專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種高品質(zhì)因數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷配方及其制備方法，特別是一MTiO3-LnAlO3系復(fù)合鈣鈦礦微波介質(zhì)材料及其制備方法。廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、汽車(chē)電話、電視衛(wèi)星接收器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無(wú)線局域接入及各種雷達(dá)等系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是微波器件的核心材料。由于微波技術(shù)設(shè)備向小型化與集成化，尤其是民用的大批量、低價(jià)格方向迅速發(fā)展，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一大批用于各種微波頻段的微波介質(zhì)陶瓷材料。應(yīng)用于微波電路的介質(zhì)陶瓷，必須滿(mǎn)足以下介電特征要求:1)較高的相對(duì)介電常數(shù)Er，一般根據(jù)應(yīng)用頻率確定介質(zhì)陶瓷材料相對(duì)介電常數(shù)的大小。應(yīng)用頻率為0.8 4GHz (低端)時(shí)，Er > 50 ;4 8GHz (中端)時(shí)，30彡Er彡50 ;8 18GHz (中端)時(shí)，Er ( 30 ;2)高的品質(zhì)因數(shù)Q，以提高選頻特性，一般要求QXftl彡5000 ;3)接近零的頻率溫度系數(shù)Tf以保證器件有良好的溫度穩(wěn)定性，介質(zhì)諧振器件一般都是微波介質(zhì)陶瓷的某種振動(dòng)模式的頻率作為其中心頻率的。如果τ f大，則表明器件的中心頻率將會(huì)因溫度的變化而產(chǎn)生大的漂移，器件將無(wú)法高穩(wěn)定工作。在中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷系統(tǒng)中，MTiO3-LnAlO3(M:Sr, Ca;Ln:La, Nd, Sm)系中的CaTiO3-NdAlO3有優(yōu)異微波介電性能，廣泛應(yīng)用在中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料，相對(duì)實(shí)用性微波CaTiO3-NdAlO3存在以下不足=DCaTiO3-NdAlO3系材料燒結(jié)溫度偏高，1600°C才能致密化陶瓷；2) CaTiO3-NdAlO3系，QXftl ( 30000 ；3)隨著稀土元素Nd的價(jià)格不斷上漲，不符合微波介質(zhì)陶瓷材料低價(jià)格的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述缺陷，目的迎合移動(dòng)`通信用微波頻率小型化、髙頻化需要，旨在提供一具有高品質(zhì)因數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷配方及其制備方法，以CaTiO3-LnAlO3系體系為研究對(duì)象，采用Al2O3為助燒結(jié)劑，協(xié)同降低陶瓷的燒結(jié)溫度，調(diào)整主晶相組成，綜合調(diào)控材料的微波介電性能。為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明以xCaTi03 ^yLa2O3.z Al2O3 + awt% Al2O3為成主分，Al2O3為副成分，其中0.6彡X彡0.8，0.1彡y彡0.2，0.1彡z彡0.2，
0.04彡a彡0.16，其中X、y、z為摩爾比添加、a以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加，awt%為占xCaTiO3.yLa203.z Al2O3 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。所述X 為 0.664、y 為 0.168、z 為 0.168、a 為 0.12。一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備工藝，包括以下步驟:
I)先將鈦酸韓、分析純?nèi)趸|、光譜純?nèi)趸邪碭CaTiO3.yLa203.z Al2O3化學(xué)式配料混合，在 1200-1280°C預(yù)燒 3.5-4.5h，合成主成分 X CaTiO3.yLa203.z Al2O3，其中:0.6 ^ X ^ 0.8, 0.y ^ 0.2, 0.1 ^ z ^ 0.2, 0.04 ^ a ^ 0.16 ；
2)將合成的主成分X CaTiO3.yLa203.z Al2O3及副成分Al2O3原料按xCaTiO3.yLa2O3.z Al2O3 + awt% Al2O3 合成，其中:0.6 < x < 0.8，0.1 ^ y ^ 0.2,0.1 彡 Z 彡 0.2，0.04 彡 a 彡 0.16，awt% 為占 XCaTiO3.yLa203.z Al2O3 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，混合后得到用于制備低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的粉料，將粉料壓制成圓薄片，在14200C -1600°C燒結(jié)，保溫 5-7h。在I)步驟中，將各物料置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨，其中物料:去離子水:锫球重量比為1:1.5:2^4.5,在QM-BP行星球磨機(jī)中混合球磨后烘干,后在箱式爐中 1200-1280°C預(yù)燒 3.5-4.5h，合成主成分 XCaTiO3.yLa203.ζΑ1203。在2)步驟中，將合成的主成分X CaTiO3.yLa2O3.z Al2O3及awt% Al2O3原料按瓷料組成配料，置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨后烘干，加入聚乙烯醇粘合劑造粒，后制成圓薄片，在1420°C -1600°C燒結(jié)，保溫5-7h。采用上述配方及制備方法組成的本發(fā)明，可得到Er=44.2-45.1，高品質(zhì)因數(shù)，低諧振頻率系數(shù)τ f的微波介質(zhì)陶瓷，性能指標(biāo)可滿(mǎn)足微波介質(zhì)陶瓷材料要求。本發(fā)明與現(xiàn)有普遍采用CaTiO3-NdAlO3中介電常數(shù)系相比較，成功解決La取代Nd過(guò)程中，燒結(jié)溫度高和材料的Q偏低的技術(shù)難點(diǎn)，本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于以下三大優(yōu)勢(shì):I )La203取代Nd2O3可以明顯降低成本；2 )提高Q X & ; 3 )降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了能源。


圖1、2、3為本發(fā)明各特性參數(shù)的試驗(yàn)曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明首先以鈦酸I丐、分析純?nèi)趸|、光譜純?nèi)趸邪碭 CaTiO3.yLa203.zAl2O3化學(xué)式配料，置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨后烘干，烘干后在箱式爐中 1200-1280°C預(yù)燒 3.5-4.5h，合成主成分 XCaTiO3.yLa203.ZAl2O3
將合成的主成分X CaTiO3.yLa203.z Al2O3及awt% Al2O3原料按瓷料組成配料，置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨后烘干，加入12被％聚乙烯醇(PVA)粘合劑造粒，然后壓制成直徑15mm，厚度7.5mm的圓薄片，在1420°C -1600°C燒結(jié)，保溫5_7h。為了測(cè)量樣品的介電性能，首先將圓柱狀陶瓷樣品在1200目金鋼砂紙上打磨，然后將其用超聲波在酒精中清洗。采用Ailment E5071B網(wǎng)絡(luò)分析儀，根據(jù)空腔法用微波頻率的橫向電場(chǎng)(TEtlll模)分析樣品的介電性能，測(cè)試頻率在4 5GHz。通過(guò)測(cè)量介質(zhì)諧振器的諧振頻率隨溫度的變化率得到樣品的諧振頻率溫度系數(shù)，測(cè)量的溫度范圍為-40°C 85°C。Al2O3的加入有效地促進(jìn)了基體的致密化，在1420°C 1500°C燒結(jié)范圍內(nèi)得到的燒結(jié)結(jié)構(gòu)致密，氣孔少。隨著燒結(jié)溫度的逐漸升高使基體的氣孔下降，溫度的升高使氣孔消失與晶界移動(dòng)協(xié)調(diào)進(jìn)行，可促進(jìn)燒結(jié)基體致密化，提高體系介電常數(shù)，高致密的燒結(jié)基體內(nèi)部的弱聯(lián)系離子少，燒結(jié)體損耗也較小，有關(guān)各特性參數(shù)參見(jiàn)各試驗(yàn)曲圖，見(jiàn)圖1、2、3。本發(fā)明采用各個(gè)參數(shù)，得到的性能如下表:
權(quán)利要求
1.一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，以xCaTi03.yLa203.z Al2O3+ awt% Al2O3為成主分，Al2O3為副成分，其中0.6≤X≤0.8，0.1≤y≤0.2，0.1≤z≤0.2，0.04≤a≤0.16，其中X、y、z為摩爾比添加、a以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加，awt%為占X CaTiO3.yLa203.z Al2O3 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述X為0.664、y 為 0.168、z 為 0.168、a 為 0.12。
3.一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: I)先將鈦酸韓、分析純?nèi)趸|、光譜純?nèi)趸邪碭CaTiO3.yLa203.z Al2O3化學(xué)式配料混合，在 1200-1280°C預(yù)燒 3.5-4.5h，合成主成分 X CaTiO3.yLa203.z Al2O3，其中:0.6 ≤ X ≤ 0.8, 0.y ≤ 0.2, 0.1 ≤ z ≤ 0.2, 0.04 ≤ a ≤ 0.16 ；2)將合成的主成分X CaTiO3.yLa203.z Al2O3及副成分Al2O3原料按xCaTiO3.yLa2O3.z Al2O3 + awt% Al2O3 合成，其中:0.6 ≤ x ≤ 0.8，0.1 ≤ y ≤ 0.2,0.1 ≤ z ≤ 0.2，0.04 ≤ a ≤ 0.16，awt% 為占 XCaTiO3.yLa203.z Al2O3 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，混合后得到用于制備低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的粉料，將粉料壓制成圓薄片，在14200C -1600°C燒結(jié)，保溫 5-7h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備工藝，其特征在于，在I)步驟中，將各物料置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨，其中物料:去離子水:锫球重量比為1:1.5:2 4.5,在QM-BP行星球磨機(jī)中混合球磨后烘干,后在箱式爐中 1200-1280°C預(yù)燒 3.5-4.5h，合成主成分 XCaTiO3.yLa203.ζΑ1203。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備工藝，其特征在于， 在2)步驟中，將合成的主成分X CaTiO3.yLa203.z Al2O3及awt% Al2O3原料按瓷料組成配料，置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨后烘干，加入聚乙烯醇粘合劑造粒，后制成圓薄片，在1420°C -1600°C燒結(jié)，保溫5-7h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低損耗中介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備工藝。本發(fā)明xCaTiO3·yLa2O3·zAl2O3+awt%Al2O3為成主分，Al2O3為副成分，采用合適的參數(shù)，成功解決La取代Nd過(guò)程中，燒結(jié)溫度高和材料的Q偏低的技術(shù)難點(diǎn)，本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于以下三大優(yōu)勢(shì)1)La2O3取代Nd2O3可以明顯降低成本；2)提高Q×f0；3)降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了能源。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103073285SQ20131001241
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者韋玉華, 張益勇 申請(qǐng)人:江蘇加佳電子股份有限公司