专利名称：一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法
一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法技术领域
本发明属于微波介质材料制造技术领域，特别涉及通讯系统中用于导航卫星等介质天线等微波元器件用的低介电常数微波介质陶瓷材料。
背景技术：
微波介质陶瓷材料已广泛应用于在诸如手机、无线局域网(WLAN)、直播卫星 (DBS)以及全球定位系统之类的通信系统中。微波介质陶瓷通常应具有较高的介电常数、 低的高频损耗和接近零的谐振频率温度系数。近年来，采用微波介质陶瓷材料制作的新型宽带微波介质陶瓷天线得到迅速推广，成为宽带微波天线的主流产品。由于宽带微波介质陶瓷天线主要用于高频频段(》2GHz)，因此通常使用高频性能好的低介电常数微波介质材料，一般其介电常数在15以下。其中，介电常数在10左右的材料主要选用氧化铝(Ci-Al2O3),该材料虽然具有较好的高频性能和频率品质因数OiXf)高的优点，但其谐振频率温度系数(Tf)较差，I τ」>30ppm/°C，导致天线在严寒或酷热的情况下产生频漂，灵敏度下降，影响移动终端的性能。此外，氧化铝(Ci-Al2O3)陶瓷的烧结温度一般在1600-1800°C之间，作为微波介质天线的关键材料，如此之高的烧成温度很难满足工厂的批量化生产要求。因此，氧化铝的频率温度稳定化和低温化烧结研究引起了人们的重丰见。Cheng—Fu Yang Materials Letters, 2003 (57) :2945-2949. ψ "Sintering and microwave dielectric characteristics of MCAS glass-added 0. 84A1203_0· 16Ti02 ceramics” 一文中公开了一种 Al2O3-TW2 固溶体并通过添加 MgO-CaO-SiO2-Al2O3(MCAS)玻璃，将烧结温度降至1250°C的技术方案，但所得材料的介电常数即已经降低到7 8. 5，而其频率品质因数(QXf)更是严重下降(< 10000GHz)。Ying Dai等在Materials Science and Engineering A,2008(475) :76-80. ψ "Effects of MCAS glass additives on dielectric properties of Al2O3-TiO2 ceramics，，一文中调整了 Al2O3-TiO2 固溶体的组分及MCAS玻璃的制备方法，将烧结温度降至1350°C，但所得材料的介电常数增加到了 11. 6 12. 3。
因此，如何在保持介电常数基本不变(10左右)且频率品质因数OiXf)高的优点同时，改善频率温度稳定性(实现I TfI < 10ppm/°C )和降低材料烧结温度是氧化铝作为低介电常数微波介质陶瓷材料大批量应用于宽带微波介质陶瓷天线和导航卫星等介质天线等微波器件的关键。发明内容
本发明提供一种介电常数为10左右、频率品质因数较高且谐振频率温度系数接近零的微波介质陶瓷，并提供相应的制备工艺，该生产工艺和设备无特殊要求，便于批量生产及应用推广。
本发明的目的主要是克服Al2O3介质陶瓷温度稳定性不好的缺点，其技术方案是以Al2O3为主成分，采用非玻璃相烧结技术，用BaLa2(ZraiTia9)4O12作为正频率温度系数补偿材料、用BaWO4和/或BaO和WO3作为介电常数调节剂掺杂，以改善材料体系的微波介电特性，特别是材料的温度稳定性。
一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征在于瓷料组成为Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 20，0 彡 b+c 彡 15， 1 ^ y/x^ 2 ；awt%,bwt%, cwt%为占 Al2O3 的重量分数。
上述组成的优化方案为一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征在于瓷料组成为:Al203+awt % BaLa2(Zr0. Ji0.9)4012+bwt % Baff04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 12， 0 彡 b+c 彡 10，1 彡 y/x 彡 1. 2 ；awt%, bwt%, cwt%为占 Al2O3 的重量分数。
上述组成的优化方案为Al203+awt% BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBa0+yW03]，其中0 < a 彡 10，0 彡 b+c ^ 8,0. 8 ^ y/x ^ 1 ；awt%, bwt%, cwt % 为占 Al2O3的重量分数。
一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤
①将碳酸钡(BaCO3)、三氧化二镧(La2O3)、二氧化锆(&02)和二氧化钛(TiO2)按摩尔比1 1 0.4 3. 6配料，置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化锆球和去离子水球磨混合 Mh，烘干后在箱式炉或隧道炉于1130°C预煅烧4h，合成BaLii2 (ZraiTia9)4O12，即上述方案中的添加物之一。
②将碳酸钡(BaCO3)和三氧化钨(WO3)按摩尔比1 1配料，置于聚氨酯球磨桶中， 加入氧化锆球和去离子水球磨混合Mh，烘干后在箱式炉或隧道炉于750°C预煅烧4h，合成 BaffO4,即上述方案中的添加物之一。
③将合成的BaLEi2(ZraiTia9)4O12和BaWO4添加物与Al203、BaC03和WO3原料按上述方案中所述的瓷料组成进行球磨混合M 48h，100°C烘干，加入5wt%聚乙烯醇(PVA)粘合剂造粒，于100 150MPa压制成直径10mm、厚度为5mm的圆薄片，在箱式炉或隧道炉于 1500 1600°C烧结，保温1 4h，即可得到本发明的材料。
本发明的微波介质陶瓷，其介电常数为9 12，同时具有可以满足应用所需的品质因数和接近零频率温度系数的特点。本发明所提供的微波介质陶瓷属于低介电常数的微波介质陶瓷材料，可作为宽频介质天线等微波元器件的关键核心材料，主要用于移动通信、 卫星通信、我国的北斗卫星定位系统等现代通信行业，具有重要的工业应用价值。
具体实施方式
表1给出了构成本发明的各组成分含量的几个具体实例及其微波介电性能，陶瓷材料的介电性能在频率为11 16GHZ下测得。当然这些实施例并不是为了限制本发明的范围。
表1低介电常数微波介质陶瓷的组成、烧结温度和介电性能
权利要求
1.一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征在于瓷料组成为Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 20，0 彡 b+c 彡 15， 1 ^ y/x^ 2 ；awt%,bwt%, cwt%为占 Al2O3 的重量分数。
2.根据权利要求1所述的一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征在于瓷料组成为 Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 12， 0 彡 b+c 彡 10，1 彡 y/x 彡 1. 2 ；awt%, bwt%, cwt%为占 Al2O3 的重量分数。
3.根据权利要求1所述的一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征在于瓷料组成为 Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 10， 0 彡 b+c 彡 8，0. 8 彡 y/x 彡 1 ；awt%, bwt%, cwt%为占 Al2O3 的重量分数。
4.权利要求1所述的一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于①将碳酸钡(BaCO3)、三氧化二镧(La2O3)、二氧化锆(&02)和二氧化钛(TiO2)按摩尔比1 1 0.4 3. 6配料，置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化锆球和去离子水球磨混合Mh， 烘干后在箱式炉或隧道炉于1130°C预煅烧4h，合成BaLa2 (ZraiTia9)4O12，即上述方案中的添加物之一。②将碳酸钡(BaCO3)和三氧化钨(WO3)按摩尔比1 1配料，置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化锆球和去离子水球磨混合Mh，烘干后在箱式炉或隧道炉于750°C预煅烧4h，合成 BaffO4,即上述方案中的添加物之一。③将合成的BaLEi2(Zr0. Jia9) 4012和BaWO4添加物与Al203、BaC03和WO3原料按上述方案中所述的瓷料组成进行球磨混合M 48h，100°C烘干，加入5wt%聚乙烯醇(PVA)粘合剂造粒，于100 150ΜΙ^压制成直径10mm、厚度为5mm的圆薄片，在箱式炉或隧道炉于1500 1600°C烧结，保温1 4h，即可得到本发明的材料。
全文摘要
一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法，属于微波介质材料及其制造技术领域。瓷料组成为Al2O3+awt％BaLa2(Zr0.1Ti0.9)4O12+bwt％BaWO4+cwt％[xBaO+yWO3]，其中0＜a≤20，0≤b+c≤15，1≤y/x≤2；awt％，bwt％，cwt％为占Al2O3的重量分数。由相应的氧化物和碳酸盐按一定的摩尔比例分别合成上述添加物BaLa2(Zr0.1Ti0.9)4O12和BaWO4，再将其与Al2O3、BaCO3和WO3原料按上述方案中所述的瓷料组成进行湿磨混合、烘干后加入聚乙烯醇(PVA)压制成型，在箱式炉或隧道炉中烧结1～4h制成本发明的材料。本发明的微波介质陶瓷介电常数在9～12之间，同时具有可以满足应用所需的品质因数和接近零频率温度系数的特点；可广泛用于宽频介质天线等微波元器件的制造，满足移动通信、卫星通信、我国的北斗卫星定位系统等的技术需求。
文档编号C04B35/10GK102515721SQ201110416939
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者姚艳伟, 曹淑涛, 袁纪烈, 赵飞, 陈月光 申请人:山东同方鲁颖电子有限公司