一种微波介质陶瓷材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料及微波通信领域，具体涉及一种微波介质陶瓷材料及其制备方 法与应用。
【背景技术】
[0002] 作为下一代移动通讯技术，LTE成为通讯运营商未来通讯网络发展的必选之路。 但频谱资源紧张、高耗能、高成本等众多挑战也使运营商面临着更加严峻的成本压力。2015 年，我国可为公众移动通信规划约1000MHz带宽频谱资源，但距离工信部电信研究院估算 的1360MHz总带宽需求还有300MHz左右缺口，频谱资源紧张，提高频谱利用率成当务之急。 [0003] 微波介质陶瓷是近30年来迅速发展起来的新型功能电子陶瓷，它具有损耗低、频 率温度系数小、介电常数高等特点。随着移动通讯的迅猛发展，特别是第四代移动通信网络 (4G)TD - LTE时代来临。应用于介质谐振器、全介质滤波器、腔体滤波器、天线等微波元器 件的微波介质材料的需求也日益增长。向着小型化、高频化、低成本和环境友好的方向发 展，对微波介质陶瓷提出了更高的要求。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种微波介质陶瓷 材料，该微波介质陶瓷材料具有高介电常数、高Q值、频率温度系数可调且制备成本低廉等 优点，可以满足微波器件小型化、高频化、低成本的发展要求。
[0005] 本发明的另一目的在于提供上述微波介质陶瓷材料的制备方法。
[0006] 本发明的再一目的在于提供上述微波介质陶瓷材料的应用。
[0007] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0008] -种微波介质陶瓷材料，主晶相的结构为XCaTiO3-(I-X)ReAO 3;其中，Re为La、Nd 和Sm中的至少一种，A为Al和Ga中的至少一种；0 < x < 1 ;
[0009] 所述的微波介质陶瓷材料还包括改性添加剂；
[0010] 所述的改性添加剂优选为ZrOjP MnO 2中的至少一种；
[0011] 所述的改性添加剂在微波介质陶瓷材料中的总含量为〇~2. Owt % ;
[0012] 所述的改性添加剂在微波介质陶瓷材料中的总含量优选为0.1 wt%~2. Owt% ;
[0013] 所述的微波介质陶瓷材料主晶相的结构XCaTiO3-(I-X)ReAO 3* X的值优选为 0. 5 ~0. 8 ;
[0014] 所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015] (1)按照主晶相结构式的化学计量比取碳酸钙、二氧化钛、稀土氧化物以及氧化铝 和氧化镓中的至少一种，砂磨使混合均匀；
[0016] (2)出料，喷雾干燥，然后在1000~1300°C的温度下进行预烧；
[0017] (3)粉碎，不添加或添加改性添加剂，再次砂磨使混合均匀；
[0018] (4)出料，喷雾造粒，过筛，压制成型；
[0019] (5)在1300~1600°C的温度下进行烧结，得到微波介质陶瓷材料；
[0020] 步骤（1)中所述的稀土氧化物为氧化镧、氧化钕和氧化钐中的至少一种；
[0021] 步骤（1)中所述的砂磨的条件优选为：以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨 球，砂磨时间为0. 5~2小时；
[0022] 步骤⑵中所述的预烧的时间优选为2~10小时；
[0023] 步骤⑵中所述的喷雾干燥的温度优选为100~300 °C ;
[0024] 步骤⑶中所述的砂磨的条件优选为：以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨 球，砂磨时间为0. 5~10小时；
[0025] 步骤⑷中所述的喷雾造粒优选操作为：添加1~8wt%的聚乙烯醇水溶液，然后 喷雾干燥；所述的喷雾干燥的温度优选为100~300°C ;
[0026] 步骤⑷中所述的过筛优选为过40~300目筛；
[0027] 步骤（5)中所述的烧结的时间优选为2~15小时；
[0028] 所述的微波介质陶瓷材料在新材料及微波通信领域中的应用；
[0029] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0030] (1)采用砂磨和喷雾造粒等方式制备得到的微波介质陶瓷材料均匀性更好，性能 更优；
[0031] (2)本发明制备得到的微波介质陶瓷材料具有良好的微波介电性能：介电常数ε =27~55,且在此范围内可调节；品质因数Qf = 22000~80000GHz(谐振频率f = 3~ 6GHz);频率温度系数τ f = -62~55ppm/°C，且在此范围内可调节；
[0032] (3)通过调整配方，能够实现微波介质陶瓷材料的综合频率温度系数（即高温频 率温度系数和低温频率温度系数之和）在_10ppm/°C到+10ppm/°C范围内连续可调；
[0033] (4)本发明原料价廉易得，无毒环保；
[0034] (5)本发明制备工艺简单，无需特殊设备和苛刻工艺条件，适合工业化生产。
【附图说明】
[0035] 图1是实施例6制备得到的微波介质陶瓷材料的SEM图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0037] 实施例中陶瓷的介电性能在3~6GHz频率下测得。
[0038] 实施例1
[0039] (1)按照主晶相结构式=XCaTiO3-(1-x) ReAO3化学计量比称取碳酸钙2. 91kg、二氧 化钛2. 32kg、氧化镧3. 32kg、氧化钐0kg、氧化钕7. 99kg、氧化错3. 46kg、氧化镓0kg，混合 得到第一混合料；将第一混合料、去离子水和氧化锆球以1:2:0. 5的质量比，用砂磨机砂磨 Ih使混合均匀；
[0040] (2)出料，采用喷雾干燥塔220°C喷雾干燥，然后在1250°C的温度下预烧5h，升温 速率为3°C /min，随炉冷却，得到第一预烧料；
[0041] (3)取粉碎后的第一预烧料16kg、改性添加剂氧化锆Og和氧化锰0g，混合得到第 一预烧后混合料；将第一预烧后混合料、去离子水和氧化锆球以1:2:0. 5的质量比，用砂磨 机砂磨Ih使混合均匀；
[0042] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用喷雾干燥塔220°C喷雾干燥后，过 40目筛，得到第一造粒料；然后采用120MPa的成型压力成型；
[0043] (5)在1450°C的温度下烧结5小时，得到微波介质陶瓷材料。
[0044] 实施例2
[0045] (1)按照主晶相结构式=XCaTiO3-(1-x) ReAO3化学计量比称取碳酸钙2. 52kg、二氧 化钛2. 01kg、氧化镧2. 87kg、氧化钐5. 12kg、氧化钕I. 98kg、氧化错0kg、氧化镓5. 5kg，混 合得到第二混合料；将第二混合料、去离子水和氧化锆球以1:2:0. 5的质量比，用砂磨机砂 磨Ih使混合均匀；
[0046] (2)出料，采用喷雾干燥塔220°C喷雾干燥，然后在1250°C的温度下预烧5h，升温 速率为3°C /min，随炉冷却，得到第二预烧料；
[0047] (3)取粉碎后的第二预烧料16kg、改性添加剂氧化锆40g和氧化锰80g，混合得到 第二预烧后混合料；将第二预烧后混合料、去离子水和氧化锆球以1:2:0. 5的质量比，用砂 磨机砂磨Ih使混合均匀；
[0048] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用喷雾干燥塔220°C喷雾干燥后，过 40目筛，得到第二造粒料；然后采用120MPa的成型压力成型；
[0049] (5)在1550°C的温度下烧结5小时，得到微波介质陶瓷材料。
[0050] 实施例3
[0051] (1)按照主晶相结构式：xCaTi03-(l-x)ReA(Vit学计量比称取碳酸f丐5. 61kg、二氧 化钛4. 47kg、氧化镧3. 73kg、氧化钐0kg、氧化钕3. 85kg、氧化错2. 34kg、氧化镓0kg，混合 得到第三混合料；将第三混合料、去离子水和氧化锆球以1:2:0. 5的质量比，用砂磨机砂磨 Ih使混合均匀；
[0052] (2)出料，采用喷雾干燥塔220°C喷雾干燥，然后在1250°C的温度下预烧5h，升温 速率为3°C /min，随炉冷却，得到第三预烧料；
[0053] (3)取粉碎后的第三预烧料16kg、改性添加剂氧化锆40g和氧化锰80g，混合得到 第三预烧后混合料；将第三预烧后混合料、去离子水和氧化锆球以1:2:0. 5的质量比，用砂 磨机砂磨Ih使混合均匀；