一种新型低介低损耗微波介质陶瓷及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型低介低损耗微波介质陶瓷及制备方法。陶瓷材料采用传统固相工艺制备而成，主要物相为Li2Ni3TiO6。本发明微波介质陶瓷材料具有以下特点：陶瓷材料介电常数εr为11.73~12.96，品质因数Q·f为0.92~1.01×104 GHz，谐振频率温度系数τf为?25.3~?16.5 ppm/℃；陶瓷物相组成稳定，制备工艺简单，过程环保，制备成本较低，是一种很有发展前途的微波介质材料。
【专利说明】
一种新型低介低损耗微波介质陶瓷及制备方法
技术领域
[0001 ] 一种新型低介低损耗微波介质陶瓷及制备方法。
【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。
[0004]近期，L1-Ni_B-0(B=Ti，Sn，Zr)体系微波介质陶瓷因其优异的低介电常数，低损耗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。Li2Ni3T16作为该体系中的一类，具有物相稳定、成本低廉等优点，有利于微波介质陶瓷的开发及应用。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种新型低介低损耗Li2Ni3T16微波介质陶瓷及制备方法。上述微波介质陶瓷采用传统固相工艺制备，烧结温度为1150-1250 °C。陶瓷材料主要物相为Li2Ni3T16,其介电常数εΑ?Ι.73?12.96，品质因数Q.f为0.92?I.01 X 14 GHz，谐振频率温度系数Tf为-25.3—16.5 ppm/°C。上述陶瓷材料按照Li2Ni3T16化学式配料，两次混料约24h，预烧温度1000-1050°C，烧结温度1150_1250°C，具体制备工艺如下。
[0006]1.混料:将纯度大于99.99%的Li2CO3，N1，T12粉末按照配方Li2Ni3T16的化学式进行配料，将粉料，氧化锆磨球，无水乙醇加入混料瓶中，混料过程中磨球，无水乙醇的质量比例为I: 10:1;直径为Icm与直径为0.5cm磨球质量比例为2:1，混料机转速为200 r/min，混料时间约24小时;将混料后的浆料置于70?90。C下的干燥箱中烘干。
[0007]2.将步骤(I)干燥后的粉料混合物装入坩祸后置于高温炉中，在1000?1050 ° C下预烧4小时，得到预烧粉体。
[0008]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，在混料机中混料约24小时;将混料后的浆料置于70?90。C的干燥箱中烘干。
[0009]4.造粒、成型:将(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，加热混合温度为55-65°C，将制成微米级的球形颗粒过60-80目标准筛后，再用粉末压片机以200MPa的压力压成生坯。
[0010]5.排胶:将生坯置于高温炉中，在约500 °C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0011]6.烧结:将排胶后的生坯于1150-1250 °C烧结，保温4小时，升温梯度为5°C/min。
[0012]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;合成的Li2Ni3T16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，合成温度低，易于烧结。制成的陶瓷具有低介电常数低损耗的微波介电性能，能够满足未来微波元器件发展的需要。
【附图说明】
[0013]图1为本发明Li2Ni3T16陶瓷各实施例相关工艺参数及微波介电性能图表。
[0014]图2为本发明Li2Ni3T16陶瓷样品X射线衍射分析图。
[0015]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。
【具体实施方式】
[0016]实施例1。
[0017](I)混料:根据Li2Ni3T16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(1^尤03)3.698，氧化镍(祖0)11.218和氧化钛(1^02)3.998。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约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。
[0018](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于1050°C下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2Ni3T16粉体。
[0019](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，在混料机中混料约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 0C下的干燥箱中烘干。
[0020](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。
[0021](5)排胶:将生坯置于高温炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0022](6)烧结:采用中温马弗炉以升温速度5°C/min，于1200°C保温4小时可实现其烧结成瓷，其介电常数为12.31，品质因数Q.f为1.0lXlO4 GHz,谐振频率温度系数为_17.4ppm/°C ο
【具体实施方式】
[0023]实施例2。
[0024](I)混料:根据Li2Ni3T16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(1^尤03)3.698，氧化镍(祖0)11.218和氧化钛(1^02)3.998。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约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。
[0025](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于100tC下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2Ni3T16粉体。
[0026](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，在混料机中混料约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 0C下的干燥箱中烘干。
[0027](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。
[0028](5)排胶:将生坯置于高温炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0029](6)烧结:采用中温马弗炉以升温速度5°C/min，于1150°C保温4小时可实现其烧结成瓷，其介电常数为11.73，品质因数Q.f为0.93X 104 GHz,谐振频率温度系数为_25.3ppm/°C ο
[0030]实施例3。
[0031](I)混料:根据Li2Ni3T16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(1^尤03)3.698，氧化镍(祖0)11.218和氧化钛(1^02)3.998。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约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。
[0032](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于1050°C下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2Ni3T16粉体。
[0033](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，在混料机中混料约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 0C下的干燥箱中烘干。
[0034](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。
[0035](5)排胶:将生坯置于高温炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0036](6)烧结:采用中温马弗炉以升温速度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12.96，品质因数Q.f为0.98X 104 GHz,谐振频率温度系数为_21.7ppm/°C ο
[0037]实施例4。
[0038](I)混料:根据Li2Ni3T16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(1^尤03)3.698，氧化镍(祖0)11.218和氧化钛(1^02)3.998。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约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。
[0039](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于100tC下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2Ni3T16粉体。
[0040](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，在混料机中混料约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 0C下的干燥箱中烘干。
[0041](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。
[0042](5)排胶:将生坯置于高温炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0043](6)烧结:采用中温马弗炉以升温速度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12.78，品质因数Q.f为0.92X 104 GHz,谐振频率温度系数为_23.3ppm/°C ο
[0044]实施例5。
[0045](I)混料:根据Li2Ni3T16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(1^尤03)3.698，氧化镍(祖0)11.218和氧化钛(1^02)3.998。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约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。
[0046](2)预烧:将步骤(I)烘干后的粉料置于马弗炉中于1050°C下预烧4小时，即可获得预烧后的Li2Ni3T16粉体。
[0047](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，在混料机中混料约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 0C下的干燥箱中烘干。
[0048](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。
[0049](5)排胶:将生坯置于高温炉中，在500°C下排胶四小时，排出石蜡成分。
[0050](6)烧结:采用中温马弗炉以升温速度5°C/min，于1150°C保温4小时可实现其烧结成瓷，其介电常数为11.93，品质因数Q.f为0.98X 104 GHz,谐振频率温度系数为_16.5P pm/0C ο
【主权项】
1.一种新型低介低损耗微波介质陶瓷，其特征在于:陶瓷材料主要物相为Li2Ni3T16,在1150?1250 ° C时烧结后介电常数1.73?12.96，品质因数Q.f为0.92?I.01 X 14GHz,谐振频率温度系数Tf为-25.3—16.5 ppm/°C。2.—种权利要求1所述的一种一种新型低介低损耗微波介质陶瓷，其特征在于制备方法由下述步骤组成: (1)混料:将纯度大于99.99%的Li2CO3,N1，T12粉末按照配方Li2Ni3T16的化学式进行配料，将粉料，氧化锆磨球，无水乙醇加入混料瓶中，在混料机中混料约24小时;将混料后的浆料置于70?90 °C下的干燥箱中烘干； (2)将步骤(I)干燥后的粉料混合物装入坩祸后置于高温炉中，在1000?1050°C下预烧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，在混料机中混料约24小时;将混料后的浆料置于70?90。C的干燥箱中烘干； (4)造粒、成型 将(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60-80目标准筛后，再用粉末压片机以200MPa的压力压成生坯； (5)排胶 将生坯置于高温炉中，在约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1150-1250 ° C烧结，保温4小时。3.根据权利要求2的一种新型低介低损耗微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)，( 3 )的料，磨球，无水乙醇的质量比例为1:10:1;直径为I cm与直径为0.5cm磨球质量比例为2:1，混料机转速为200 r/min。4.根据权利要求2所述的一种新型低介低损耗微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷粉体原料分别为Li 2C03 ,N1,Ti O2粉体。5.根据权利要求2的低损耗高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)将步骤(5)得到的圆柱形生坯在1150-1250 °C下烧结4小时，升温梯度为5 °C /min。
【文档编号】C04B35/64GK105859281SQ201610261666
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】吴海涛, 毕金鑫, 刘青青
【申请人】济南大学