表面安装器件（SMDS）以其轻、薄、短、小的特点，成为现代电子应用中微型化的首选。软磁铁氧体材料已经成为生产叠层片式电感器（MLCIS），叠层片式磁珠（MLCBS）和抗电磁干扰（EMI）器件（它们都是最重要的表面安装器件）的主要材料。直到现在，尚未有理想的软磁铁氧体（低于950℃下烧结）适于在高频（300~1000MHz）中应用。Z型（Ba3Co2Fe24O41）铁氧体在高频区域具有优异的性能，可能对满足这种需要有用。

图2 Ba3Co2(1x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41六角晶铁氧体样品的频谱

在体积密度变化的情况下，注意到，通过掺加Bi2O3样品的收缩率大大增加（见图4）。由在指定温度烧结样品的尺寸改变，来确定压坯相对的收缩率，△V/Vo。在δ=2.5、900℃下烧结4h后获得最高收缩率（约24.6%）；随着Bi2O3添加量的增加，△V/Vo并不总是如所期望的增加那么多，而且，高的收缩率能导致应力增大；这将因微小裂缝的形成而引起六角晶系铁氧体的品质降低。从烧结样品来看，收缩率与重量损耗无关。
但是，与采用传统固态反应法制备的样品相比，低温烧结的六角晶系铁氧体的致密性有很大的提高。随着烧结温度的升高，密度虽有提高，但收缩率即明显下降。
3.3微观结构鉴定
图5是含有不同Bi2O3、具有理想配比成分Ba3Co2(1-x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41低温烧结的六角晶系铁氧体的X射线衍射分析结果。当采用相同的热处理时，发现在所有指定的烧结温度下，成分主要由Z型相构成。XRD不能检测出少量Bi2O3添加物的存在。不管怎样，发现了少量Y型相的踪迹，这可能是制备工艺产生的，而不是由于Z型相的分解。
图6示出了在860~900℃烧结4h（δ=0.5，1.0，2.0和3.0）、组分为Ba3Co2(1-x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41+Bi2O3的低温烧结样品的SEM照片。明显观察到，晶粒是典型的片晶形貌。但是，晶粒比较小（平均晶粒尺寸：约2.0μm），均匀性很好，而且在样品中没有晶粒间的孔隙存在。此外，在晶界上的线性扫描分析揭示，晶界上的Cu或Zn没有明显的偏析和富集。从图6还可清楚地观察到微结构的致密性。
3.4磁性能
1）基本磁性参数：表1中列出了添加不同Bi2O3含量的低温烧结Ba3Co2(1-x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41六角晶系铁氧体的饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力和居里温度的测量值。在给定的烧结曲线和Bi2O3添加量的范围，这些主要的参数没有发生明显的变化。这意味着低温烧结技术以及少量的非磁性添加物不会导致低温烧结六角晶系铁氧体的基本磁性能降低。图7和图8分别绘出了三种低温烧结六角晶系铁氧体的磁滞回线和居里温度的变化。磁化强度-强度曲线直到550K才变平。这个结果可归因于另相的存在，主要是Y型相，它与Z型相共存，这与XRD的分析结果是一致的。
2）频率与实用磁性能的关系：从图9看到，由Ba3Co2(1-x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41+Bi2O3系制得的环形样品，呈现出适用的磁性能。虽然起始磁导率（约3.7~4.5）大大低于那些纯Ba3Co2(1-x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41六角晶系铁氧体样品的值（后者平均为8.5），但仍然大大高于那些低介电玻璃陶瓷的起始磁导率。同时，品质因数（≥50）和适用频率（≥1.0GHz）显著提高。在某种程度上，Snoek法则能解释这种现象。但是，Nakamura的研究证明，主要通过与烧结密度有关的自旋转动磁化来确定铁氧体的高频（≥100MHz）磁导率。畴壁运动对磁导率关于微结构改变的相应贡献，主要发生在低频（≤10MHz）区域，在非常高的频率可忽略不计。
图5 低温烧结改性的Z型六角晶系铁氧体的X射线衍射图
图6 烧结样品断面的SEM照片：（a）δ=0，（b）δ=1.0，（c）δ=2.0，（d）δ=3.0，（e）Bi2O3线性扫描，（f）Cu线性扫描样品［（e）、（f）中δ=2.0］
图7 低温烧结样品的磁滞回线
图8 低温烧结样品的磁化强度与温度的关系
图9 低温烧结样品的磁性频谱
图10 烧结样品（δ=2.0wt%）铁离子的XPS断面图
就低温烧结的六角晶系铁氧体而言，虽然饱和磁化强度没有很大变化，但是Burke等人仍然认为，起始磁导率要受晶粒尺寸和烧结密度的影响。这就能解释在低的频率范围，磁导率也低的原因。对多晶铁氧体而言，晶粒尺寸越大，烧结密度越高，起始磁导率也越高。
因为低温烧结的样品在微结构上系多晶，所以样品的致密性当然会导致每单位体积磁矩的明显提高。添加少量Bi2O3，会是导致起始磁导率增加的另一个重要原因。
适量的Bi2O3添加物随温度升高，激活了Z型六角晶系铁氧体的烧结和二次结晶，但这还不足以抵抗由球磨和阻止晶界之间部分Bi2O3添加物团聚而引起的晶粒尺寸的减小，如图6所示。Bi2O3添加物作为助熔剂是由于低熔点：一旦添加的Bi2O3过量，会由于过度包覆而阻止Z型晶粒生长，Z型六角铁氧体内部颗粒的迁移和扩散将会停滞。而且，在致密的样品中存在很多晶粒边界，使晶粒尺寸小于2μm。在烧结过程中，不可能消除这些界面。在某种程度上，它们起着退磁场的作用，从而降低起始磁导率。
起始磁导率的降低还与六角晶系铁氧体的晶场和阳离子的电结构有关。由于Zn和Cu分别改性，Zn离子择尤占据A位（四面体填隙位）。这也许会导致下列置换：Fe3+→Fe2+
Fe2+离子可能会进入晶格并占据Fe3+（离子半径为0.082nm）位置。然后，电子组态将使晶格或晶场发生畸变，产生一个内应力并阻碍畴壁运动。而且，每个Fe3+的磁矩力为5μm，但Fe2+仅为4μm，每个分子式的磁矩阵降低了，结果，磁导率也将降低，不过，由于低温烧结，Fe2+的含量非常小。XPS不能检测出它的存在（用湿式化学分析会得出相同的结果）。图10示出了在880℃/4h（δ=1.5）处理的样品的铁离子的XPS测量结果。实质上，样品的XPS谱只有一种峰分布。这些峰显示，结合能近似为710.84eV（扣除电荷效应6.15eV后），它遵循Fe3+标准模板（如文献［7］和［8］给出的）做。
3.5DC电阻率的变化
（δ=2.0%）样品的DC电阻率增加到3.31×107Ω·cm，大大高于未添加Bi2O3的样品的DC电阻率值（2.7×107Ω·cm）。添加Bi2O3对电阻率的影响，绘于图11。可以注意到，当Bi2O3添加量增加时，样品的电阻率增加了一点。在烧结温度范围内，电阻率没有明显变化。
虽然检测不到Fe2+，但是电阻率的改变可能是由Fe2+和Fe3+之间的电子跃迁引起的，这使得Z型六角晶系铁氧体产生电子传导。由于低温烧结，加添加剂和缺铁配方，在高温烧结期间，Zn2+的挥发损耗大大降低，因而Fe2+形成的概率大大降低。所有这些都导致Fe2+与Fe3+之间的电子跃进的可能性变小，因此样品的DC电阻保持稳定。关于添加Bi2O3的累积效果，根据Pal等人的报道，可归因于交叠极化子隧道效应机理。
较高的电阻率可降低MLCI的涡流损耗，因此能在更高的频率上使用。这能通过采用缺铁配方、氧气氛保护和其它方法减小Fe2+→Fe3+的转变得到。
4 结论
1）发现添加少量的Bi2O3对改性的Z型Ba3Co2(1-x-y)Zn2xCu2yFe23.5O41六角晶铁氧体的致密性和低温烧结起到有利作用，并且降低了低温烧结样品的相对收缩率。
2）添加少量的Bi2O3，对低温烧结改性的Z型六角晶系铁氧体的饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力以及居里温度，没有明显的影响。
3）低温烧结改性的Z型六角晶系铁氧体的起始磁导率低于那些未添加Bi2O3的铁氧体，但是大大高于那些用传统固态反应法制备的样品。起始磁导率的变化主在是由致密性和小的晶粒尺寸引起的。不过，品质因数和适用频率有很大提高。
4）添加Bi2O3的改性Z型六角晶系铁氧体的电阻率大于3.30×107Ω·cm，比未添加Bi2O3的样品（2.70×107Ω·cm）高。这主要是由于Fe2+的产生。
5）正如所期望的，添加Bi2O3少量，采用干凝胶自蔓延燃烧法制备改性Z型六角晶系铁氧体，能在低于900℃下烧结。这类六角晶系铁氧体，能在低于900℃下烧结。这类六角晶系铁氧体能满足叠层片式元件低温共烧的要求，并且可以考虑用作各种SMDS（如MLCI，MLCB和LC滤波器）的可重复工业生产。
图11 低温烧结样品的DC电阻率