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科晶文献角-高性能YIG靶材制备工艺

发布时间：2020-08-06

铁氧体材料：

铁氧体材料是铁元素与其他一种或多种金属元素组成的复合氧化物。它和金属元素比，有更高的电阻率，通常在10²到10⁸Ω/cm，具有非金属的导电性。由于微波阶段电磁波不能穿透一般金属，而铁氧体的介电常数较小，通常在10到20之间，微波可以贯穿，所以铁氧体材料适合制作微波器件。

分类：

铁氧体按磁学特性分	软磁铁氧体
	永磁铁氧体
	旋磁铁氧体	按晶体分：尖晶石型铁氧体磁铅石型铁氧体石榴石型铁氧体
	矩磁铁氧体
	压磁铁氧体

钇铁石榴石铁氧体（Y3Fe5O12，简称 YIG）是一种有出色磁学特性的铁氧体材料，因为其良好的旋磁效应和较低的铁磁共振线宽而被大量应用于制作微波器件。

YIG制备工艺：

传统工艺

氧化物法：又叫固相烧结法。最常用的制备 YIG 块材方法，将原料按比例混合第一次球磨，利于后面预烧反应。球磨后就是取出烘干，预烧；然后二次球磨，再烘干，然后进入最后的造粒成型，烧结成块。

优点：原料的配比可以准确控制；生产工艺简单，适合大规模生产。

缺点：对金属氧化物原料的纯度要求较高；获得的样品颗粒较大，不够致密；而且需要大量时间。

化学共沉淀法：将反应原料硝酸钇与硝酸铁按比例混合形成溶液，利用混入PEG-20000 非离子表面活性剂的氨水作为沉淀剂。混合溶液滴入沉淀剂时引入超

声波与磁力搅拌，沉淀得到前躯体。最后通过烘干，研磨，压片烧结成型。

优点：材料大小均匀，易提纯，活性好；对设备要求低，可以实现工业生产。

缺点：在沉淀时易生成杂质。

溶胶凝胶法：将反应原料硝酸钇与硝酸铁按比例混合形成溶液，加入络合剂柠檬酸，并加入氨水调节 p H 值，在水浴搅拌后形成溶胶。溶胶干燥后研磨，预烧去除有机物，最后压片烧结成型。

优点：反应条件温和，烧结温度较低；样品纯度高；设备简单。

缺点：样品的收缩率高，要去除很多残留物；

溶胶凝胶法的生产还会对环境造成危害。

新型工艺

两步烧结制备工艺：

先将得到的纳米级别YIG粉体压片,制出生坯，过程如下：

(1) 将取出的YIG粉末放入研钵研磨均匀，然后加入质量为YIG粉末质量的5%的聚乙烯醇溶液（PVA）作为粘合剂，溶液浓度为8%。研磨均匀后，将其倒入模具中，用200MPa

压制第一次成型。

(2) 将首次成型的生坯倒出，再从新用研钵研磨成粉过筛，筛子用80目和140目的。取中间的颗粒均匀的粉体压片，同样以200MPa 压强压制成片。将压出的片放入马弗炉进行排胶，以4℃/min升温到650℃保温 3 小时，排除 PVA，得到排完胶的片。

(3) 接下来排完胶的YIG 块材采用两种烧结方法。首以10℃/min 的速率升到不同的温度 T（1100-1400℃），不保温，立刻以25℃/min 的速率降到室温，以此烧结后结果反应的密度与晶粒尺寸变化规律，来确定两步烧结的T1和T2。

(4) 在两步烧结时，将YIG块材以10℃/min 升到T1，然后立马以25℃/min的速率降到T2，保温不同的时间t，最后以最优的烧结条件得到晶粒小而致密的YIG块材。

优点：能在抑制晶粒生长的同时得到致密化的样品；