专利名称：高性能微波介质材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高性能微波介质材料的制备方法，属特种电子陶瓷材料工艺技术领域。
背景技术：
随着微波通讯的迅猛发展，微波介质材料的研究日益受到重视。微波介质材料通常要求是(1)合适的介电常数；(2)高品质因素，低介电损耗；(3)近零和可调的谐振频率温度系数。高性能的微波介质材料可用作介质谐振器、介质滤波器、双工器、介质天线、压控振荡、微波电容及基片等。目前已商用化的微波介质材料其介电常数大小大多在20～90之间，代表性的材料有MgTiO3-CaTiO3系、LaAlO3-CaTiO3系Ba-Mg(Zn)-Ta(Nb)-O系、Zr-Ti-Sn-O系、La-Ba-Ti-O系等。但对于介电常数为20左右的MgTiO3-CaTiO3系陶瓷，在烧结过程中很容易发生晶粒的异常长大，导致介质表面很难金属化，为限制晶粒的异常长大，促进烧结，瓷料的配方中通常含有ZnO、Nd2O3等；但是该瓷料的最终Q值(品质因素)不够高，而且该瓷料的谐振频率温度系数随CaTiO3含量(3～10％)的变化波动很大(87～-100ppm/℃)，很难控制在零(0ppm/℃)附近。学者H.Takahashi等人报道了Ba(Mg1/2W1/2)O3具有很高的Q值(Q×F＝100,000GHz)及合适的介电常数(εr＝19)，但从谐振频率温度系数太大(τf＝-34ppm/℃)，不能满足实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高Q值、同时具有低谐振频率温度系数的、能满足实际应用需要的微波介质材料，以及它的制备方法。
本发明一种高性能微波介质材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.原料的准备设计的微波介质材料的分子通式为A1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3；其原料通式为(1-3X/2)ACO3-X/2La2O3-1/2MgO-1/2WO3；上式中，A为Ca、Sr或Ba，0.01≤X≤0.05(mol)；采用的原料均为分析纯原料99.789wt％的La2O3、99.8wt％的MgO、99.949wt％的WO3；以及99.9wt％的CaCO3、99wt％的SrCO3或99.7wt％的BaCO3；b.原料的配制按上述原料通式进行配料，取X＝0.01～0.05(mol)，并以制取100g介质材料为计算基准，分别称取各原料的需用量；c.将准确称量的各种原料倒入树脂球磨罐内，加入去离子水和ZrO2磨球；三者的重量比为料∶球∶去离子水＝1∶2∶1.5；在球磨机内球磨24小时，以保证混合均匀；出料后将料浆放入烘箱，在80～120℃下烘干，然后在1200℃下煅炼2小时，以合成(Ca、Sr、Ba)-La-Mg-W陶瓷体；d.合成好的上述瓷料用研钵研碎后过80目筛后再次倒入球磨罐中进行二次球磨，球磨24小时料、球、水的比例不变；出料，料浆烘干后过40目筛，得到粒度均匀粉体；e.在上述粉体中加入7～10wt％浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液，进行造粒；并在研钵中研磨均匀后过40目筛；将造粒好的粉料在120MPa压力下干压成型为φ10×(4.5～5)mm的圆柱；成型后的圆柱在800℃下加热2小时以除去粘结剂，其升温速率为5℃/分钟；最后以相同升温速率在1300～1550℃下烧结2小时，最终制得(Ca、Sr、Ba)-La-Mg-W微波介质材料。
2.如权利要求1所述的一种高性能微波介质材料的制备方法，其特征在于所述的(Ca、Sr、Ba)-La-Mg-W微波介质材料，其各产物的具体表达式为Ca1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3，或Sr1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3，或Ba1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3。
本发明以La离子部分取代A(Mg1/2W1/2)O3中的A位离子(A＝Ca，Sr，Ba)。研究发现，具有A空位缺陷且有序分布的复合钙钛矿结构的La2/3(Mg1/2W1/2)O3，具有很好的微波介电性能(εr＝23.6，Q×F＝32500GHz，τf＝-43ppm/℃)；离子的掺杂和置换可改善材料性能。本发明还研究了离子掺杂后真空位缺陷的存在状态、数量的变化及对材料性能的影响。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1制备Ca1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3采用的原料为99.9wt％的CaCO3、99.9wt％的La2O3、99.8wt％的MgO和99.9wt％的WO3。
原料通式为(1-3X/2)CaCO3-X/2La2O3-1/2MgO-1/2WO3按上述原料通式进行配料，取X＝0.01～0.05mol，并以制取100g介质材料为计算基准，分别称取各原料的需用量。
制备Ca-La-Mg-W公质材料的各原料重量称量值示于下表1。
表1制备Ca-La-Mg-W材料的各原料重量称量值
其中x＝0，即La2O3为0，表示为对比比较例。
按上表准确称量的各原料倒入树脂球磨罐内，加入去离子水和ZrO2球磨；三者的重量比为料∶球∶去离子水＝1∶2∶1.5；在球磨机内球磨24小时，以保证混合均匀；出料后将料浆放入烘箱，在100℃下烘干，然后在1200℃煅烧2小时，便合成Ca-La-Mg-W陶瓷体。然后将上述瓷料用研钵研碎后过80目筛后再次倒入球磨罐中进行二次球磨，球磨24小时；料∶球∶水的比例不变；出料，料浆烘干后过40目筛，得到粒度均匀粉体。在该粉体中加入9wt％浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液，进行造粒；并在研钵中研磨均匀后过40目筛；将造粒好的粉料在120MPa压力下干压成型为φ10×5mm的圆柱；成型后的圆柱在800℃下加热2小时以除去粘结剂，其介温速率为5℃/分钟；最后以相同升温速率在1500℃下烧结2小时，最终得Ca-La-Mg-W陶瓷体微波介质材料。
本实施例中所得的试样，通过仪器的测试和计算，得到材料试样的介电性能，包括介电常数εr、品质因素Q×F、谐振频率温度系数τf。
Ca-La-Mg-W材料试样的介电性能参数见下表2。
表2 Ca-La-Mg-W材料的介电性能
该材料试样体现出具有高Q值，同时具有低谐振频率温度系数、低介电损耗的特点。
实施例2制备Sr1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3
本实施例的制备过程和步骤与上述实施例1完全相同。不同的是以原料SrCO3取代CaCO3。
制备Sr-La-Mg-W介质材料的各原料重量称量值示于下表3。
表3制备Sr-La-Mg-W材料的各原料重量称量值
其中X＝0，即La2O3为0，表示为对比比较例。
Sr-La-Mg-W材料试样的介电性能参数见下表4。
表4 Sr-La-Mg-W材料的介电性能
该材料试样体现出具有高Q值、低谐振频率温度系数、低介电损耗的特点。
实施例3制备Ba1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3本实施例的制备过程和步骤与上述实施例1完全相同。不同的是以原料BaCO3取代CaCO3。
制备Ba-La-Mg-W介质材料的各原料重量称量值示于下表5。
表5制备Ba-La-Mg-W材料的各原料重量称量值
其中X＝0，即La2O3为0，表示为对比比较例。
Ba-La-Mg-W材料试样的介电性能参数见下表6。
表6 Ba-La-Mg-W材料的介电性能
该材料试样体现出具有高Q值、低谐振频率温度系数、低介电损耗的特点。
权利要求
1.一种高性能微波介质材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.原料的准备设计的微波介质材料的分子通式为A1-3X/2Lax(My1/2W1/2)O3；其原料通式为(1-3X/2)ACO3-X/2La2O3-1/2MgO-1/2WO3；上式中，A为Ca、Sr或Ba，0.01≤X≤0.05(mol)；采用的原料均为分析纯原料00.9wt％的La2O3、99.9wt％的MgO、99.8wt％的WO3；以及99.9wt％的CaCO3、99.9wt％的SrCO3或99.9wt％的BaCO3；b.原料的配制按上述原料通式进行配料，取X＝0.01～0.05(mol)，并以制取100g介质材料为计算基准，分别称取各原料的需用量；c.将准确称量的各种原料倒入树脂球磨罐内，加入去离子水和ZrO2磨球；三者的重量比为料∶球∶去离子水＝1∶2∶1.5；在球磨机内球磨24小时，以保证混合均匀；出料后将料浆放入烘箱，在80～120℃下烘干，然后在1200℃下煅炼2小时，以合成(Ca、Sr、Ba)-La-Mg-W陶瓷体；d.合成好的上述瓷料用研钵研碎后过80目筛后再次倒入球磨罐中进行二次球磨，球磨24小时料、球、水的比例不变；出料，料浆烘干后过40目筛，得到粒度均匀粉体；e.在上述粉体中加入7～10wt％浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液，进行造粒；并在研钵中研磨均匀后过40目筛；将造粒好的粉料在120MPa压力下干压成型为φ10×(4.5～5)mm的圆柱；成型后的圆柱在800℃下加热2小时以除去粘结剂，其升温速率为5℃/分钟；最后以相同升温速率在1300～1550℃下烧结2小时，最终制得(Ca、Sr、Ba)-La-Mg-W微波介质材料。
2.如权利要求1所述的一种高性能微波介质材料的制备方法，其特征在于所述的(Ca、Sr、Ba)-La-Mg-W微波介质材料，其各产物的具体表达式为Ca1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3，或Sr1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3，或Ba1-3X/2Lax(Mg1/2W1/2)O3。
全文摘要
本发明涉及一种高性能微波介质材料的制备方法，属特种电子陶瓷材料工艺技术领域。本发明的陶瓷微波介质材料的分子通式为A
文档编号C04B35/495GK1944336SQ20061011730
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月19日 优先权日2006年10月19日
发明者卞建江, 严康, 宋国祥 申请人:上海大学