本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法，特别是涉及一种低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
微波介质陶瓷是近三十年迅速发展起来的新型功能陶瓷，被广泛应用于介质谐振器、介质滤波器、双工器、介质稳频振荡器等微波器件。作为微波通讯中的关键材料，微波介质陶瓷的各项性能在很大程度上决定了整体系统的性能和尺寸极限。2020年，无线移动通信将迎来了5g时代，可利用的通信频率也将从微波扩展提升至毫米波段，传输速度快，传输信息量大，这就要求微波陶瓷具有较高的品质因数、超低的介电常数εr以及接近零的谐振频率温度系数。
在众多的微波介质材料体系中，sio2陶瓷材料因其原料低廉，介电性能良好等优势，在微波基板、天线罩等领域具备了较高的应用潜力。然而，制备高性能sio2微波介质陶瓷材料存在以下几个问题：(1)sio2存在多种晶型转变，必然伴随较大的体积效应；(2)sio2烧结温度过高，需要在1600℃以上方可烧结成瓷，助剂的引入虽然可以降低烧结温度，但同时也会导致介电性能的严重缺失；(3)sio2陶瓷块体介电常数仍比较高(εr＝3.52)，无法满足今后电子原件的发展需求。因此，研发高性能的sio2基微波介质陶瓷材料是目前亟待解决的关键问题。
技术实现要素：
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料，解决现有sio2基微波介质陶瓷材料电常数较高，品质因数低，烧结温度高等问题。本发明还提供了一种低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的制备方法。
本发明技术方案如下：一种低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料，由以下质量比组分原料烧结制成：非晶sio2粉末︰mgf2粉末︰mnco3粉末＝1︰(0.05-x)︰x，0.015≤x≤0.03，所述低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的主物相是晶态sio2。
进一步的，所述低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的介电常数为2.6～3.0，品质因数为32540～56182ghz，谐振频率温度系数为-23～-37ppm/℃。
优选的，所述非晶sio2粉末的纯度大于99％，结晶度为0～10％，粒度为700～800nm。
优选的，所述mgf2粉末和mnco3粉末为分析纯。
一种低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：s1、按比例混合mgf2粉末和mnco3粉末，并进行加热保温处理得到复合助烧剂粉末；s2、按比例混合复合助烧剂粉末与非晶sio2粉末进行湿法球磨得到混合物；s3、烘干步骤s2获得的混合物并造粒压制成坯料，将坯料进行烧结得到陶瓷材料，各原料粉末的质量比为非晶sio2粉末︰mgf2粉末︰mnco3粉末＝1︰(0.05-x)︰x，0.015≤x≤0.03。
进一步的，所述步骤s1的混合mgf2粉末和mnco3粉末是采用干法卧式滚磨，滚磨时间3～5h。
进一步的，所述步骤s1的加热保温处理为加热至525～675℃，保温时间为10～30min，保温结束后随炉冷却。
进一步的，所述步骤s2是混合复合助烧剂粉末以乙醇为介质进行湿法球磨1～2h，然后添加非晶sio2粉末进行湿法球磨8～12h。
进一步的，所述步骤s3造粒是以烘干步骤s2获得的混合物质量的2.5～5％添加粘结剂进行造粒，所述粘结剂为聚乙烯醇或石蜡，占所述粘结剂总质量的40～60％的粘结剂与烘干步骤s2获得的混合物混合，其余粘结剂在造粒过程中缓慢逐滴加入。
进一步的，所述步骤s3造粒后选择50～200目的颗粒进行压制成坯料。
优选的，所述烧结时烧成温度为1080～1180℃，保温时间为3～5h，保温结束后以1～2℃/min的降温速率冷却至800-850℃，然后随炉冷却。
本发明所提供的技术方案的优点在于：复合助烧剂的引入可以使材料在微波频段下的介电常数降至3以下，烧结温度低于1200℃，同时保证较高的品质因数。先行处理mgf2粉末与mnco3粉末制得复合助烧剂，后将复合助烧剂均匀分散于非晶sio2粉体中，保证材料微波介电性能的均一和稳定性。高温段缓降的冷却制度可以防止陶瓷烧结块体的变形或翘曲。本发明原料来源广泛、制备方法简便，有利于实际生产应用，获得的陶瓷材料介电常数低，品质因数高，烧结温度低，可广泛应用于微波基板、导弹天线罩等微波器件的制造。
附图说明
图1为非晶sio2粉末的xrd图谱。
图2为本发明低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的xrd图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
称取烧结助剂分析纯mgf2粉末3.5g、分析纯mnco3粉末1.5g，干法卧式滚磨，滚磨时间3h，然后置于高温炉内进行625℃热处理，保温时间为10min后随炉冷却。热处理的复合助烧剂粉末置于球磨罐中以乙醇为介质球磨3h后取出，在浆料中加入纯度大于99％，结晶度为0～10％，粒度为700～800nm的非晶sio2粉末100g后继续球磨8h，干燥后的粉末中先加入占粉末1.4wt％的聚乙烯醇混合，在造粒过程中再缓慢逐滴加入占粉末2.1wt％的聚乙烯醇进行造粒，造粒料经筛分获得50目～200目之间的粗粉，然后装入金属模具中冷压成型，将成型的块体置于高温炉中1080℃热处理4h，以1.5℃/min的降温速率冷却至830℃，然后随炉冷却。制得低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的微波介电性能：介电常数εr＝2.6，品质因数q×f＝47131ghz，谐振频率温度系数τf＝-23ppm/℃，xrd图谱如图2所示，非晶sio2粉末的xrd图谱如图1所示，可看出原料非晶sio2在高温作用下发生析晶行为，形成结晶度高的晶体sio2。
实施例2
称取烧结助剂分析纯mgf2粉末3g、分析纯mnco3粉末2g，干法卧式滚磨，滚磨时间4h，然后置于高温炉内进行525℃热处理，保温时间为20min后随炉冷却。热处理的复合助烧剂粉末置于球磨罐中以乙醇为介质球磨1.5h后取出，在浆料中加入纯度大于99％，结晶度为0～10％，粒度为700～800nm的非晶sio2粉末100g后继续球磨9h，干燥后的粉末中先加入占粉末2.5wt％的聚乙烯醇混合，在造粒过程中再缓慢逐滴加入占粉末2.5wt％的聚乙烯醇进行造粒，造粒料经筛分获得50目～200目之间的粗粉，然后装入金属模具中冷压成型，将成型的块体置于高温炉中1120℃热处理3h，以1℃/min的降温速率冷却至850℃，然后随炉冷却。制得低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的微波介电性能：介电常数εr＝2.7，品质因数q×f＝56182ghz，谐振频率温度系数τf＝-29ppm/℃。
实施例3
称取烧结助剂分析纯mgf2粉末2.5g、分析纯mnco3粉末2.5g，干法卧式滚磨，滚磨时间3.5h，然后置于高温炉内进行575℃热处理，保温时间为30min后随炉冷却。热处理的复合助烧剂粉末置于球磨罐中以乙醇为介质球磨1h后取出，在浆料中加入纯度大于99％，结晶度为0～10％，粒度为700～800nm的非晶sio2粉末100g后继续球磨11h，干燥后的粉末中先加入占粉末1.5wt％的聚乙烯醇混合，在造粒过程中再缓慢逐滴加入占粉末1wt％的聚乙烯醇进行造粒，造粒料经筛分获得50目～200目之间的粗粉，然后装入金属模具中冷压成型，将成型的块体置于高温炉中1150℃热处理5h，以1.5℃/min的降温速率冷却至810℃，然后随炉冷却。制得低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的微波介电性能：介电常数εr＝2.85，品质因数q×f＝41213ghz，谐振频率温度系数τf＝-35ppm/℃。
实施例4
称取烧结助剂分析纯mgf2粉末2g、分析纯mnco3粉末3g，干法卧式滚磨，滚磨时间4h，然后置于高温炉内进行675℃热处理，保温时间为15min后随炉冷却。热处理的复合助烧剂粉末置于球磨罐中以乙醇为介质球磨2h后取出，在浆料中加入纯度大于99％，结晶度为0～10％，粒度为700～800nm的非晶sio2粉末100g后继续球磨12h，干燥后的粉末中先加入占粉末2wt％的聚乙烯醇混合，在造粒过程中再缓慢逐滴加入占粉末2wt％的聚乙烯醇进行造粒，造粒料经筛分获得50目～200目之间的粗粉，然后装入金属模具中冷压成型，将成型的块体置于高温炉中1180℃热处理4h，以2℃/min的降温速率冷却至800℃，然后随炉冷却。制得低温烧结sio2基微波介质陶瓷材料的微波介电性能：介电常数εr＝3.0，品质因数q×f＝32540ghz，谐振频率温度系数τf＝-37ppm/℃。