微波介质陶瓷材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子信息材料及其器件技术领域，具体涉及一种新型低损耗微波介质陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微波介质陶瓷(MWDC)是指在微波频段电路中作为介质材料完成微波信号处理的一种陶瓷，是一种新型的电子功能陶瓷。随着互联网技术的迅猛发展，信息容量呈指数性增长，应用频率朝着更高的频段发展，便携式终端和移动通信进一步向着小型化、高集成化和高可稳定性等方向发展。同时，介质谐振器、滤波器、电容器等器件在电磁波的接受与发送、能量与信号耦合及筛选频率方面有待进一步的提高，这就对微波电路中的元器件提出了更高要求，开发小型化、高稳定、廉价及高集成化的新型微波介质陶瓷已成为当今研究开发的焦点所在。
[0003]微波介质陶瓷作为制造微波元器件的关键部分，应满足如下性能要求:(I)相对介电常数Er要尽量的高，这可以让器件更加小型化；(2)谐振频率温度系数Tf要尽可能的接近0，这样才能使器件工作时有较好的稳定性；(3)品质因数Q.f值要高，这样才能有优良的选频特性。根据相对介电常数Er的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为超低介电常数微波介电陶瓷，低^和高Q值的微波介电陶瓷，中等^和Q值的微波介电陶瓷，高ε Jg Q值微波介电陶瓷4类。
[0004]近期，L1-Mg_B-0(B=Ti，Sn，Zr)体系微波介质陶瓷因其具有低介低损耗的微波介电性能和较低的烧结温度受到科研人员的广泛关注。Li2MgZrO4作为该体系中的一类，具有小型化、高稳定、廉价及集成化等优点，有利于微波介质陶瓷的应用。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种新型低损耗微波介质陶瓷材料及其制备方法。上述微波介质陶瓷采用传统固相法制备，烧结温度为1200-1300°C。陶瓷材料主要物相为Li2MgZrO4,其介电常数范围为20.77至21.67，品质因数Q.f范围为56，000至63，400GHz，谐振频率温度系数范围为-37.2至-15.5ppm/°C。
[0006]上述陶瓷材料按照Li2(i+x)MgZr04(x=0-0.1)化学式配料，两次混料20_24h，预烧温度975-1025°C。当化学组成为Li2(1+Q.Q5)MgZr04，烧结温度为1250°C时，具有最优微波介电性能。其中介电常数为21.67，品质因数0*€为63，400 GHz,谐振频率温度系数为_22.3ppm/?C。
[0007]上述的低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法由下述步骤组成:
(1)混料:将纯度大于99.99%的原料粉末按照配方Li2(1+x)MgZr04的化学通式进行配料，将粉料，氧化锆磨球，无水乙醇加入混料瓶中，在混料机中混料20-24小时;将混料后的浆料置于70?90°C干燥箱中烘干；
(2)将步骤(I)干燥后的粉料混合物装入坩祸后置于马弗炉中，在975-1025°C预烧4小时，得到预烧粉体；
(3)二次混料
将步骤(2)预烧后的粉料，氧化锆磨球，无水乙醇再次加入混料瓶，在混料机中混料20-24小时;将混料后的浆料置于70?90°C干燥箱中烘干；
(4)造粒、成型
将(3)中烘干好的粉末加入石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目标准筛后，再用粉末压片机以200MPa的压力压成生坯；
(5)排胶
将生坯置于马弗炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分；
(6)烧结
将排胶后的生坯于1200°C-1300°C烧结，保温4小时。
[0008]本发明的有益效果是:本发明采用价格较为低廉陶瓷氧化物粉体为原料。制备工艺过程化学计量比控制精确，工艺简单，重复性好;合成Li2MgZrO4介质陶瓷物相稳定单一，无杂相干扰;合成的微波陶瓷粉体颗粒细小、均匀，同时具有良好的微波介电性能，满足未来微波元器件的需要。
【附图说明】
[0009]图1为本发明Li2MgZrO4陶瓷各实施例相关工艺参数及微波介电性能图表。
[0010]图2为本发明Li2MgZrO4陶瓷预烧粉体X射线衍射分析图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0012]实施例1
(I)混料:根据Li2(1+x)MgZr04(X=0.05)微波介质陶瓷物相的化学计量比，使用精密天平称取纯度为99.99%的碳酸锂(Li2CO3) 8.022g，氧化锆(ZrO) 12.7416g和氧化镁(MgO)4.1680g。将称量后的粉料倒入混料瓶中，并加入40g无水乙醇和400g氧化锆磨球。其中直径为Icm与直径为0.5cm磨球按质量比例为2:1装入;将粉料、磨球及无水乙醇的混料瓶放置于混料机上连续混料24小时，混料机转速为200 r/min；用粗孔筛将混料后的浆料和磨球分离，将分离后的浆料置于70-90°C下的干燥箱中烘干。
[0013](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于1000°C下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2MgZrO4粉体。
[0014](3) 二次混料:将步骤(2)预烧后的粉料与400g氧化锆磨球，40g无水乙醇再次加入混料瓶，在混料机中混料24小时，混料机转速为200 r/min;用粗孔筛将混料后的浆料和磨球分离，将分离后的浆料置于70-90°C下的干燥箱中烘干。
[0015](4)造粒、成型:将步骤(3)中烘干好的粉末加入质量百分比为8%的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目标准筛后，再用粉末压片机以200MPa的压力压成生坯。
[0016](5)排胶:将生坯置于马弗炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0017](6)烧结:采用高温炉以升温速度5°C/min，于1250°C保温4小时可实现其烧结成瓷，其介电常数为21.67，品质因数Q.f为6.34X 14 GHz,谐振频率温度系数为_22.3ppm/V。
[0018]实施例2
(I)混料:根据Li2(Ux)MgZrO4(X=O)微波介质陶瓷物相的化学计量比，使用精密天平称取纯度为99.99%的碳酸锂(Li2C03) 7.6400g，氧化锆(ZrO) 12.7416g和氧化镁(MgO)4.1680g。将称量后的粉料倒入混料瓶中，并加入40g无水乙醇和400g氧化锆磨球。其中直径为Icm与直径为0.5cm磨球按质量比例为2:1装入;将粉料、磨球及无水乙醇的混料瓶放置于混料机上连续混料20小时，混料机转速为200 r/min;用粗孔筛将混料后的浆料和磨球分离，将分离后的浆料置于70-90°C下的干燥箱中烘干。
[0019](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于1000°C下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2MgZrO4粉体。
[0020](3) 二次混料:将步骤(2)预烧后的粉料与400g氧化锆磨球，40g无水乙醇再次加入混料瓶，在混料机中混料20小时，混料机转速为200 r/min;用粗孔筛将混料后的浆料和磨球分离，将分离后的浆料置于70-90°C下的干燥箱中烘干。
[0021](4)造粒、成型:将步骤(3)中烘干好的粉末加入质量百分比为8%的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目标准筛后，再用粉末压片机以200MPa的压力压成生坯。
[0022](5)排胶:将生坯置于马弗炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0023](6)烧结:采用高温炉以升温速度5°C/min，于1300°C保温4小时可实现其烧结成瓷，其介电常数为21.04，品质因数Q.f为5.96 X 14 GHz,谐振频率温度系数为_37.2ppm/?C。
[0024]实施例3
(I)混料:根据Li2(1+x)MgZr04(X=0)微波介质陶瓷物相的化学计量比，使用精密天平称取纯度为99.99%的碳酸锂(Li2C03) 7.6400g，氧化锆(ZrO) 12.7416g和氧化镁(MgO)4.1680g。将称量后的粉