[发明专利]一种应用于超高功率锁式移相器石榴石铁氧体材料

说明书

本发明公开了一种应用于超高功率锁式移相器石榴石铁氧体材料，其组成化学式具体表达为Y_3‑x‑2yGd_xCa_2yV_yIn_zCo_ξSi_ξFe_{5‑2ξ‑y‑z‑θ}O₁₂；其中0＜x≤3，0＜y＜1，0＜z＜1，0＜ξ≤0.06，0＜θ≤0.5，θ为缺铁量。本发明通过Co²⁺‑Si⁴⁺小量联合取代，可以获得兼顾良好高功率特性和高剩磁比的石榴石铁氧体材料。

技术领域

本发明属于微波技术和磁性材料领域，是一种应用于超高功率锁式移相器石榴石铁氧体材料，主要是用作微波系统中高功率锁式移相器的旋磁材料。

背景技术

大功率器件锁式移相器，不仅要求微波铁氧体材料具有合适的饱和磁化强度、小的介电损耗和高的自旋波线宽，还要具有高的剩磁比及低的温度系数等特性。石榴石铁氧体与锂铁氧体等系列材料相比，具有较高耐功率特性和较小的损耗，但是其矩形性能并不理想，剩磁比相对较小。高功率锁式移相器对石榴石铁氧体材料的要求主要有：高的自旋波线宽和高的剩磁比。

目前可用于高功率的或具有高剩磁比的石榴石铁氧体材料，国内外已有一些文献或专利报道。其中具有高功率特性如美国专利AD-601-632(1965年)和国内专利CN1286127C中所述的石榴石铁氧体材料，其化学式：Y_xGd_3-xAl_0.5Fe_4.5O₁₂和Y₃Fe_5-5yAl_5yO₁₂；CN1600741A中所述的石榴石铁氧体材料，其化学式为：Y_3-xGd_xFe_t-2y-zCo_ySi_yAl_zO₁₂、Y_3-x-uGd_xFe_t-2y-u-zCo_ySi_yAl_zO₁₂和Y_3-xGd_xFe_t-2y-v-zCo_yln_vSi_yAl_zO₁₂。以上专利所述的石榴石铁氧体大都属于高功率石榴石铁氧体材料，并没有讲述材料的剩磁比特性。专利CN201510802358.0中描述了一种应用于高功率移相器的石榴石铁氧体材料及制备方法，主要讲述了利用Mn³⁺这单一离子掺杂提高材料剩磁比的技术方法。大功率锁式移相器需要材料兼顾良好的高功率特性和高的剩磁比，国内外在这俩方面还应该有所关注。

通常为了改善石榴石铁氧体的矩形性能，获得高的剩磁比，必须使材料中的气孔减少，或应力能λσ下降，从而使磁晶各向异性的作用居于首要地位，λ为磁致伸缩系数。一般而言，其体积的变化引起剩磁的变化可以由下式表示：

其中R为材料的剩磁比，P为样品的气孔率，K₁为材料的磁晶各向异性常数。上式可以看出，剩磁比R的变化与P，λ之积成正比，与K₁值成反比，所以，为了避免应用中剩磁受到外界的影响，工艺上我们需要提高材料的致密度降低气孔率，同时改进材料的配方，使磁致伸缩系数λ尽可能接近于0。在此原则上，人们可以以少量的Ce³⁺取代Y³⁺，或少量的Mn³⁺取代Fe³⁺时可使磁致伸缩系数下降，从而提高剩磁比。为了同时满足高功率特性，一般还会掺杂快驰豫离子Ho³⁺、Dy³⁺等，然而少量快驰豫离子的掺杂会影响材料剩磁比的提高，这对同时满足高功率和高剩磁比是不利的。