低损耗介电可调中介微波介质陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体设及一种低损耗介电可调中介微波介质陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代通信技术的迅速发展，尤其是4G、5G网络的迅速推进，小型化、集成化和 低成本化成为移动通信和移动终端的发展方向。实现通信设备的小型化、高稳定性和廉价 的途径是微波电路的集成化。传统的金属谐振腔和金属波导体积和重量过大，限制了微波 集成电路的发展，为此需要开发一系列适合于微波范围内具有高性能、高可靠工作特性的 电子材料与元器件。中等介电常数、高品质因数微波介质陶瓷正是在运一背景下迅速发展 起来的适合运一要求的最佳电介质材料，它具有低微波损耗、较高的介电常数和频率溫度 系数小等综合特点，用其制作的滤波器具有体积小、重量轻、数据传输速率高等优势，是解 决目前LTE网络建设频谱资源瓶颈问题的关键材料。
[000引 目前，中等介电常数、高品质因数的微波介质陶瓷主要是W BaTiA、8曰2化020 和狂r，Sn) Ti04及MTiO厂LnAl03(M: Sr, Ca ;Ln:La, Nd, Sm)等为基的微波介质材料为主。 BaTi40g、BazTigOw和狂r，Sn) TiO4研究较早，并且研究得非常系统，但运些陶瓷的介电 常数偏低（通常et《40)，不利于微波电路小型化的趋势。在MTi03-LnAl03体系中， 化Ti化-NdAl化微波介质陶瓷由于具有优异的微波介电性能W及巧铁矿结构的可调性而 备受瞩目。英国、俄罗斯、日本等国家的学者相继研究开发出性能达到Ef为43~48， QXf > 40000GHz，T ^pm/°C的化TiOs-NdAl化体系微波介质陶瓷，但在国内尚未见该 系材料在应用方面达到国外产品的性能指标，国内产品的QXf值远低于国外产品，仅在 35000GHz左右。国内工业生产使用的化Ti03-NdAl03系列陶瓷主要是从日本购买合成好的 陶瓷粉末，既花费大量外汇、又不利于自主技术进步。此外，稀±氧化物Nd203原料的昂贵， 价格对于化Ti03-NdAl03微波介质陶瓷的商业化应用推广是一个非常大的限制因素。因此， 获得一种可替代化Ti03-NdAl03陶瓷且易于批量化生产的低成本微波介质陶瓷，不仅具有 重要的社会效益而且具有显著的经济利益。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低损耗介电可调中介微波介质陶 瓷材料，是一种可替代CaTi〇3-NdAl〇3系陶瓷的低成本CaTi〇3-LaAl〇3系微波介质陶瓷，大 幅降低了生产成本，具有低损耗介电可调特性，介电常数可调，QX f高且谐振频率溫度系数 T f优异，本发明还提供其制备方法。
[0005] 本发明所述的低损耗介电可调中介微波介质陶瓷材料，化学组成为： a化狂rjii x)〇3+(l-a)Lai+yAl〇3+zwt % AI2O3，其中 0. 30《a《0. 35,0《x《0. 1， 0《y《0. 01，0《z《1。
[0006]其中：
[0007]化学组成中的 zwt%为Al2〇3占（aCa狂r Jiix)〇3+(l-a)Lai+yAl〇3)的质量分数。
[000引 作为一种优选，0.300.35,0<x《0. l，0<y《 0.01，0<z《1，此种化学组成 的微波介质陶瓷材料ef=43~48, QXf > 38500GHz，谐振频率溫度系数If优异，是一 种低损耗介电可调中介微波介质陶瓷材料。
[0009]作为一种优选，a = 0. 31，0《X《0. 06,0《y《0. 005,0《Z《0. 6。
[0010] 作为一种优选，a = 0. 31，0<x《0. 06,0<y《0. 005,0<z《0. 6,此种化学组成的 微波介质陶瓷材料Ey= 45~46, QXf > 43500GHz，谐振频率溫度系数T f优异。
[0011] 作为一种优选，a = 0.31，X = 0.02, y = 0.03,0. 15<z《0.5,此种化学组成的微 波介质陶瓷材料Ey= 45~46, QXf > 45000GHz，谐振频率溫度系数T f优异。
[0012] 本发明所述的低损耗介电可调中介微波介质陶瓷材料的制备方法，包括W下步 骤：
[001引 （1) W CaC03、Zr02、Ti02、La203、Al203为原料，将所有原料放入球磨机中球磨，得到 粒径1. 5~2. 8 y m的浆料；
[0014]似将球磨过的浆料烘干后，压制成化经1240~1280°C预烧2~6小时，得到烧 块；
[001引 做将预烧后的块体粉碎，加入粉料质量分数0~1%的Al203,0. 3%~1%的PVA、 PVB、或CMC, 0. 05%~1 %的聚丙締酸钢和0.0 l %~0. 2%的憐酸S下脂，W去离子水为球 磨介质球磨，得到粒径0. 6~1. 4 y m的浆料；
[001引 （4)浆料经喷雾造粒后，压制成圆柱；
[0017] (5)然后进行排胶处理，再升溫进行烧结，即可制得低损耗介电可调中介微波介质 陶瓷材料。
[0018] 其中：步骤（1)中球磨机为50Kg邸式陶瓷球磨机，球磨时间为12~18小时。
[001引步骤（4)中压制成圆柱为：在ieOMPa的压强下压制成直径为15mm、高度为6mm的 圆柱。
[0020] 步骤（5)为：将样品在650°C下保溫2小时排胶处理，然后升溫至1450°C~1520°C 进行烧结，升溫速率为120-180°C A，保溫时间为4~化，即可制得低损耗介电可调中介微 波介质陶瓷材料。
[0021] 作为一种优选技术方案，本发明所述的低损耗介电可调中介微波介质陶瓷材料的 制备方法，包括W下步骤：
[00过 （1) W CaC03、Zr02、Ti02、La203、Al203为原料，将所有原料放入50KG邸式陶瓷球磨 机中球磨12~18小时，得到粒径1. 5~2. 8 Ji m的浆料；
[0023] (2)将球磨过的浆料烘干后，在30MPa的压强下压制成直径50mm的大片，经W 4°C /min的升溫速率升至1240~1280°C预烧2~6小时，得到烧块；
[0024] 做将预烧后的块体粉碎后过30~80目筛，加入粉料质量分数0~1 %的AI2O3， 0. 3%~1%的PVA、PVB、或CMC，0. 05%~1%的聚丙締酸钢和0. 01%~0. 2%的憐酸S下 月旨，W去离子水为球磨介质，用12化揽拌磨球磨2~4小时，得到粒径0. 6~1. 4 y m的浆 料；
[002引 （4)浆料经喷雾造粒后，在160MPa的压强下压制成直径为15mm、高度为6mm的圆 柱；
[0026] (5)将样品在650°C下保溫2小时排胶处理，然后升溫至1450°C~1520°C进行烧 结，升溫速率为120-180°C A,保溫时间为4~化，即可制得低损耗介电可调中介微波介质 陶瓷材料。
[0027] 本发明选用高介电常数、正谐振频率溫度系数的化Ti化与低介电常数、负谐振频 率溫度系数的低成本LaAl〇3复合，并通过向陶瓷中渗杂ZrO2、适当调节La2〇3的含量，二次 球磨后添加Al2〇3的方式调控陶瓷的显微结构，进而提供一种低损耗介电可调aCa狂r Jiiy) 〇3+a-a)Lai+yAl〇3+zwt% AI2O3微波介质陶瓷材料。该系陶瓷是一种极具应用价值的高性能 低成本的微波介质陶瓷材料。
[0028] 综上所述，本发明具有W下优点：
[0029] (1)本发明选用高介电常数e 170、正谐振频率溫度系数T产800ppm/°C的 化Ti〇3与低介电常数e 4、负谐振频率溫度系数Tf>-44卵m/°C的低成本LaAl〇3复 合，并通过向陶瓷中渗杂Zr化、适当调节Laz化的含量、二次球磨后添加Al 2化的方式调控陶 瓷的显微结构，进而获得一种具有低损耗介电可调特性且适用于介质谐振器、滤波器及双 工器等微波器件的低成本微波介质陶瓷材料。
[0030] 似本发明是一种低成本微波介电性能优异的化Ti〇3-LaAl〇3系陶瓷材料，该微波 介质材料的介电常数、谐振频率溫度系数可随化学组分比在较宽的范围内连续可调，可W 根据所设计器件的要求调整结构和性能。
[0031] 0)本发明采用价格低廉的原料、简单易行的工艺路线，制备出可替代 CaTi〇3-NdAl〇3系陶瓷的低成本CaTiO3-LaAl〇3系微波介质陶瓷，填补了目前国内该材料自 主研发的空缺，大幅降低了生产成本，原料成本比化Ti〇3-NbAl〇3系微波介质陶瓷降低了S 分之一。
【附图说明】
[00础图 1 为实施例 13 制备的 0. 31Ca狂r0.02Ti0.J03+0.69Lai.003Al03+0. 4wt%Al203陶瓷 室溫时的X畑图谱。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0034] 实施例1-5
[003引按通式0. 31化狂rjii x)03+0. 6化aAl03配料经过W下步骤制备出本发明陶瓷：
[003引（1)采用分析纯化学试剂化0)3、2啤、1'102、1曰203、41203为原料，按0.31化紅；1'11,) 化+0. 6化aAl化的化学通式摩尔配比，其中0《X《0. 06。将配好的原料放入50KG邸式陶 瓷球磨机中球磨16小时，得到粒径2. 3 Ji m的浆料；
[0037] (2)将球磨过的浆料烘干后，在30MPa的压强下压制成直径50mm的大片，经W 4°C /min的升溫速率升至12