本发明涉及了一种具有易面各向异性的高频稀土软磁材料及其制备方法,属于电子元器件新材料新工艺领域。
背景技术:
1、随着通讯技术向高频化发展,电子元器件的工作频率已达到ghz频段,比如wlan无线局域网的应用频率为5.1ghz,物联网结算系统的应用频率普遍达到了6.0ghz,5g手机通讯的应用频率更是达到了40.0ghz。然而,目前以铁氧体为主的高频软磁材料由于受到snoek极限的制约,它们的磁导率在ghz频段急剧下降,导致其不能满足高频化应用的要求,因此亟需开发在高频条件下具有高磁导率的新型软磁材料。
2、稀土软磁材料是由稀土元素和过渡族金属元素形成的一系列具有软磁特性的稀土-3d族金属间化合物。稀土软磁与稀土永磁有着相似的成分组成,不同在于稀土永磁的磁晶各向异性类型为易轴型,而稀土软磁为易面型,其具有多个易磁化轴且在同一晶面内,因此稀土软磁材料又叫稀土易面材料。稀土软磁材料目前主要包括以2:17相为主的r2[(fe,co)1-xmx]17化合物和以2:14:1相为主的r2(fe,co)14b化合物,其最大的特点是同时具备高饱和磁通和高截止频率,因此具有优异的高频软磁性能(x.c.kou,physical review b.1992,46,10)。实验证明其高频性能优于目前广泛使用的六角晶系微波铁氧体,工作频率可达1.0-40.0ghz。稀土软磁材料突出的高频特性源自于易磁化平面的强各向异性场。根据snoek极限可知,对于某一确定的软磁材料,其磁导率μi与截止频率fr的乘积(μi-1)fr为一恒定值,因此磁导率与截止频率往往不能同时提高(j.l.snoek,nature.1947,160,90)。但是对于稀土软磁材料,由于存在沿c轴和易磁化平面内的两种各向异性场,使得(μi-1)fr不再为常数,并且远远高于一般的软磁材料,使得高频条件下的磁导率与截止频率能够显著提高,从而突破snoek极限。
3、稀土软磁材料优异的高频特性使其在发展高频大功率器件、高频低温度系数器件、高频小型化器件时具有极高的应用价值和广阔的市场前景。近20年来,电子元件的平均消费增速保持在20%左右。软磁材料在光伏发电、新能源汽车、智能电网、消费电子、数据中心等领域的需求势必会不断增加,市场景气度将持续提升,大有可为。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对铁氧体等软磁材料的不足,提供一种具有易面各向异性的高频稀土软磁材料及其制备方法。
2、本发明的稀土软磁材料是具有th2zn17型晶体结构的r2(fexco1-x)17稀土-3d族金属间化合物,其中0<x≤1,r是y、ce、pr、nd、gd、dy、er、tm、yb的一种或几种。
3、本发明的稀土软磁材料具有易磁化平面(易面),且易磁化平面与c轴垂直,存在沿c轴和易磁化平面内的两种各向异性场。
4、本发明的稀土软磁材料具有高频电磁特性,初始磁导率达到2.0以上,共振频率达到2.0ghz以上
5、本发明提供的一种易面型高频稀土软磁材料及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:
6、1)取油酸、二辛胺和四氢化萘至容器中,在惰性气体保护下加热活化;
7、2)按所要制备的软磁材料通式r2(fexco1-x)17中fe、co比例称取fe、co的乙酰丙酮盐加入到所述容器中,在惰性气体保护下加热还原得到fe、co磁性纳米颗粒;
8、3)向所述容器中加入乙醇进行聚沉反应,将沉淀物离心、清洗数次后分散在有机保护溶剂中;
9、4)称取稀土元素r的乙酰丙酮盐加入到装有油酸和油胺的容器中,之后按所要制备的软磁材料通式r2(fexco1-x)17中稀土元素r与fe和co比例加入步骤3)所得分散在有机保护溶剂中的fe、co磁性纳米颗粒并在惰性气体保护下加热进行油相反应,得到稀土氧化物均匀包覆的磁性颗粒;
10、5)加入乙醇进行聚沉反应,将沉淀物离心、清洗数次后真空干燥得到磁性粉末;
11、6)称取cah2添加到装有磁性粉末的不锈钢坩埚中,之后通过还原扩散热处理得到稀土软磁材料。
12、本发明与现有的高频软磁材料相比具有的增益效果:1)本发明的稀土软磁材料具有易磁化平面,有着更强的各向异性场、高频磁导率和截止频率,可以使用在1.0-40.0ghz的微波频段;2)本发明的稀土软磁材料具有更高的居里温度和温度稳定性,可以应用在更高温的服役环境;3)本发明的稀土软磁材料为纳米尺寸,磁性颗粒之间有很强的交换耦合作用,能够显著提高材料的饱和磁通密度和初始磁导率;4)本发明的稀土软磁材料能够使用到大量钇、铈等高丰度轻稀土元素,有利于解决稀土产品的产销平衡。
1.一种易面型高频稀土软磁材料,其特征在于,所述软磁材料通过油相合成和还原扩散工艺制备得到,其为th2zn17型稀土-3d族金属间化合物r2(fexco1-x)17,其中0<x≤1,fe为铁元素,co为钴元素,r为稀土元素,r是y、ce、pr、nd、gd、dy、er、tm、yb元素中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种易面型高频稀土软磁材料,其特征在于,所述软磁材料具有易磁化平面,且易磁化平面与c轴垂直,存在沿c轴和易磁化平面内的两种各向异性场。
3.根据权利要求1所述的一种易面型高频稀土软磁材料,其特征在于,所述软磁材料具有高频电磁特性,初始磁导率达到2.0以上,共振频率达到2.0ghz以上。
4.一种权利要求1-3任一项所述易面型高频稀土软磁材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
5.根据权利要求4所述的易面型高频稀土软磁材料的制备方法,其特征在于,所述的有机保护溶剂为环己烷、正己烷或正庚烷。
6.根据权利要求4所述的易面型高频稀土软磁材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中油酸与二辛胺的体积比为1:1~1:10,油酸与四氢化萘的体积比为1:40~1:100。
7.根据权利要求4所述的易面型高频稀土软磁材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,fe、co的乙酰丙酮盐与混合溶剂的质量比为1:10~1:80。
8.根据权利要求4所述的易面型高频稀土软磁材料的制备方法,其特征在于,步骤4)中,油酸与油胺的体积比为1:5~1:20,油酸和油胺的总量与稀土元素r的乙酰丙酮盐的质量比为100-500:1。
9.根据权利要求4所述的易面型高频稀土软磁材料的制备方法,其特征在于,步骤6)中,cah2与稀土元素r的乙酰丙酮盐的质量比为1:5~1:20。
