科晶文獻角-高性能YIG靶材制備工藝
發布時間：2020-08-06
鐵氧體材料：
鐵氧體材料是鐵元素與其他一種或多種金屬元素組成的復合氧化物。它和金屬元素比，有更高的電阻率，通常在102到108?/cm，具有非金屬的導電性。由于微波階段電磁波不能穿透一般金屬，而鐵氧體的介電常數較小，通常在10到20之間，微波可以貫穿，所以鐵氧體材料適合制作微波器件。
分類：
鐵氧體 按磁學特性分 | 軟磁鐵氧體 | |
永磁鐵氧體 | ||
旋磁鐵氧體 | 按晶體分： 尖晶石型鐵氧體 磁鉛石型鐵氧體 石榴石型鐵氧體 | |
矩磁鐵氧體 | ||
壓磁鐵氧體 | ||
釔鐵石榴石鐵氧體（Y3Fe5O12，簡稱 YIG）是一種有出色磁學特性的鐵氧體材料，因為其良好的旋磁效應和較低的鐵磁共振線寬而被大量應用于制作微波器件。
YIG制備工藝：
傳統工藝 | 氧化物法：又叫固相燒結法。最常用的制備 YIG 塊材方法，將原料按比例混合第一次球磨，利于后面預燒反應。球磨后就是取出烘干，預燒；然后二次球磨，再烘干，然后進入最后的造粒成型，燒結成塊。 | 優點：原料的配比可以準確控制；生產工藝簡單，適合大規模生產。 缺點：對金屬氧化物原料的純度要求較高；獲得的樣品顆粒較大，不夠致密；而且需要大量時間。 |
化學共沉淀法：將反應原料硝酸釔與硝酸鐵按比例混合形成溶液，利用混入PEG-20000 非離子表面活性劑的氨水作為沉淀劑。混合溶液滴入沉淀劑時引入超 聲波與磁力攪拌，沉淀得到前軀體。最后通過烘干，研磨，壓片燒結成型。 | 優點：材料大小均勻，易提純，活性好；對設備要求低，可以實現工業生產。 缺點：在沉淀時易生成雜質。 | |
溶膠凝膠法：將反應原料硝酸釔與硝酸鐵按比例混合形成溶液，加入絡合劑檸檬酸，并加入氨水調節 p H 值，在水浴攪拌后形成溶膠。溶膠干燥后研磨，預燒去除有機物，最后壓片燒結成型。 | 優點：反應條件溫和，燒結溫度較低；樣品純度高；設備簡單。 缺點：樣品的收縮率高，要去除很多殘留物； 溶膠凝膠法的生產還會對環境造成危害。 | |
新型工藝 | 兩步燒結制備工藝： 先將得到的納米級別YIG粉體壓片,制出生坯，過程如下： (1) 將取出的YIG粉末放入研缽研磨均勻，然后加入質量為YIG粉末質量的5%的聚乙烯醇溶液（PVA）作為粘合劑，溶液濃度為8%。研磨均勻后，將其倒入模具中，用200MPa 壓制第一次成型。 (2) 將首次成型的生坯倒出，再從新用研缽研磨成粉過篩，篩子用80目和140目的。取中間的顆粒均勻的粉體壓片，同樣以200MPa 壓強壓制成片。將壓出的片放入馬弗爐進行排膠，以4℃/min升溫到650℃保溫 3 小時，排除 PVA，得到排完膠的片。 (3) 接下來排完膠的YIG 塊材采用兩種燒結方法。首以10℃/min 的速率升到不同的溫度 T（1100-1400℃），不保溫，立刻以25℃/min 的速率降到室溫，以此燒結后結果反應的密度與晶粒尺寸變化規律，來確定兩步燒結的T1和T2。 (4) 在兩步燒結時，將YIG塊材以10℃/min 升到T1，然后立馬以25℃/min的速率降到T2，保溫不同的時間t，最后以最優的燒結條件得到晶粒小而致密的YIG塊材。 | 優點：能在抑制晶粒生長的同時得到致密化的樣品； |
內容摘至《高性能YIG靶材及薄膜的制備與性能的研究》
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