混合掺杂W型钡铁氧体自偏置旋磁材料研究

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六角晶系的钡铁氧体,因其高的磁晶各向异性内场,成为微波高频铁氧体的研究首选。其高的饱和磁化强度,强的磁晶各向异性场(自偏置性能)等,这些良好的旋磁特性适用于环行器与隔离器中,以此提高器件的可靠性并实现小型化与集成化。W型钡铁氧体有着很强的单轴磁晶各向异性,高的饱和磁化强度、矫顽力和居里温度。所以该论文的主要研究内容为单相W型钡铁氧体材料的制备、晶粒取向、材料结构与性能的基本关系、离子取代改性的基本规律,以提高材料磁滞回线矩形比。本论文的第一部分为研究BaW材料的单相制备工艺,实验选取氧化物法,首先固定烧结温度值,单指标改变粉体制备实验的步骤和参数来优化粉体制备工艺;其次固定粉体制备工艺流程,对不同烧结温度下所得样品进行性能分析。结果显示:提高预烧温度到1200℃-2h,能够促进晶粒前期生长,提高最终材料晶粒大小。预烧前干压成型对于最终烧结所得样品的微观形貌有着略微的影响,对于旋磁性能有正面的影响,可以增加磁滞回线的矩形比。烧结温度在1100℃与1150℃之间,得到样品磁性能最优。本论文的第二部分为W型钡铁氧体的离子取代改性研究。Co2+部分取代Zn2W中的Zn2+离子,化学式为Ba(Zn1-x-x COx)2Fe16O27(x=0.20,0.30,0.40)。结果显示:随着Co2+离子含量的增加,矫顽力有着降低的趋势。随着Co2+的掺杂量的提升,饱和磁化强度有所增加,但所得样品剩磁并不高。磁滞回线的矩形比Mr/Ms也较低,最高矩形比达48.87%。这是因为Co2+的掺杂能弱化BaW型铁氧体的主轴从优特性,使得材料的磁晶各向异性趋向平面从优特性。Zn2+与Ti4+部分取代Zn2W中的Fe3+离子,化学式为BaZn2(ZnTi)xFe16-2xO27(x=0,0.5,1.0,1.5)。并在该实验中,为了提高材料的自偏置性能,样品的制备工艺中采用了湿压磁场成型代替之前的造粒成型步骤。结果显示:随着Zn2+离子与Ti4+离子掺杂量的增加,晶粒平均直径减小,没有影响到W型钡铁氧体的磁滞回线形状。矫顽力随着掺杂量的增多略微减小。材料的磁晶各向异性等效场Ha约10kOe,随着掺杂量x的增大磁晶各向异性场有着略微减小的趋势。饱和磁化强度随着x的增加有着较明显的减小,随着掺杂量的增加饱和磁化强度从3385G减小到2903G。但是磁滞回线的矩形比得到大幅度提升最高达87%(此时烧结温度为1140℃,x=1.0)。VSM测试沿易轴与难轴两个方向的磁滞回线,所得矩形比相差约60%,进一步印证了材料具有c轴从优特性,湿压磁场取向工艺步骤能够有效的提升旋磁材料的磁滞回线矩形比,优化其自偏置性能,使W型Ba铁氧体满足自偏置环行器等微波毫米波非互易器件的应用要求。
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