一种高介微波陶瓷介质材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于微波器件的高介微波陶瓷介质材料及其制备方法，属于微波陶瓷介质材料技术领域。
【背景技术】
[0002]微波陶瓷介质材料是一类迅速发展起来的功能陶瓷材料，是微波谐振器、滤波器、双工器以及微波天线等微波元器件的关键材料，对移动通信、无线接入等现代微波通信技术的发展起着至关重要的作用。
[0003]评价微波介质陶瓷性能的指标主要有介电常数ε r,品质因子Q与谐振频率f的乘积Qf，谐振频率温度系数Tf。在已报道的高介微波陶瓷材料中CaT1j^ ε 170，Qf约3600GHz，TfS+800ppm/°C，其烧结温度在1300°C左右。要在CaT1 3体系中获得近零的谐振频率温度系数，可通过复合负谐振频率温度系数的体系来实现。中国专利，申请号201010167964.7 就公开了一种组成为 a LaAlx03-(l_a)CaTi03+ywt% MO(其中 MO 为金属氧化物中的一种或多种，0.30彡a彡0.35，0.98彡x彡1.06，0.05 ^ y ^ 2)的高Q中介微波陶瓷及其制备方法，其介电常数ε 43?46，Qf ^ 40000GHz, τ f稳定在±10ppm/°C，但其烧结温度高达1400?1450°C。另有中国专利，申请号201310201931.3公开了一种主晶相为(1-x)MgTi03-xMg2Si04-yCaTi03 (其中 O 彡 x 彡 0.8，0.05 彡 y 彡 0.07)，改性添加剂为MnC03、Co203、CeOjP Nb 205的微波陶瓷介质材料及其制备方法，其Qf在65000?85000GHz之间，τ f稳定在±10ppm/°C以内，但介电常数ε r仅在10?22之间。中国期刊《功能材料》2007年增刊38卷在“La3+、Li1+对CaT1 3微波介电性能的影响” 一文中公开了一种组成为(1ι)ε&1_χΙ^2χ/3??03ιΙ^1/2Ν(11/2??03的微波陶瓷材料，虽然当 χ = 0.4 且 y = 0.5 时，陶瓷具有较好的综合微波介电性能(Tf降低至10ppm/°C以内，ε肩于100)，但其Qf显著下降，低于1400GHz。与此同时，成分更为复杂的高介微波陶瓷体系逐渐涌现。中国专利，申请号 201410064047.1 就公开了一种组成为 Sivx_y (Ca0.6M0.8/3) y (Na0.5E0.5) J13 (其中 M 和 E均为La、Sm、Nd、Dy、Gd稀土元素中的一种，O ^ x ^ 0.1, 0.6 ^ y ^ 0.7)的低损耗高介微波陶瓷及其制备方法，其ε r= 150?180，Qf介于6500?12000GHz，但其τ f介于300?450ppm/°C，且烧结温度高达1350?1500°C。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高介微波陶瓷介质材料及其制备方法，高介微波陶瓷介质材料在保证较低的谐振频率温度系数τ {前提下具有较高的微波介电常数
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明提供一种新的高介微波陶瓷介质材料，该材料具有以下化学式:(1-x) (Sma5Lia5)T13-XCaT13，其中0.15 < χ < 0.20，χ采用摩尔分数；
[0006]该材料由CaC03、Li2C03、1102和Sm 203为主原料制得。
[0007]上述高介微波陶瓷介质材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)按照上述的化学式，计算出所需各原料的质量，称量已干燥的起始原料CaC03、Li2C03、T12以及Sm2O3，将原料加入到球磨罐中，湿法球磨14?18小时，烘干、过筛后于1090°C?1110°C煅烧2?3小时，固相反应合成主晶相粉体；
[0009](2)将步骤⑴的主晶相粉体冷却后，加入到球磨罐中再次湿法球磨14?18小时，经烘干、过筛后，在0.4?0.5吨压力下模压成型得到柱状坯体；
[0010](3)将步骤⑵中的坯体置于垫有铂金箔的氧化铝方瓷舟中，于1290?1300°C盖烧2?3小时成瓷，得到最终产品。
[0011]作为优选，所述步骤(I)中起始原料CaCO3以及Li2CO^ 180°C干燥；1102和Sm2O3在900°C干燥，以去除原料中的水分，保证主晶相粉体组成的准确性。
[0012]作为优选，所述步骤(I)和步骤(2)中湿法球磨按料、氧化锆磨球以及丙醇质量比I:4:2装入球磨罐，以提高球磨效率，获得粒径细小的粉料。
[0013]作为优选，所述步骤(I)和步骤(2)中粉体过筛在250 μπι尼龙筛中进行，以保证烘干后粉料具有适当的粒径及分散性。
[0014]作为优选，所述步骤⑴中煅烧在莫来石坩祸中加盖进行，升温速率为4?5°C /分钟，以减少Li的挥发，避免化学计量比失配，并保证煅烧合成的充分进行。
[0015]作为优选，所述步骤(2)中主晶相粉体以9?10°C /分钟的速率冷却至室温。
[0016]作为优选，所述步骤(3)中烧结的升温速率为4?5°C/分钟，冷却速率为4?50C /分钟，以降低气孔率，提高致密度，避免开裂或较大内应力的产生。
[0017]有益效果:本发明的高介微波陶瓷介质材料，该微波陶瓷材料仅由CaT13与具有负谐振频率温度系数的合构成，组成简单、粒径分布均匀，在保证较低的谐振频率温度系数Tf前提下具有较高的微波介电常数ε ^本发明的高介微波陶瓷介质材料的制备方法，仅需一次煅烧既得主晶相粉体，步骤简单、可控；由于煅烧及烧结过程均采用盖烧工艺，瓷料重复性好；成型前无需造粒，不添加粘合剂，无需排胶，成瓷致密度高；该微波陶瓷材料烧结温度与CaT1j^烧结温度相近，仅在1300°C左右属于中温烧结，大大降低成本。
【附图说明】
[0018]图1为0.85 (Sma5Lia5) T13-0.15CaTi03高介微波陶瓷材料表面微观形貌图；
[0019]图2为0.8 (Sma5Lia5) T13-0.2CaTi03高介微波陶瓷材料表面微观形貌图；
[0020]图3为图1和图2的高介微波陶瓷材料的X射线衍射图谱。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023]该材料的化学式为0.85 (Sm0.5Li0 5) T13-0.15CaTi03，计算 CaCO3、Li2CO3' Sm2O3、T12的物质的量之比为0.15:0.2125:0.2125:1，称取180°C干燥后的CaCO 3、Li2CO3以及经900°C干燥的 Sm203、1102各 0.03mol、0.0425mol、0.0425mol、0.2mol，将该配料与氧化锆磨球以及丙醇按质量比1:4:2装入球磨罐，在对辊式球磨机中湿法球磨16小时，浆料烘干后经250 μπι尼龙筛过筛，粉体置于莫来石坩祸中加盖，控制升温速率为5°C /分钟到1100°C煅烧3小时，以10°