X波段准平面化环行器用M型六角铁氧体制备技术研究
发布时间：2021-11-15 03:08
传统X波段环行器工作时需给铁氧体基片外加磁钢（其体积和重量约占微波器件的80%以上）以提供偏置磁场,才能实现环行功能,这必将增加器件重量和体积,很难满足微波集成电路系统小型轻量化的需求。磁铅石型六角铁氧体材料具有高的矫顽力、高的剩磁比和高的各向异性场,可在铁氧体内部形成自建“内场”,为环行器工作提供自偏置场,完全摆脱外置磁钢束缚,实现准平面化特性,这将极大地减小环行器的重量、体积,实现器件小型化、轻量化和集成化的目的。因此,基于X波段准平面化环行器用M型六角铁氧体材料制备技术研究具有十分重要的战略意义。本论文以准平面化环行器基板材料的性能需求为基础,采用传统氧化物陶瓷法制备BaM六角铁氧体,并基于第一性原理计算了BaM六角铁氧体的离子占位,深入探究了BaM六角铁氧体的离子取代、制备工艺和添加剂与性能间的作用关系。首先,采用传统氧化物陶瓷法制备Sc取代BaM六角铁氧体,研究了Sc取代对BaM六角铁氧体性能的影响。研究结果表明:（1）Sc取代的BaM六角铁氧体物相均为纯相,表明Sc离子完全进入晶格,但Sc取代会抑制晶粒的生长,导致材料微结构变差;（2）通过第一性原理和麦克斯韦-玻尔兹曼分布...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BaM六角铁氧体晶胞结构示意图
电子科技大学硕士学位论文10图2-1铁氧体环行器工作区域示意图针对铁氧体材料的饱和磁化强度4πMs，一般而言，环行器在不同工作频段需求的饱和磁化强度不同，如公式(2-3)所示。4sMPf(2-3)其中，P为归一化饱和磁导率，f为环行器工作时的中心频率，γ为旋磁比。环行器工作区域越靠近铁氧体材料的铁磁共振区，材料的微波损耗越大，会导致环行器插入损耗上升。此外，由于环行器应用广泛，工作环境温度多变，因而对其工作时的温度稳定性要求较高，而温度稳定性是由基板材料的居里温度Tc决定的。因此，准平面化环行器还要求BaM六角铁氧体兼具适宜的饱和磁化强度4πMs以及较高的居里温度Tc。综上所述，满足准平面化环行器用BaM六角铁氧体基板材料需求的性能参数为：适宜的饱和磁化强度4πMs、高剩磁比Mr/Ms、较大矫顽力Hc、可调的磁晶各向异性Ha、低铁磁共振线宽ΔH、高居里温度Tc。（1）饱和磁化强度4πMs从宏观角度来说，磁化强度是用来描述物质磁性的强弱。当磁体处于磁中性状态时，磁体内部磁矩排列混乱，磁矩间相互抵消，对外不显磁性。当对处于磁中性状态的磁体施加磁场时，磁矩受到磁场的作用将转向与外加磁场相同的方向，对外显示有磁性，这个磁性的大小即磁体的磁化强度。随着外加磁场的逐渐增大，
第三章Sc取代对BaM六角铁氧体性能的研究15仪（KeysightPerformanceNetworkAnalyzer）在零场条件下通过共面波导（GCPW）表征铁磁共振（FMR）线宽。3.2.2Sc取代BaM六角铁氧体物相及微结构的影响对特定离子占位进行分析需要建立在该离子取代后的烧结样品为纯相的基础上，因此需要对Sc取代BaM六角铁氧体烧结样品的物相结构进行研究。图3-1为BaFe12-xScxO19（x=0.0、0.3、0.5、0.7和1.0）铁氧体的X射线衍射分析图，由图可知当Sc取代量为0.0、0.3、0.5、0.7和1.0时，烧结样品的结构衍射峰型均与标准BaM六角铁氧体粉末衍射卡片（JCPDF#43-0002）基本一致，均呈纯钡铁氧体相。同时衍射图谱中显著增强的（006）和（008）峰表明，BaFe12-xScxO19六角铁氧体表现出很强的c轴取向。图3-1BaFe12-xScxO19（x=0.0、0.3、0.5、0.7和1.0）铁氧体的X射线衍射图BaFe12-xScxO19晶格常数（a=b和c）可由XRD衍射图通过Jade软件计算导出。如表3-1所示，随着Sc取代量的增加，晶格常数a略有增加，晶格常数c则呈现先增加后减小的趋势，这是由于Sc3+离子半径大于Fe3+离子半径[49]，并且当Sc取代量大于0.5时，烧结样品会产生一种非线性磁结构[50]。同时由计算可得，c/a的值在3.89~3.95范围内，这表明Sc离子已经完全进入晶格[51]。此外根据公式（3-1）计算出Lotgering因子来评估织构化BaFe12-xScxO19的取向度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Perpendicularly oriented barium ferrite thin films with low microwave loss,prepared by pulsed laser deposition[J]. 陈大明,李元勋,韩莉坤,龙超,张怀武. Chinese Physics B. 2016(06)
[2]球磨工艺对钡铁氧体浆料粒径和磁性能的影响[J]. 周婷,张蓉,李雪莹,雷玉明,李岱. 中国粉体技术. 2010(02)
[3]SiO2·Bi2O3对NiZn铁氧体的烧结和磁性能的影响[J]. 何新华,张庆秋. 中国陶瓷. 2003(02)
博士论文
[1]高性能M型钡铁氧体及在毫米波环行器中的应用研究[D]. 邬传健.电子科技大学 2018
[2]低温共烧结LiZn旋磁复合铁氧体材料研究[D]. 周廷川.电子科技大学 2016
[3]高频铁氧体材料的磁介性能调控研究[D]. 郑宗良.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]L波段环行器用石榴石铁氧体及应用研究[D]. 丁一.电子科技大学 2019
[2]锶钡铁氧体自偏置环行器研究[D]. 孙延龙.电子科技大学 2012
[3]环行器用六角钡铁氧体厚膜的研究[D]. 钟宇飞.电子科技大学 2011
[4]高性能六角锶铁氧体的磁性研究[D]. 邱士星.安徽大学 2010
[5]六角M型钡铁氧体材料的低温烧结与基本磁性能研究[D]. 李娅波.电子科技大学 2008
本文编号：3495905
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BaM六角铁氧体晶胞结构示意图
电子科技大学硕士学位论文10图2-1铁氧体环行器工作区域示意图针对铁氧体材料的饱和磁化强度4πMs，一般而言，环行器在不同工作频段需求的饱和磁化强度不同，如公式(2-3)所示。4sMPf(2-3)其中，P为归一化饱和磁导率，f为环行器工作时的中心频率，γ为旋磁比。环行器工作区域越靠近铁氧体材料的铁磁共振区，材料的微波损耗越大，会导致环行器插入损耗上升。此外，由于环行器应用广泛，工作环境温度多变，因而对其工作时的温度稳定性要求较高，而温度稳定性是由基板材料的居里温度Tc决定的。因此，准平面化环行器还要求BaM六角铁氧体兼具适宜的饱和磁化强度4πMs以及较高的居里温度Tc。综上所述，满足准平面化环行器用BaM六角铁氧体基板材料需求的性能参数为：适宜的饱和磁化强度4πMs、高剩磁比Mr/Ms、较大矫顽力Hc、可调的磁晶各向异性Ha、低铁磁共振线宽ΔH、高居里温度Tc。（1）饱和磁化强度4πMs从宏观角度来说，磁化强度是用来描述物质磁性的强弱。当磁体处于磁中性状态时，磁体内部磁矩排列混乱，磁矩间相互抵消，对外不显磁性。当对处于磁中性状态的磁体施加磁场时，磁矩受到磁场的作用将转向与外加磁场相同的方向，对外显示有磁性，这个磁性的大小即磁体的磁化强度。随着外加磁场的逐渐增大，
第三章Sc取代对BaM六角铁氧体性能的研究15仪（KeysightPerformanceNetworkAnalyzer）在零场条件下通过共面波导（GCPW）表征铁磁共振（FMR）线宽。3.2.2Sc取代BaM六角铁氧体物相及微结构的影响对特定离子占位进行分析需要建立在该离子取代后的烧结样品为纯相的基础上，因此需要对Sc取代BaM六角铁氧体烧结样品的物相结构进行研究。图3-1为BaFe12-xScxO19（x=0.0、0.3、0.5、0.7和1.0）铁氧体的X射线衍射分析图，由图可知当Sc取代量为0.0、0.3、0.5、0.7和1.0时，烧结样品的结构衍射峰型均与标准BaM六角铁氧体粉末衍射卡片（JCPDF#43-0002）基本一致，均呈纯钡铁氧体相。同时衍射图谱中显著增强的（006）和（008）峰表明，BaFe12-xScxO19六角铁氧体表现出很强的c轴取向。图3-1BaFe12-xScxO19（x=0.0、0.3、0.5、0.7和1.0）铁氧体的X射线衍射图BaFe12-xScxO19晶格常数（a=b和c）可由XRD衍射图通过Jade软件计算导出。如表3-1所示，随着Sc取代量的增加，晶格常数a略有增加，晶格常数c则呈现先增加后减小的趋势，这是由于Sc3+离子半径大于Fe3+离子半径[49]，并且当Sc取代量大于0.5时，烧结样品会产生一种非线性磁结构[50]。同时由计算可得，c/a的值在3.89~3.95范围内，这表明Sc离子已经完全进入晶格[51]。此外根据公式（3-1）计算出Lotgering因子来评估织构化BaFe12-xScxO19的取向度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Perpendicularly oriented barium ferrite thin films with low microwave loss,prepared by pulsed laser deposition[J]. 陈大明,李元勋,韩莉坤,龙超,张怀武. Chinese Physics B. 2016(06)
[2]球磨工艺对钡铁氧体浆料粒径和磁性能的影响[J]. 周婷,张蓉,李雪莹,雷玉明,李岱. 中国粉体技术. 2010(02)
[3]SiO2·Bi2O3对NiZn铁氧体的烧结和磁性能的影响[J]. 何新华,张庆秋. 中国陶瓷. 2003(02)
博士论文
[1]高性能M型钡铁氧体及在毫米波环行器中的应用研究[D]. 邬传健.电子科技大学 2018
[2]低温共烧结LiZn旋磁复合铁氧体材料研究[D]. 周廷川.电子科技大学 2016
[3]高频铁氧体材料的磁介性能调控研究[D]. 郑宗良.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]L波段环行器用石榴石铁氧体及应用研究[D]. 丁一.电子科技大学 2019
[2]锶钡铁氧体自偏置环行器研究[D]. 孙延龙.电子科技大学 2012
[3]环行器用六角钡铁氧体厚膜的研究[D]. 钟宇飞.电子科技大学 2011
[4]高性能六角锶铁氧体的磁性研究[D]. 邱士星.安徽大学 2010
[5]六角M型钡铁氧体材料的低温烧结与基本磁性能研究[D]. 李娅波.电子科技大学 2008
本文编号：3495905
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3495905.html
