一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié) 構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)元器件的小型化、集成化和模塊化的要求日益迫切， 對(duì)微波介質(zhì)材料提出了更高的要求。微波介質(zhì)陶瓷尤其是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的微波介質(zhì)材料已成 為近年來(lái)功能陶瓷領(lǐng)域最活躍的研宄領(lǐng)域之一。其中，MgTiO3陶瓷作為一種傳統(tǒng)的類鈣鈦 礦結(jié)構(gòu)的微波介質(zhì)材料，在微波頻段仍然具有低介電常數(shù)、超高品質(zhì)因數(shù)等優(yōu)異的微波介 電性能，但存在溫度穩(wěn)定性差（τ f~-50ppm/°C )，燒結(jié)溫度高（> 1400°C )的缺點(diǎn)。
[0003] 微波器件需要在不同的環(huán)境溫度下工作。要使濾波器的載波信號(hào)在不同的溫度下 不出現(xiàn)漂移，就必須要求微波介質(zhì)材料的諧振頻率不隨溫度變化，或者是變化較小，即微波 介質(zhì)材料的諧振頻率溫度系數(shù)需要近零。因此，微波介質(zhì)材料的溫度穩(wěn)定性是現(xiàn)實(shí)微波器 件的高穩(wěn)定性和高可靠性的關(guān)鍵因素。微波介質(zhì)材料尤其是MgTiO3S微波介質(zhì)陶瓷材料溫 度穩(wěn)定性的研宄已成為一大熱點(diǎn)。同時(shí)，181103陶瓷具有高的燒結(jié)溫度，制備過(guò)程能耗大， 不符合資源節(jié)約、低碳環(huán)保的理念。因此，研宄一種具有溫度穩(wěn)定性的MgTiO3基微波介質(zhì) 陶瓷材料并降低其燒結(jié)溫度的需要日益迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有技術(shù)下的大部分鈦酸鎂基陶瓷材料具有較大的負(fù)的 諧振頻率溫度系數(shù)的缺陷，提供一種新型高性能的溫度穩(wěn)定型的鈦酸鎂基微波介質(zhì)陶瓷材 料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] . 一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其目標(biāo)合成物表達(dá)式為0.931%1103- 0. 07 (Ca〇. 4Na0.3La0.3) TiO3;
[0007] 該溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有如下步驟：
[0008] (1)將化學(xué)原料MgO、TiO2按化學(xué)計(jì)量式MgTiO 3進(jìn)行配料，放入聚酯球磨罐中，加 入去離子水和錯(cuò)球后，球磨8-16小時(shí)；
[0009] (2)將步驟⑴球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目 篩；
[0010] (3)將步驟⑵過(guò)篩后的粉料放入中溫爐中，于800~1000°C預(yù)燒，保溫2~8小 時(shí)；
[0011] (4)另將 Ti02、CaC03、La203、Na 2CO3按化學(xué)計(jì)量式（Ca Cl4Naa3Latl.3) TiO3進(jìn)行配料， 放入聚酯球磨罐中，加入去離子水和鋯球后，球磨4~24小時(shí)；
[0012] (5)將步驟（4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目 篩；
[0013] (6)將步驟（5)過(guò)篩后的粉料放入中溫爐中，于900~1200°C預(yù)燒，保溫2~8小 時(shí)；
[0014] (7)將步驟（3)和（6)得到的粉料按照摩爾比為93:7的比例進(jìn)行配料，放入聚酯 球磨罐中，加入去離子水和鋯球后，球磨8~24小時(shí)；
[0015] (8)將步驟（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目 篩；
[0016] (9)將步驟⑶過(guò)篩后的粉料外加質(zhì)量百分比為8%~10%的石蠟作為粘合劑進(jìn) 行造粒，過(guò)80目篩，用粉末壓片機(jī)壓制成生坯；
[0017] (10)將步驟（9)的生坯于1200°C-1300°C燒結(jié)，保溫2~8小時(shí)，制成溫度穩(wěn)定型 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的微波介質(zhì)陶瓷。
[0018] 所述步驟（1)、（4)或（7)采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分。
[0019] 所述步驟（9)的生還直徑為10mm，厚度為5mm〇
[0020] 所述步驟（9)的粉末壓片機(jī)壓力為4~8Mpa。
[0021] 所述步驟（10)的燒結(jié)溫度為1250°C。
[0022] 本發(fā)明以Mg0、Ti02、CaC03、La20 3、Na2C03為原料制備溫度穩(wěn)定型低損耗微波介質(zhì)陶 瓷0. 89MgTi03-0. 11 (Caa4Naa3Laa3)TiO3，燒結(jié)溫度范圍為1200~1300°C。微波頻段下測(cè)得 Qf值達(dá)到64000~74000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)（τ f)達(dá)到-5. 6~-2. 8 X 1(T6/°C。該陶 瓷體系制備工藝簡(jiǎn)單，微波介電性能優(yōu)越，大大降低了 181103體系的燒結(jié)溫度，在很大程度 上節(jié)約了能源成本，符合低碳環(huán)保的理念，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明以純度大于99%的MgO、Ti02、CaC03、Na 2CO3以及純度大于99. 9%的La2O3為初始原料，通過(guò)簡(jiǎn)單固相法制備微波介質(zhì)陶瓷。具體實(shí)施方案如下：
[0024] (1)將化學(xué)原料MgO、TiO2按化學(xué)計(jì)量式MgTiO 3進(jìn)行配料，原料配比為：3. 35302g Mg0、6. 64698g TiO2。將IOg的混合粉料放入聚酯球磨罐中，加入200ml去離子水，加入150g 的鋯球，在行星式球磨機(jī)上球磨12小時(shí)，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分；
[0025] (2)將步驟⑴球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目 篩；
[0026] (3)將步驟⑵過(guò)篩后的粉料放入中溫爐中，于IKKTC預(yù)燒，保溫4小時(shí)；
[0027] (4) Ti02、CaC03、La203、Na 2CO3按化學(xué)計(jì)量式（Ca ^Naa3Laa3) TiO3進(jìn)行配料，具體原 料配比為：2.4891g Ti02，1.2472g CaC03，1.5225g La203,0.6988g Na2C03。將約 5g 的混合 粉料放入聚酯球磨罐中，加入200ml去離子水和150g的鋯球，球磨12小時(shí)；
[0028] (5)將步驟⑷球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目 篩；
[0029] (6)將步驟（5)過(guò)篩后的粉料放入中溫爐中，于KKKTC預(yù)燒，保溫4小時(shí)；
[0030] (7)將步驟（3)和（6)得到的粉料按照摩爾比為93:7的比例配料8g，即7. 26942g MgTiO3,0· 73058g (CaQ. 4NaQ. 3LaQ. 3) TiO3，放入聚酯球磨罐中，加入200ml去離子水和150g的鋯 球，球磨12小時(shí)；
[0031] (8)將步驟（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目 篩；
[0032] (9)將步驟（8)過(guò)篩后的粉料外加質(zhì)量百分比為8%的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒， 過(guò)80目篩，用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力制成生還，生坯直徑為10mm，厚度為5mm ;
[0033] (10)將步驟⑶的生坯于1200-1300°C燒結(jié)，保溫6小時(shí)，制成具有高品質(zhì)因數(shù)的 鈣溫度穩(wěn)定型鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷。
[0034] (11)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試所得制品的微波介電性能。
[0035] 具體實(shí)施例的相關(guān)工藝參數(shù)和微波介電性能詳見(jiàn)表1。
[0036] 表 1
[0037]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其目標(biāo)合成物表達(dá)式為0. 93MgTiO 3-0.0 Y(Caa4Naa3Laa3)TiO3; 該溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有如下步驟： (1) 將化學(xué)原料MgO、TiO2按化學(xué)計(jì)量式MgTiO 3進(jìn)行配料，放入聚酯球磨罐中，加入去 離子水和鋯球后，球磨8-16小時(shí)； (2) 將步驟（1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目篩； ⑶將步驟⑵過(guò)篩后的粉料放入中溫爐中，于800~KKKTC預(yù)燒，保溫2~8小時(shí)； ⑷另將Ti02、CaC03、La203、Na 2CO3按化學(xué)計(jì)量式（Caa4Naa3Laa3)TiO 3進(jìn)行配料，放入 聚酯球磨罐中，加入去離子水和鋯球后，球磨4~24小時(shí)； (5) 將步驟（4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目篩； (6) 將步驟（5)過(guò)篩后的粉料放入中溫爐中，于900~1200°C預(yù)燒，保溫2~8小時(shí)； (7) 將步驟（3)和（6)得到的粉料按照摩爾比為93:7的比例進(jìn)行配料，放入聚酯球磨 罐中，加入去離子水和鋯球后，球磨8~24小時(shí)； (8) 將步驟（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后過(guò)40目篩； (9) 將步驟（8)過(guò)篩后的粉料外加質(zhì)量百分比為8%~10%的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造 粒，過(guò)80目篩，用粉末壓片機(jī)壓制成生坯； (10) 將步驟（9)的生坯于1200°C -1300°C燒結(jié)，保溫2~8小時(shí)，制成溫度穩(wěn)定型鈣鈦 礦結(jié)構(gòu)的微波介質(zhì)陶瓷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所 述步驟（1)、（4)或（7)采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所 述步驟（9)的生還直徑為10mm，厚度為5mm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所 述步驟（9)的粉末壓片機(jī)壓力為4~8Mpa。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所 述步驟（10)的燒結(jié)溫度為1250°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溫度穩(wěn)定型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波介質(zhì)陶瓷，其表達(dá)式為0.93MgTiO3-0.07(Ca0.4Na0.3La0.3)TiO3；先將MgO、TiO2按化學(xué)計(jì)量式MgTiO3配料，經(jīng)球磨、烘干、過(guò)篩后于800～1000℃預(yù)燒；另將TiO2、CaCO3、La2O3、Na2CO3按化學(xué)計(jì)量式(Ca0.4Na0.3La0.3)TiO3配料，經(jīng)球磨、烘干、過(guò)篩后于900～1200℃預(yù)燒；再將上述兩種粉料按照摩爾比93:7配料，經(jīng)球磨、烘干、過(guò)篩、造粒，壓制成生坯；生坯于1200℃-1300℃燒結(jié)，制成微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明Qf值達(dá)到64000～74000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)(τf)達(dá)到-5.6～-2.8×10-6/℃。該陶瓷體系制備工藝簡(jiǎn)單，微波介電性能優(yōu)越，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了能源成本，符合低碳環(huán)保理念，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B35/465, C04B35/622
【公開(kāi)號(hào)】CN104961458
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510362727
【發(fā)明人】李玲霞, 李賽, 呂笑松, 孫浩, 葉靜
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年6月26日