能基本没有变化,剩磁Br略有下降,但矫顽力Hc下降明显。具体性能参数如下:4πMs=998.8×10-4T,Hc= 646.5A/m,Br= 451.6×10-4T,ε′为10.59513.257,tanδe为0.00090.0088,μ′为1.0451.298,tanδm为0.00250.0292。综上所述,我们对低温烧结复合取代YIG铁氧体的制备工艺及电磁性能进行了研究,成功制备了Sn取代Bi-CVG低温烧结材料,不仅满足了同银-钯(Ag-Pd:1145℃)电极共烧的要求,而且还明显改善了材料磁性能。采用复式预烧烧结工艺和离子取代相结合的制备方法可明显降低烧结温度,制备的材料满足与低成本的Cu电极实现低温共烧的目的。
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