V2O5-Al2O3 助燒劑對(duì)低溫?zé)Y(jié)Li-Zn微波鐵氧體性能的影響*

王曉藝 王希 王俊 程德強(qiáng) 王悅

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與控制工程學(xué)院,徐州 221116)

隨著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)步,微波通信器件向小型化、一體化方向發(fā)展,其中低溫共燒陶瓷/鐵氧體技術(shù)是關(guān)鍵所在.針對(duì)適用于雷達(dá)移相器中的Li-Zn 微波鐵氧體,本文通過(guò)加入V2O5-Al2O3(VA)助燒劑實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)(低于950 ℃),并研究助燒劑添加量及燒結(jié)溫度對(duì)于材料晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及磁性能(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力、鐵磁共振線寬等)的影響.VA 助燒劑的參與可以在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)維持Li-Zn 微波鐵氧體的尖晶石晶體結(jié)構(gòu),并能促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng),Li-Zn 鐵氧體的平均晶粒尺寸由最初的0.92 μm 增至9.74 μm.在Li-Zn 鐵氧體燒結(jié)過(guò)程中,VA 助燒劑中的V2O5 由于具有較低的熔點(diǎn)會(huì)先融化形成液相,促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng);同時(shí)具有較高熔點(diǎn)的Al2O3 可以抑制晶粒的過(guò)大增長(zhǎng),使晶粒均勻化.未添加助燒劑與添加VA 助燒劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.18%)制備的鐵氧體相比,樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs)由144 mT 增至281 mT;矩形比(Mr/Ms)由0.57 升至0.78;矯頑力(Hc)由705 A/m 降低至208 A/m;鐵磁共振線寬(ΔH)由648 Oe 減至247 Oe(1 Oe=103/(4π)A/m).總體來(lái)說(shuō),VA 助燒劑可以有效提升Li-Zn 微波鐵氧體的多項(xiàng)性能,對(duì)低溫共燒陶瓷/鐵氧體技術(shù)的發(fā)展具有積極意義.

1 引言

隨著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)及便攜式移動(dòng)設(shè)備的飛速發(fā)展,進(jìn)一步提高微波鐵氧體器件的集成化、小型化及一體化程度是電子器件和整機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì).為了滿足國(guó)防、民用等領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的對(duì)于小型一體化微波器件的需求,低溫共燒陶瓷(low temperature co-fired ceramics,LTCC)及低溫共燒鐵氧體(low temperature co-fired ferrites,LTCF)技術(shù)成為解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵[1?4].同時(shí),作為微波鐵氧體家族中的重要一員,Li-Zn 鐵氧體由于其自身的高飽和磁化強(qiáng)度、高矩形比以及低矯頑力等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如相控陣?yán)走_(dá)中的移相器等[4?6].因此,在微波器件的集成化程度不斷提高的趨勢(shì)下,將Li-Zn 微波鐵氧體材料與LTCC <CF 技術(shù)相結(jié)合具有重要意義.

而要實(shí)現(xiàn)Li-Zn 鐵氧體與LTCC <CF 技術(shù)的結(jié)合,需要實(shí)現(xiàn)與高電導(dǎo)率金屬電極如銀(Ag,電導(dǎo)率為6.3×107S/m)的共燒,因此亟待解決的是降低鐵氧體的燒結(jié)溫度至銀的熔點(diǎn)(961 ℃)以下.目前為止,有效的技術(shù)途徑是通過(guò)加入助燒劑降低Li-Zn 鐵氧體的燒結(jié)溫度,主要可分為兩大類:玻璃助燒劑及金屬氧化物助燒劑.例如Zhou等[7]在2016 年制備了LBSCA(Li2O-B2O3-SiO2-CaOAl2O3)玻璃并將其應(yīng)用于Li-Zn 鐵氧體中,降低了燒結(jié)溫度的同時(shí)也提高了材料性能.2020 年,Wang等[8]制備了BLSZ(B2O3-Li2CO3-SiO2-ZnO)玻璃并研究了它在Li-Zn 鐵氧體的低溫?zé)Y(jié)中發(fā)揮的作用.由于玻璃的軟化溫度較低,在燒結(jié)過(guò)程中能形成液相從而促進(jìn)鐵氧體晶粒的生長(zhǎng).但制備玻璃助燒劑的流程一般較為復(fù)雜,如需要高溫(大于1000 ℃)淬火等步驟,而使用金屬氧化物助燒劑的操作流程則更為簡(jiǎn)便[9].其中應(yīng)用得最多的助燒劑為Bi2O3及其復(fù)合物,例如Guo等[10]在2014 年研究了Bi2O3對(duì)于Li-Zn 鐵氧體各項(xiàng)性能的影響;Wang等[11]在2019 年使用Bi2O3-MgO 助燒劑實(shí)現(xiàn)了Li-Zn 鐵氧體的低溫?zé)Y(jié).除了Bi2O3(熔點(diǎn)為825 ℃)之外,V2O5具有更低的熔點(diǎn)(690 ℃),也可作為助燒劑使用.近些年已有一些利用V2O5作為助燒劑的報(bào)道,如Ullah 等研究了V2O5的添加對(duì)于Ni-Co-Zn 鐵氧體的影響[12].

然而,關(guān)于V2O5對(duì)于Li-Zn 鐵氧體性質(zhì)影響的報(bào)道還較少,需要進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行研究.V2O5具有較低的熔點(diǎn),在燒結(jié)過(guò)程中形成的液相可以促進(jìn)鐵氧體晶粒生長(zhǎng),但晶粒的過(guò)快生長(zhǎng)容易導(dǎo)致晶粒尺寸的異常增大,破壞產(chǎn)物的均勻度,降低產(chǎn)物的各項(xiàng)性質(zhì).另一方面,已有文獻(xiàn)報(bào)道稱鐵氧體燒結(jié)過(guò)程中Al2O3的存在可以抑制鐵氧體晶粒的異常長(zhǎng)大,促進(jìn)晶粒均勻生長(zhǎng)[13].因此,可以合理推測(cè)使用V2O5和Al2O3復(fù)合物作為助燒劑制備Li-Zn 鐵氧體不僅可以在低熔點(diǎn)V2O5的作用下降低燒結(jié)溫度,同時(shí)可以在較高熔點(diǎn)Al2O3的作用下抑制晶粒過(guò)快生長(zhǎng),提高產(chǎn)品粒徑均勻度.此外,利用機(jī)械化學(xué)球磨法制備鐵氧體材料仍然是目前的一種主流制備技術(shù).在機(jī)械化學(xué)法制備過(guò)程中,固體反應(yīng)物在球磨機(jī)的輔助下發(fā)生多種機(jī)械力作用方式如摩擦、碰撞、剪切、壓縮等,這些機(jī)械力作用可以誘導(dǎo)反應(yīng)物的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行改性,增加其反應(yīng)活性,從而激活或加速固體間的化學(xué)反應(yīng).

綜上,本文首先利用機(jī)械化學(xué)球磨法制備Li-Zn 鐵氧體預(yù)燒料,然后選取V2O5-Al2O3(VA)復(fù)合物作為助燒劑進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)Li-Zn 鐵氧體的制備.研究VA 復(fù)合物助燒劑對(duì)于鐵氧體產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌等的影響,同時(shí)分析討論了VA復(fù)合物助燒劑的添加對(duì)于產(chǎn)物各項(xiàng)磁性能的影響機(jī)理.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品制備

利用機(jī)械化學(xué)球磨法制備Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體,首先按照分子式稱取Fe2O3,ZnO,TiO2,Li2CO3和Mn3O4原料.將原料放入球磨罐中,加入適量的去離子水,進(jìn)行一次球磨(球磨轉(zhuǎn)速為250 r/min,球磨時(shí)間為6 h).將混合均勻的球磨料在烘箱中烘干(100 ℃),然后將干燥后的樣品取出放入燒結(jié)爐中進(jìn)行預(yù)燒.按照2 ℃/min的升溫速率至800 ℃,保溫2 h 后自然降溫至室溫,得到Li-Zn 鐵氧體預(yù)燒料.再將不同質(zhì)量的VA助燒劑與預(yù)燒料混合,其中VA 助燒劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0,0.06%,0.12%,0.18%和0.24%,且V2O5與Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1∶1.加入適量的去離子水進(jìn)行二次球磨(球磨轉(zhuǎn)速為300 r/min,球磨時(shí)間為4 h),隨后將二次球磨獲得的漿料在烘箱中烘干(100 ℃).通過(guò)加入聚乙烯醇(PVA)膠水對(duì)得到的粉體進(jìn)行造粒,并將造粒后的粉料壓制成環(huán)形(壓制壓力為10 MPa).將這些鐵氧體環(huán)放入燒結(jié)爐中燒結(jié),按照2 ℃/min 的升溫速率至不同溫度點(diǎn),然后保溫4 h 后自然降溫至室溫,得到最終的Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體樣品.

2.2 樣品測(cè)試

用X 射線衍射儀(X-ray diffraction,XRD,D/max 2400,Rigaku,Japan)分析樣品的晶體結(jié)構(gòu),掃描范圍2θ為20°—70°.用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM,JSM-7600F)測(cè)定樣品的表面微觀形貌,用阿基米德排水法測(cè)定樣品的密度.用Iwatsu B-H 分析儀(SY-8232)測(cè)定樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br和矯頑力Hc等,其中測(cè)試時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1600 A/m,頻率為 1 kHz.用TE106 諧振腔(9.3 GHz)測(cè)定樣品的鐵磁共振線寬(ΔH)數(shù)據(jù),將燒結(jié)得到的環(huán)形樣品粉碎并通過(guò)鼓風(fēng)手段獲得直徑約為0.9 mm的小球,再將Li-Zn 鐵氧體小球放入諧振腔中測(cè)試.

3 結(jié)果與討論

圖1 為L(zhǎng)i-Zn 鐵氧體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,為尖晶石結(jié)構(gòu),由四面體及八面體構(gòu)成且四面體與八面體的數(shù)量比為1∶2.圖2(a)為不同樣品的XRD圖譜,最下方的黑色譜線為標(biāo)準(zhǔn)譜(JCPDS-37-1471)[7].可以看出,在880,900 和950 ℃下燒結(jié)得到樣品的XRD 圖譜與標(biāo)準(zhǔn)譜吻合良好.樣品主要表現(xiàn)出7 個(gè)衍射峰,分別對(duì)應(yīng)于尖晶石相的(220),(311),(222),(400),(422),(511)和(440)峰,說(shuō)明添加了VA 助燒劑的Li-Zn 鐵氧體在較低的溫度下就能燒結(jié)成功.在880 和900 ℃的燒結(jié)溫度下,獲得的 Li-Zn 鐵氧體產(chǎn)品的結(jié)晶度相比于950 ℃情況下的產(chǎn)品區(qū)別不大,且880 和900℃的燒結(jié)溫度顯著低于銀的熔點(diǎn)(961 ℃),因此具備與銀低溫共燒的條件.除了上述7 個(gè)衍射峰之外,并沒(méi)有觀察到其他明顯的衍射峰(雜峰)出現(xiàn),證明了本文制備的Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體的純度較高.

圖1 Li-Zn 鐵氧體晶胞結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.Schematic diagram of Li-Zn ferrite cell structure.

此外,也沒(méi)有觀察到燒結(jié)過(guò)程中涉及到的V2O5和Al2O3的衍射峰,這是由于VA 助燒劑中V2O5和Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于Li-Zn 鐵氧體來(lái)說(shuō)很低,因此并沒(méi)有出現(xiàn)相應(yīng)的雜峰.在我們之前的工作中發(fā)現(xiàn),當(dāng)沒(méi)有助燒劑參與時(shí),制備的Li-Zn 鐵氧體樣品的晶體結(jié)晶度不高,且XRD 圖譜中易出現(xiàn)一些雜峰,而本文中VA 助燒劑參與下制備的Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體的XRD圖譜中未觀測(cè)到明顯雜峰,表現(xiàn)出較純凈的尖晶石相.另一點(diǎn)需要注意的是所有樣品的XRD 圖譜中都是(311)峰的強(qiáng)度最高,這一結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)譜類似.圖2(b)列出了(311)峰與(440)峰的峰強(qiáng)比例,理論比例值為2.5,880,900 和950 ℃燒結(jié)下獲得樣品的峰強(qiáng)比例分別為2.15,2.05 和2.10,與理論值相差較小,這也從側(cè)面證明了所制備樣品的晶相較為純凈.綜合上述結(jié)果可知,VA 助燒劑可以有效降低Li-Zn 鐵氧體的燒結(jié)溫度,同時(shí)VA 助燒劑的參與并不會(huì)破壞鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu),仍然表現(xiàn)為純凈的尖晶石相.

圖2 (a)不同樣品的XRD 圖譜與尖晶石相標(biāo)準(zhǔn)圖譜;(b)(311)與(440)峰的峰強(qiáng)比例值Fig.2.(a)XRD patterns of different samples and standard patterns of spinel phase;(b)peak intensity ratios of(311)and(440)planes.

圖3 為在950 ℃下,不同VA 助燒劑添加量下樣品的SEM 圖像.圖3(a)為未添加VA 助燒劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0)時(shí)樣品的SEM 圖像,雖然整體來(lái)說(shuō)Li-Zn 預(yù)燒料的顆粒分布較為均勻,但是此時(shí)晶粒尺寸較小,預(yù)燒料的整體致密化程度也較低.圖3(b)為添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%的VA 助燒劑時(shí)樣品的SEM 圖像,晶粒尺寸較圖3(a)有明顯增大.這主要是因?yàn)閂A 助燒劑中V2O5的熔點(diǎn)較低,在燒結(jié)的過(guò)程中會(huì)首先融化形成液相,這些液相層充斥在鐵氧體晶粒的表面通過(guò)毛細(xì)力作用促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng).進(jìn)一步增大VA 助燒劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.18%(圖3(c)),晶粒尺寸可增至10 μm,并且致密化程度顯著提高,晶粒間的空隙明顯減少.圖3(d)為添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.24 %的VA 助燒劑時(shí)樣品的SEM 圖像,值得注意的是此時(shí)Li-Zn 鐵氧體的晶粒尺寸有所下降.這主要是因?yàn)閂A 助燒劑中的Al2O3熔點(diǎn)較高,在燒結(jié)過(guò)程中不易融化,因此可以起到阻礙晶界移動(dòng)、細(xì)化晶粒的作用,從而導(dǎo)致晶粒尺寸不會(huì)過(guò)分增大[13].

圖3 不同VA 助燒劑添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))下(燒結(jié)溫度為950 ℃)Li-Zn 鐵氧體樣品截面的SEM 圖像(a)0;(b)0.06%;(c)0.18%;(d)0.24%Fig.3.SEM images of cross-section of Li-Zn ferrite samples with different amounts of VA sintering aids at a sintering temperature of 950 ℃:(a)0;(b)0.06%;(c)0.18%;(d)0.24%.

圖4 為當(dāng)VA 助燒劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0 和0.18%時(shí),制備的Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體的晶粒尺寸分布圖.圖4(a)對(duì)應(yīng)圖3(a),未添加VA 助燒劑時(shí)晶粒的尺寸主要集中在1 μm附近,最大的晶粒尺寸也未超過(guò)2 μm,經(jīng)過(guò)計(jì)算得知此時(shí)的晶粒尺寸平均值為0.92 μm.雖然此時(shí)的尺寸分布較為均勻,但晶粒過(guò)小,致密化程度低,這都會(huì)對(duì)Li-Zn 鐵氧體的磁性能造成影響.圖4(b)對(duì)應(yīng)圖3(c),VA 助燒劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.18%.可以看到此時(shí)的晶粒尺寸增大,基本觀察不到尺寸低于3 μm 的晶粒,并且較大晶粒的尺寸能達(dá)到18 μm.經(jīng)過(guò)計(jì)算得知此時(shí)的晶粒尺寸平均值為9.74 μm,較未添加VA 助燒劑時(shí)的樣品顯著增大,但同時(shí)也需要注意到粒徑尺寸的分布還不夠均勻.根據(jù)圖3 中的SEM 圖像,還計(jì)算出了VA 助燒劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.06%(對(duì)應(yīng)于圖3(b))和0.24%(對(duì)應(yīng)于圖3(d))時(shí)制備的鐵氧體的晶粒尺寸平均值,分別為1.48 μm 和6.89 μm.可見(jiàn),在VA 助燒劑的參與下,鐵氧體的晶粒尺寸平均值從0.92 μm 增至9.74 μm,但過(guò)多的VA 助燒劑(大于0.18%)也會(huì)抑制晶粒尺寸的增大.綜合圖3中不同VA 助燒劑添加量下Li-Zn 鐵氧體樣品的SEM 圖像以及圖4 中對(duì)應(yīng)的粒徑分布圖,在圖5中給出了VA 助燒劑參與下的Li-Zn 鐵氧體的生長(zhǎng)模型.

圖4 不同VA 助燒劑添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))下(燒結(jié)溫度為950 ℃)樣品的粒徑尺寸分布(a)0;(b)0.18 %Fig.4.Particle size distribution of samples with different amounts of VA sintering aids at a sintering temperature of 950 ℃:(a)0;(b)0.18%.

圖5 VA 助燒劑參與下的Li-Zn 鐵氧體的生長(zhǎng)模型Fig.5.Growth model of Li-Zn ferrite with VA sintering aid.

圖6(a)為不同VA 助燒劑添加量下、不同燒結(jié)溫度(880,900,950 ℃)下Li-Zn 鐵氧體樣品的密度值,顯然整體來(lái)說(shuō),在較高燒結(jié)溫度下獲得的Li-Zn 鐵氧體具有較高的密度.這是由于更高溫度的燒結(jié)環(huán)境有利于晶粒的生長(zhǎng)以及致密化程度的提高,從而導(dǎo)致樣品密度的提升.可以看到樣品的密度值在VA 助燒劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.18%時(shí)達(dá)到峰值(約為4.64 g/cm3),這也與圖3 中的SEM 結(jié)果吻合良好.此外,繼續(xù)增大VA 助燒劑添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))至0.24%時(shí),樣品的密度值反而會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),這是由于過(guò)量的VA 助燒劑會(huì)在鐵氧體周邊形成大量的液相阻隔,阻礙晶粒的進(jìn)一步生長(zhǎng),進(jìn)而導(dǎo)致晶粒尺寸的減小[14?16].圖6(b)為不同樣品的Bs值,顯然,較高燒結(jié)溫度下樣品的Bs值整體更高.已有文獻(xiàn)表明鐵氧體的Bs值與晶粒尺寸的關(guān)系十分密切,一般來(lái)說(shuō)樣品的Bs值會(huì)隨著晶粒尺寸的增大而增大[17].當(dāng)VA 助燒劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.18%時(shí),樣品的Bs值由最初的144 mT 增至281 mT.此外,950 ℃下燒結(jié)的樣品在VA 助燒劑添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))較少時(shí)(小于0.06%)具有比880 ℃和900 ℃下燒結(jié)樣品更高的Bs值,但進(jìn)一步增大VA 助燒劑添加量(大于0.18%),三者之間的差距顯著減小.此外,Br的值的變化趨勢(shì)與Bs類似,對(duì)于880 ℃的樣品來(lái)說(shuō),其Br值由無(wú)VA 助燒劑添加時(shí)的43.4 mT增至191.5 mT.矩形比也是Li-Zn 鐵氧體中一項(xiàng)非常重要的指標(biāo),它是表征磁滯回線矩形程度的關(guān)鍵參數(shù),對(duì)于磁記錄材料具有重要意義,不同樣品的矩形比如圖6(c)所示.對(duì)于880 ℃的樣品來(lái)說(shuō),其矩形比由0.40 升至0.71;對(duì)于900 ℃的樣品來(lái)說(shuō),其矩形比由0.45 升高至0.74;對(duì)于950 ℃的樣品來(lái)說(shuō),其矩形比由0.57 升高至0.78.可見(jiàn),在不同的燒結(jié)溫度下,VA 助燒劑均可顯著提高Li-Zn 鐵氧體的矩形比,且在最佳添加量(0.18%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))下矩形比均超過(guò)0.7.

圖6 不同VA 助燒劑添加量及不同溫度下獲得樣品的各項(xiàng)性質(zhì)(a)密度值;(b)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值;(c)矩形比的值Fig.6.Properties of the samples obtained under different amounts of VA sintering aids and different temperatures:(a)Density;(b)saturation induction;(c)rectangular ratio.

圖7(a)為950 ℃燒結(jié)環(huán)境下不同VA 助燒劑添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))下Li-Zn 鐵氧體樣品的Hc值,樣品的Hc值由未添加VA 助燒劑時(shí)的705 A/m降至208 A/m(VA 添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.18%).Hc值的降低一方面是由于樣品晶粒尺寸的增大,另一方面是由于樣品致密化程度的提高.圖7(b)為不同VA 助燒劑添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))下樣品的ΔH值,樣品的ΔH值由未添加VA 助燒劑時(shí)的648 Oe 降至247 Oe(VA 添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.18%).一般來(lái)說(shuō),ΔH的值可以由公式ΔH=ΔHi+ΔHa+ΔHp計(jì)算獲得,其中ΔHi代表內(nèi)稟線寬,ΔHa代表各向異性場(chǎng)致寬,ΔHp代表氣孔率致寬[18,19].一般來(lái)說(shuō),與ΔHa和ΔHp的值相比,ΔHi的影響可以忽略,主要討論前兩者的影響.圖6中的結(jié)果已表明VA 助燒劑的參與可以顯著提高Li-Zn 鐵氧體的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,從而導(dǎo)致ΔHa值降低.同時(shí)從圖3 可以看出,VA 助燒劑可以有效提高材料致密度,降低氣孔率,從而能夠?qū)е娄p值的降低.因此,樣品的ΔH值在添加了VA 助燒劑后一直下降直至添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.18%.當(dāng)添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))由0.18%增至0.24%時(shí),ΔH值沒(méi)有進(jìn)一步下降,反而升高至282 Oe.這主要是因?yàn)檫^(guò)多VA 助燒劑的參與會(huì)導(dǎo)致晶粒減小,從而使氣孔率增大,這也與形貌結(jié)構(gòu)的結(jié)果相吻合.

圖7 不同VA 助燒劑添加量下樣品的各項(xiàng)性質(zhì)(a)矯頑力值;(b)鐵磁共振線寬值Fig.7.Properties of the samples obtained under different amounts of VA sintering aids:(a)Coercivity;(b)ferromagnetic resonance line width.

4 結(jié)論

綜上,VA 助燒劑的參與可使Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體在一個(gè)較低的溫度(低于銀的熔點(diǎn))下燒結(jié)成功,同時(shí)由于V2O5和Al2O3的含量較低,制備的鐵氧體仍能保持較為純凈的尖晶石晶相結(jié)構(gòu).燒結(jié)溫度對(duì)于鐵氧體的各項(xiàng)性能具有顯著影響,較高燒結(jié)溫度下制備的Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體往往表現(xiàn)出更好的形貌結(jié)構(gòu)及磁性能.樣品的微觀形貌結(jié)構(gòu)表明,適量的VA 助燒劑可以顯著促進(jìn)晶粒生長(zhǎng),這是由于低熔點(diǎn)的V2O5在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)融化形成液相并通過(guò)毛細(xì)力作用促進(jìn)晶粒生長(zhǎng),同時(shí)Al2O3的存在可以防止過(guò)大晶粒的形成,最終達(dá)到提高鐵氧體致密度的效果.在添加VA 助燒劑的情況下,所制備的Li0.42Zn0.27Ti0.11Mn0.1Fe2.1O4鐵氧體的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯提升(144—281 mT),矯頑力和鐵磁共振線寬顯著下降(705—208 A/m;648—247 Oe).因此,V2O5-Al2O3復(fù)合物可以作為一種有效的助燒劑輔助制備Li-Zn 鐵氧體,獲得的產(chǎn)品可以應(yīng)用于微波器件中,有利于LTCC <CF 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展.