专利名称：一种微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于微波器件的微波介质陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料领域。
背景技术：
近年来，移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)、蓝牙技术以及无线局域网(WLAN)等现代通信业飞速发展。微波介质陶瓷具有微波损耗低、介电常数高和频率温度系数小等优点，既可以满足通信机的可移动性、便携性、小型化、微型化的要求，又可以满足在微波范围内具有高性能、高可靠性工作特性的要求，得到了更广泛的关注。应用于微波系统中的中介电常数微波介质陶瓷，其基本性能要求为:介电常数ε r=30 50，谐振频率温度系数Tf=0± IOppm/°C，QXf彡30000GHz。由于CaTiO3材料在微波频率下具有高ε P低Q、较大的正谐振频率温度系数Tf，而LaAlO3具有高L和较大的负τ f，因而两者复合制备可得到闻ε! 和零τ 的微波介质材料。J.H.Moon等研究(1-x) CaTiO3-XLaAlO3体系陶瓷的微波介电性能。在烧结温度为1600 V时，
0.65CaTi03-0.35LaA10s 陶瓷具有优良的微波介电性能:ε =37, QXf=47000GHz (f=7GHz)及 τ f=-2ppm/°C 为了保证微波介质陶瓷在工业生产可靠稳定性，国内厂家会选择从日韩及欧美厂家购买合成好的XCaTiO3-(1-X) LaAlO3体系微波介质陶瓷粉末,大大增加了工业生产成本，并限制了其在移动通信等领 域微波介质器件的开发利用。因此，有必要利用国内原材料，开发工艺简单且性能稳定的中介电常数微波介质陶瓷，满足微波系统的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单且性能稳定的微波介质陶瓷及其制备方法。本发明的微波介质陶瓷，制备工艺简单，可以通过国内原材料制备，重复性良好，且微波介电性能优异。本发明的微波介质陶瓷，包括主晶相，所述的主晶相成分为(1-X) CaTiO3-X (LayNd(1_y))GaO3,0.3 < X < 0.5,0.3 < y < 0.6。本发明的微波介质陶瓷，还可以包括改性掺杂剂，所述的改性掺杂剂为BaCO3和SrCO3 ；BaCO3的掺杂比例为主晶相质量的0.01% 0.4 %，SrCO3的掺杂比例为主晶相质量的 0.1 % 0.4 %。该微波介质陶瓷具有较好的介电性能:介电常数ε, =4(Γ45，谐振频率温度系数Tf=0±10ppm/°C，QXf=4000(T45000GHZ。采用该陶瓷制备的微波介质陶瓷谐振器，可较好适用于移动通信用TM01模、TE01模基站滤波器和基站双工器。本发明还提供上述微波介质陶瓷的制备方法，包括以下具体步骤:1)按比例称取CaC03、TiO2,La2O3> Ga2O3> Nd2O3,混合后用去离子水和锆球在行星球磨机上球磨3 10小时；
2)烘干后在1200°C 1400°C下保温3 6小时，预烧制备得到(I_x)CaTiO3-X (Lay Nd(1_y))GaO3粉料；
3)按照掺杂含量取BaCO3和SrCO3,与预烧后的粉料混合，然后按照料:去离子水:锆球=1:1.2:5的质量比例加去离子水和错球在行星球磨机上球磨3 10小时；
4)将球磨后的浆料烘干后过60目筛，向过筛后的粉料中添加PVA粘结剂进行造粒，在5MPa压力保压3分钟压制成型；
5)把成型后的胚体在1400°C 1600°C下烧结，其中650°C以下升温速率为45 65°C/h,650°C以上升温速率为10(Tl25°C /h，最高温区保温2 8小时得到微波介质陶瓷。上述方案中，
所述 BaC03、CaCO3> SrCO3> TiO2、La203、Nd2O3> Ga2O3 的纯度为分析纯。
所述BaCO3的纯度均大于或等于99.0% ；
所述SrCO3的纯度均大于或等于99.0% ；
所述CaCO3的纯度均大于或等于99.0% ；
所述TiO2的纯度均大于或等于99.0% ；
所述La2O3的纯度均大于或等于99.9% ；
所述Ga2O3的纯度均大于或等于99.99% ；
所述Nd2O3的纯度均大于或等于99.9% ；
所述PVA粘结剂是指质量分数为5wt9TlOWt%的聚乙烯醇水溶液。上述的制备方法，通过调整CaC03、TiO2、La203、Nd2O3> Ga2O3的比例将材料的介电常数调整到47左右，再进一步添加微量的稀土氧化物BaCO3和SrCO3,提高了微波介质陶瓷QXf，同时调整 Tf 至 0±10ppm/°C。本发明方法采用常规固相反应法基础上制备出性能稳定，重复性良好的高性能微波介质陶瓷。与(1-X)CaTiO3-XLaAlO3传统中介电常数高Q值微波介质陶瓷相比，本发明方法制备的陶瓷介电常数可调(4(T45)，Q值更高(4000(T45000GHZ)，谐振频率温度系数为± IOppm/°C左右且连续可调。可以满足移动通信TMtll模、TE01模介基站质滤波器和介质双工器的工业应用需求。本发明的有益效果在于:不但(1-x) CaTiO3-X (Lay Nd(1_y)) GaO3微波介质陶瓷的介电常数在4(Γ45范围内可调，而且还具有原料易获取、制备工艺简单及高品质因数的特性。该微波介质陶瓷材料不含铅(Pb)、镉(Cd)、贡(Hg)、铬(Cr6+)等不符合环保的有害物质，有利于环保要求。制备方法工艺流程简单，工艺稳定且重复性好。可以采用国内原材料即可制备出高性能的微波介质陶瓷。
图1是本专利制备方法的流程图。图2为实施例2-4的X射线衍射分析结果。测试仪器为日本生产的型号为XRD-7000型X射线衍射分析测试仪。图3为实施例3的扫描电镜图片。测试仪器为日本生产的型号为JSM-6301的扫描电子显微镜。
具体实施例方式表I示出了构成本专利的主要成分和不同掺杂含量的四个具体实例。实施例1 -5按通式(1-x) CaTiO3-X (LayNd(1_y)) GaO3经过如下几个步骤制备出本专利微波介质陶瓷:
具体原料厂商如下:
权利要求
1.一种的微波介质陶瓷，包括主晶相，所述的主晶相成分为(1-X)CaTiO3-X(Lay Nd(1_y))GaO3,0.3 ^ X ^ 0.5,0.3 ^ y ^ 0.60
2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷，还包括改性掺杂剂，所述的改性掺杂剂为BaCO3和SrCO3,其中BaCO3的掺杂含量为主晶相质量的0.01% 0.4 %，SrCO3的掺杂含量为主晶相质量的0.1 % 0.4 %。
3.权利要求2所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤: 1)按比例称取CaC03、TiO2,La203、Ga2O3> Nd2O3,混合后用去离子水和锆球在行星球磨机上球磨3 10小时； 2)烘干后在1200°C 1400°C下保温3 6小时，预烧制备得到(I_x)CaTiO3-X (Lay Nd(1_y))GaO3粉料； 3)按照掺杂含量取BaCO3和SrCO3,与预烧后的粉料混合，然后按照料:去离子水:锆球=1:1.2:5的质量比例加去离子水和错球在行星球磨机上球磨3 10小时； 4)将球磨后的浆料烘干后过60目筛，向过筛后的粉料中添加质量分数为5%的PVA粘结剂进行造粒，在5MPa压力保压3分钟压制成型； 5)把成型后的胚体在1400°C 1600°C下烧结，其中650°C以下升温速率为45 65°C/h,650°C以上升温速率为10(Tl25°C /h，最高温区保温2 8小时得到微波介质陶瓷。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述BaC03、CaCO3>SrCO3> TiO2、La203、Nd2O3> Ga2O3的纯度为分析纯。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述PVA粘结剂是指质量分数为5°/Γ Ο%的聚乙烯醇水溶液。
全文摘要
本发明公开了一种高性能微波介质陶瓷及其制备方法。主晶相为(1-x)CaTiO3-x(LayNd(1-y))GaO3，采用CaCO3、TiO2、La2O3、Ga2O3、Nd2O3为原料，改性掺杂剂为BaCO3和SrCO3。按传统的固相反应法制备(1-x)CaTiO3-x(LayNd(1-y))GaO3微波介质陶瓷。本发明提供的微波介质陶瓷材料具有优良的微波介电性能相对介电常数εr在40~45之间可调，Q×f为40000~45000GHz，谐振频率温度系数可连续调节，可广泛应用于制备现代通信基站中用介质谐振器、滤波器及双工器等微波器件。
文档编号C04B35/622GK103214244SQ201310152459
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者刘林, 万丰, 王志勇, 吴卫华 申请人:武汉虹信通信技术有限责任公司