石榴石型微波鐵氧體

????????石榴石型微波鐵氧體材料具有很窄的鐵磁共振線寬、低的介電損耗以及小的磁晶各向異性。由于損耗低性能優(yōu)良，目前在微波鐵氧體器件的應(yīng)用中占有統(tǒng)治地位。

1）釔鐵石榴石鐵氧體

????????釔鐵石榴石的分子式為Y₃Fe₅O₁₂，記為YIG，是發(fā)現(xiàn)得最早(1956年)的石榴石型鐵氧體。各種實(shí)用的石榴石型微波鐵氧體材料都是由YIG派生出來(lái)的。

2）釔鋁石榴石鐵氧體

????????YAlIG是早期的通用石榴石材料。YAlIG的特點(diǎn)是所需的燒結(jié)溫度很高(~1500°C)。一次球磨的混合效果對(duì)Al^3＋離子參與固相反應(yīng)、進(jìn)入石榴石晶位的程度影響較大。

3）窄線寬石榴石鐵氧體

????????其DH￡10Oe，是低損耗環(huán)行器隔離器的必用材料。主要有YCaInVIG、YCaSnVIG和YCaInGeIG。

多晶材料的線寬可表示為

ΔH_多晶=ΔH_內(nèi)稟＋ΔH_各向異性＋ΔH_氣孔＋ΔH_{固相反應(yīng)?}

????????在小線寬材料配方中為了降低各向異性常數(shù)K₁和ΔH_各向異性的貢獻(xiàn)，需要采用In^3＋、Zr^4＋、Sn⁴⁺等半徑大的離子去取代八面體位的Fe^3＋。同時(shí)為了降低氣孔、另相致寬ΔH_氣孔以及固相反應(yīng)不完全致寬ΔH_{固相反應(yīng)}的影響，要求材料有良好的顯微結(jié)構(gòu)，如氣孔率低、相純度高、晶粒尺寸較大而均勻等，所以要求材料制備工藝水平要高。

4）鉍鈣釩石榴石鐵氧體

????????BiCaVIG燒結(jié)溫度較低，是一類(lèi)不含釔的石榴石鐵氧體材料，具有低成本、低磁矩、低DH、高居里溫度等所謂三低一高的優(yōu)點(diǎn)。

????????BiCaVIG的分子式為Bi_3－2xCa_2xV_xFe_5-xO₁₂，一般取x>1.0，因此它是a位磁矩占優(yōu)勢(shì)的石榴石鐵氧體。實(shí)用BiCaVIG材料M_s一般僅限于64~32kA/m, 4pM_s: 800~400Gs。為了改善DH，通常還采用了少量Ge⁴⁺對(duì)四面體位的Fe³⁺的取代。

5) 釔釓石榴石鐵氧體

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????????如圖10所示，釓石榴石(GdIG)的飽和磁化強(qiáng)度M_s具有室溫附近的補(bǔ)償點(diǎn)。用Gd^3＋取代了Y^3＋離子的釔釓石榴石Y_3-xGd_xFe₅O₁₂隨Gd^3＋含量x的增加，室溫的M_s降低，但居里溫度不降，M_s的補(bǔ)償點(diǎn)θ_c逐漸向室溫移動(dòng)，因而適當(dāng)調(diào)節(jié)Gd含量可獲得室溫附近具有良好的溫度穩(wěn)定性的材料。又由于含有Gd，DH_k比較大，所以能承受較高的功率。以上特點(diǎn)使得YGdIGs在工程上的用量不斷擴(kuò)大。

????????但是隨Gd含量增加DH也增大。實(shí)用YGdIG常采用In(或Sn)和CaV(Ge)的取代，以使DH和溫度系數(shù)α_M達(dá)到比YGdAlIG更好的折衷，獲得更佳綜合性能。

2018年7月19日