一种低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷，其组成为Li2(Mg0.95A2+0.05)3TiO6，其中A2+＝Ca2+,Ni2+,Zn2+。先将Li2CO3、MgO、CaCO3、NiO、ZnO、TiO2原料按化学式配料，再球磨、烘干、过筛、造粒后压制成型为坯体，坯体于1225～1300℃烧结，制得低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷，其介电常数为12.22～17.32，品质因数为49610～158000GHz。谐振频率温度系数为?29.1～+3.51ppm/℃。本发明制备工艺简单，过程环保，是一种具有前途的微波介质材料。
【专利说明】
-种低损耗裡镇铁系微波介质陶瓷
技术领域
[0001] 本发明属于一种W成分为特征的陶瓷组合物，特别设及一种新型低损耗裡儀铁 (Li2Mg3TW6)系微波介质陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300MHz~300G化）电路中作为介质材料并完 成一种或多种功能的陶瓷。在现代的应用方面，微波介质陶瓷可用作谐振器、滤波器、介质 天线、介质导波回路等微波元器件，应用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等领域方面。随 着通信技术的发展，具有高的介电常数、高的品质因数W及接近零的谐振频率溫度系数的 微波介质陶瓷材料越来越受到关注。当今通信信息量在不断增加，微波介质陶瓷在现代通 信工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。因此急需寻找介电性能优异的 微波介质陶瓷。
[0003] Li2Mg3Ti〇6系微波介质陶瓷是近来刚开发的新型微波介质陶瓷，其具有良好的微 波介电性能，介电常数为15.2，品质因数为152000GHz，谐振频率溫度系数为-39ppm/°C。
[0004] 但目前对其制备方法和改性的研究的报道较少。本发明采用传统固相法，采用不 同的二价金属离子(Ca2+，Ni2+，化2+)分别对Li2Mg3Ti〇6陶瓷中Mgh离子进行置换。当采用Ca 2+ 或Ni2+取代Mgh时，降低了裡儀铁陶瓷的谐振频率溫度系数。而采用化离子取代Mgh离子时 不但有效地提高了裡儀铁陶瓷的品质因数，而且使谐振频率溫度系数趋近于0,是一种理想 的微波介质陶瓷材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，是提供一种新型的低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷材料，本发明W Li2〇)3、MgO、Ti〇2为主要原料，并W适量二价金属离子取代儀离子，制备出高品质因数QXf 和谐振频率溫度系数趋近0的裡儀铁系微波介质陶瓷。
[0006] 本发明通过如下技术方案予W实现。
[0007] . 一种低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷，其组成为Li2(Mg日.9日A2+〇.日日)3Ti〇6,其中A2+为 Ca2+、Ni2+、Zn2+;
[000引上述低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷的制备方法，具有W下步骤：
[0009] (1)将Li2CO3、MgO、CaCO3、NiO、ZnO、TiO2原料，按Li2(Mg0.95A2+0.05)3TiO6，其中A2+ = Ca2+、Ni2+、Zn2+进行配料;按原料:去离子水:磨球=2:16:15的质量比加入聚醋罐中，在球磨 机上球磨8小时；
[0010] (2)将步骤(1)球磨后的原料置于干燥箱中于120°C烘干，烘干后过40目筛，获得颗 粒均匀的粉料；
[0011] (3)将步骤(2)混合均匀的粉料在1000°C般烧4小时；
[0012] (4)在步骤(3)般烧后的陶瓷粉料放入聚醋罐中，加入去离子水和氧化错球后，在 球磨机上球磨6小时;烘干后在陶瓷粉料中外加重量百分比为6~8%的石蜡作为粘合剂进 行造粒，过80目筛，再用粉末压片机成型为巧体；
[0013] (5)将步骤(4)的巧体于1225~1300°C烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波 介质陶瓷。
[0014] 所述步骤（1)的^2〇)3、1旨0、化0)3、化0、化0、11〇2原料的质量纯度大于99%。
[0015] 所述步骤(5)的烧结溫度为1275Γ。
[0016] 本发明由于采用不同二价金属离子(Ca2\Ni2+、Zn2+)部分取代Li2Mg3Ti〇6中Mg离 子，制备Li2(Mgo.95A2+o.〇5)3Ti〇6(其中A2+ = Ca2+，Ni2+，ai2+)微波介质陶瓷，当其烧结溫度为 1275Γ，A2+为Zn2+离子时，介电常数为14.61，谐振频率溫度系数达到+3.2ppm/°C，品质因数 最大值为158000GHz。此外，本发明制备工艺简单，过程环保，是一种有前途的微波介质材 料。
【具体实施方式】
[0017] 本发明采用纯度大于99%的化学原料^2〇)3、1邑0、〔曰0)3、化0、211〇、1'1〇2制备新型 的低损耗微波介质陶瓷材料Li2Mg3Ti〇6。
[001 引本发明将 ^20)3、1邑0、〔曰0)3、化0、2110或1102原料按化学式^2(1邑0.9542+0.05)31'106 (其中42+ =化2+，化2+，化2+)进行配料，按原料:去离子水:磨球=2:16:15的质量比加入聚醋 罐中，球磨8小时;将球磨后的原料置于红外干燥箱中于120°C烘干，过40目筛，再于1000°C 般烧8小时;再将般烧后的陶瓷粉料放入球磨罐中，加入氧化错球和去离子水球磨8小时后 烘干;再在烘干后的陶瓷粉料中外加重量百分比为6~8%的石蜡粘合剂进行造粒，过80目 筛后，用粉末压片机于4MPa的压力下将粉末压成直径为10mm，厚度为5mm的生巧;将生巧在 1225~1300°C烧结，保溫4~6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷。最后通过网络分析 仪及相关测试夹具测试制品的微波介电性能。
[0019] 本发明具体实施例如下。
[0020] 实施例1
[00別]1.依照微波介质陶瓷组分Li2(Mgo.9日A2+o.o日）3Ti〇6(其中A2+ = Ca2 + )，称^2(：〇3- 5.2097g、Mg0-8.0979g、CaC〇3-l. 0618g、Ti〇2-5.6306g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0022] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0023] 3.将粉料于1000°C般烧4小时；
[0024] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0025] 5.将巧体于1275Γ烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0026] 最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[0027] 实施例2:
[002引 1.依照微波介质陶瓷组分Li2(Mgo.95A2+o.05)3Ti06(其中A 2+ = Zn2 + )，称^2(：03- 5.2815g、Mg0-8.2095g、Ni0-0. 8008g、Ti02-5.7082g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0029] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0030] 3.将粉料于ΙΟΟΟΓ般烧4小时；
[0031 ] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0032] 5.将巧体于1275Γ烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0033] 最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[0034] 实施例3:
[00对 1.依照微波介质陶瓷组分Li2(Mgo.9日A2+o.o日）3Ti06(其中A 2+ = Zn2 + )，称^2(：03- 5.2627g、Mg0-8.1802g、ZnO-0.8693g、Ti02-5.6878g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0036] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0037] 3.将粉料于ΙΟΟΟΓ般烧4小时；
[0038] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0039] 5.将巧体于1275Γ烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0040] 最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[0041 ] 实施例4:
[00创 1.依照微波介质陶瓷组分Li2(Mgo.9日A2+o.o日）3Ti06(其中A 2+ = Zn2 + )，称^2(：03- 5.2627g、Mg0-8.1802g、ZnO-0.8693g、Ti02-5.6878g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0043] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0044] 3.将粉料于1000°C般烧4小时；
[0045] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0046] 5.将巧体于1250°C烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0047] 最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[004引实施例5:
[00例 1.依照微波介质陶瓷组分Li2(Mgo.95A2+o.05)3Ti06(其中A 2+ = Zn2 + )，称^2(：03- 5.2627g、Mg0-8.1802g、ZnO-0.8693g、Ti02-5.6878g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0050] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0化1 ] 3.将粉料于ΙΟΟΟΓ般烧4小时；
[0052] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0053] 5.将巧体于1300°C烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0054] 最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[0化5] 实施例6:
[0化6] 1.依照微波介质陶瓷组分 Li2(MgQ.95A2YQ5)3Ti〇6(其中 A = Ca2+)，称^2(：〇3- 5.2097g、Mg0-8.0979g、CaC〇3-l. 0618g、Ti〇2-5.6306g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0057] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0化引 3.将粉料于ΙΟΟΟΓ般烧4小时；
[0059] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0060] 5.将巧体于1225Γ烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0061 ]最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[0062] 实施例7
[00创 1.依照微波介质陶瓷组分Li2(Mgo.9日A2+o.o日）3Ti06(其中A 2+ = Ca2 + )，称^2(：03- 5.2097g、Mg0-8.0979g、CaC03-l. 0618g、Ti02-5.6306g配料，共20g;混合粉料加入聚醋罐中， 加入160ml去离子水和150g错球后，在行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为1000转/ 分；
[0064] 2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于12(TC烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉 料；
[0065] 3.将粉料于1000°C般烧4小时；
[0066] 4.将般烧后的粉料放入聚醋罐中，二次球磨8小时，出料后烘干，过40目筛;然后加 入重量百分比为6%的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛;再用粉末压片机W4MPa的压 力压成直径为10mm，厚度为5mm的巧体；
[0067] 5.将巧体于1300°C烧结，保溫6小时，制得低损耗裡儀铁系微波介质陶瓷；
[0068] 最后，通过网络分析仪及相关测试夹具测试所得制品微波特性。
[0069] 本发明具体实施例的主要工艺参数及其微波介电性能详见表1。
[0070] 表 1
[0071]
[0072] 本发明实施例的检测方法如下：
[0073] 1.制品的直径和厚度使用千分尺进行测量。
[0074] 2.借助Agilent 8720ES网络分析仪，采用开始抢平行板法测量所制备圆柱形陶瓷 材料的节电常数，将测试夹具放入ESPEC MC-710F型高低溫循环溫箱进行谐振频率溫度系 数的测量，溫度范围为25-85 °C测试频率在8-12G化范围内。
[0075] 3.采用闭式腔法测量所制备圆柱形陶瓷制品的品质因数，测试频率在8-12G化范 围内。
[0076] 本发明不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但运并不因此违背本发 明的范围和精神。
【主权项】
1. 一种低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷，其组成为Li2(MgQ. 95A2+Q.()5)3Ti06,其中A 2+为Ca2+、 Ni2+、Zn2+。 上述低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤： (1) 将1^20)3、]\%0、〇3邙3、附0、211〇、1102原料，按1^ 2(]\%().!^2+().()5)31^06，其中厶 2+ = 〇&2+、 Ni2+、Zn2+进行配料;按原料:去离子水:磨球=2:16:15的质量比加入聚酯罐中，在球磨机上 球磨8小时； (2) 将步骤⑴球磨后的原料置于干燥箱中于120°C烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均 匀的粉料； (3) 将步骤(2)混合均匀的粉料在1000 °C煅烧4小时； (4) 在步骤(3)煅烧后的陶瓷粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，在球磨 机上球磨6小时;烘干后在陶瓷粉料中外加重量百分比为6~8 %的石蜡作为粘合剂进行造 粒，过80目筛，再用粉末压片机成型为坯体； (5) 将步骤(4)的坯体于1225~1300 °C烧结，保温4~6小时，制得低损耗锂镁钛系微波 介质陶瓷。2. 根据权利要求1所述的一种低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤 (1)的1^20)3、]\%0、〇3〇) 3、附0、211〇、1102原料的质量纯度大于99%。3. 根据权利要求1所述的一种低损耗锂镁钛系微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤 (5)的烧结温度为1275°C。
【文档编号】C04B35/465GK106083034SQ201610416658
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610416658.X, CN 106083034 A, CN 106083034A, CN 201610416658, CN-A-106083034, CN106083034 A, CN106083034A, CN201610416658, CN201610416658.X
【发明人】张平, 谢辉, 赵永贵
【申请人】天津大学