【摘 要】
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本文以石榴石铁氧体作为微波环行器基板外环,通过离子掺杂得到Bi0.5Y1.5-xCa1+xZrxV0.5Fe4.5-xO12（x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00）石榴石铁氧体样品,采用X射线衍射仪、扫描电镜、拉曼光谱、透射电镜、振动磁强计和矢量网络分析仪对铁氧体的微观形貌和电磁性能进行测试,将性能优良的Bi0.5Y1.0Ca1.5Zr0.5V0.5Fe4.0O12与不同化学组分的
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本文以石榴石铁氧体作为微波环行器基板外环,通过离子掺杂得到Bi0.5Y1.5-xCa1+xZrxV0.5Fe4.5-xO12（x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00）石榴石铁氧体样品,采用X射线衍射仪、扫描电镜、拉曼光谱、透射电镜、振动磁强计和矢量网络分析仪对铁氧体的微观形貌和电磁性能进行测试,将性能优良的Bi0.5Y1.0Ca1.5Zr0.5V0.5Fe4.0O12与不同化学组分的Ni0.76Zn0.1Cu0.1Mn0.04CoxFe1.98-xO3.97（x=0.00,0.01,0.03,0.05,0.07）的内芯进行复合,探究了复合共烧基板的固相反应对物相结构和电磁性能的影响机制。（1）复合前后的内外两种铁氧体材料均未发现新相的形成,在复合共烧基板中,离子扩散导致石榴石的晶格间距逐渐减小。Co3+离子的加入提高了离子扩散,石榴石中较小半径的V5+离子被尖晶石中半径较大的离子置换,部分区域因Bi3+离子的富集而发生严重的畸变。尖晶石在Co3+离子掺杂量x=0.03时出现了红移,说明有较大离子半径的离子置换了尖晶石的氧四面体位（A位）的离子。石榴石往尖晶石方向扩散明显,Zr4+与Y3+离子的富集出现在所有复合基板中,Ca2+与V5+离子的富集在复合基板1#、4#和5#中出现,Ca2+与V5+离子的富集一般都伴随着Zr4+与Y3+离子在同一区域出现低浓度的富集。（2）复合后的尖晶石因Fe3+与Fe2+离子之间的电价转化被抑制,从而介电常数与介电损耗均比复合前更低,石榴石的介电常数与介电损耗在复合前后变化不明显。当Co3+离子掺杂量x=0.03时,复合后的尖晶石氧四面体A位被抗磁性离子所替代,饱和磁化强度提高,铁磁共振线宽下降。石榴石复合后,因Zr4+离子的扩散,使得石榴石的饱和磁化强度降低,铁磁共振线宽增大。复合基板3#的电磁性能较为稳定,复合后的尖晶石介电常数从11变为10左右,介电损耗一直保持在8×10-4左右,饱和磁化强度从39.744 emu/g降低至36.157 emu/g,铁磁共振线宽由306 Oe降低为207 Oe;石榴石的介电常数保持在17左右,且介电损耗保持在8×10-4左右,饱和磁化强度由17.452emu/g下降到12.562 emu/g,铁磁共振线宽从118 Oe变化为142 Oe。共烧制备的环行器复合基板界面结合紧密,离子互扩散浓度低,内芯和外环铁氧体性能稳定,有望作为微波通信系统中微波环行器的关键材料。
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