尖晶石微波介质陶瓷及提高其品质因素的方法
【专利摘要】本发明公开了一种稳定Zn2TiO4尖晶石微波介质陶瓷及提高其品质因素的方法。该微波介质陶瓷材料的化学组成式为：（1- x ）Zn2TiO4- x Li4/3Ti5/3O4，其中0.1≤ x ≤0.4。(1)将纯度为99.9%以上的Li2CO3、ZnO和TiO2的原料按（1- x ）Zn2TiO4- x Li4/3Ti5/3O4的组成称量配料；(2)将步骤(1)原料湿式球磨混合4小时，球磨介质为乙醇，烘干后于900℃大气气氛中预烧8小时；(3)在步骤(2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1078~1200℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的7%。本发明可以明显稳定Zn2TiO4尖晶石结构，其品质因数 Q × f 值可由2120提高至69900GHz。
【专利说明】-种稳定ZnsTi〇4尖晶石微波介质陶瓷及提高其品质因轰 的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子陶瓷及其制造领域，涉及在微波频率使用的介质基板、天线和谐 振器等微波元器件的介电陶瓷材料及其制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 微波介质陶瓷是指应用于微波频段（主要是UHF、SHF频段）电路中作为介质材 料，并完成一种或多种功能的陶瓷，是近30年来迅速发展起来的一类新型功能陶瓷，其不 仅可W作为微波电路中的绝缘基片材料，也是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。 具有高介电常数、低介电损耗、近零谐振频率温度系数的微波介质陶瓷可用于制造介质天 线、稳频振荡器和片式电容器等微波元器件而广泛应用于通信、雷达、导航、电子对抗、制 导、全球卫星定位系统（GPS)等领域，成为现代通信技术的关键基础材料。
[0004] 微波介质陶瓷一般可分为3类；（1)低介电常数材料，包括Al2〇3、ZnAl2〇4、MgAl2〇4 等；（2)中介电常数材料，包括 Ba(Mgi/3Nb2/3)〇3、Ba(Mgi/3Ta2/3)〇3、（Zr，Sn)Ti〇4 等；（3)高 介电常数材料，包括 Ba〇-Ln2〇3-Ti〇2 鹤青铜体系（Ln=La、Sm、Nd)、Ca〇-Li2〇-Ln2〇3-Ti〇2 复合 巧铁矿结构体系等。W上材料虽然具有较为优异的微波介电性能，但是其原料成本与烧结 温度高、能耗较大。为了满足不同微波频段的要求，开发新型介电常数系列化、烧结温度低、 原料成本低W及介电性能优异的微波介质材料至关重要。
[0005] 化sTi化为尖晶石结构化合物，该类材料的原料成本W及烧结温度均较低，但是其 结构极其不稳定，从而导致该材料的微波介电性能较差（ff=19. 2，0X/=212O GHz, Tf=-SS ppm/tO。通过少量的Mn", Co", Ni"或化"离子取代化【1，2】，可W稳定其结构，但是 陶瓷的0X/值仍然很低（《16000 GHz)。如果能在稳定该类材料的相结构的同时极大地提 高其0X/值，对于该类材料的应用将具有重要的意义。
[000引 参考文献 【1】Sandeep Butee, Ajit R. Kulkarni, Om Prakash, R. P. R. C. Aiyar, Ishan Wattamwar, Durgesh Bais, K. Sudheendran, K. C. James Raju, Significant enhancement in quality factor of ZrigT^ with Cu-substitution, Materials Science and Engineering: B, 2011, 176(7): 567 - 572. 【2】Sandeep Butee, Ajit R. Kulkarni, Om Prakash, R.P.R.C. Aiyar, K. Sudheendran, K. C. James Raju, R. F. and microwave dielectric properties of (Zrio'gsMo'cs)2了104(M = Mn]+, Co]+, Ni]+ or Cu]+) ceramics, Materials Science and !Engineering: B, 2010, 168(1-3): 151 - 155.
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种稳定化2Ti〇4尖晶石微波介质陶瓷及提高其品质因素的 方法。
[000引本发明涉及的微波介质陶瓷材料的化学组成式为：（1^)化2了104-吐14/3了1日/304,其 中0. 1《X《0. 4。
[0009] 本微波介质陶瓷材料的制备方法为： (1) 将纯度为 99% W上的 LiaCOs、化0、和 Ti〇2 的原料按（1-J) Zn2Ti〇4-乱i4/3Tis/3〇4,其 中0. 1《X《0. 4的组成称量配料； (2) 将步骤（1)原料湿式球磨混合4小时，球磨介质为己醇，烘干后在900 C大气气氛 中预烧8小时； (3) 在步骤（2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在107扩120(TC 大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5wt%的聚己帰醇溶液，剂量占粉末 总质量的7%。
[0010] 本发明制备的微波介质陶瓷，其烧结温度低（<115(TC)，微波性能优异：介电常数 (Ef)适中，0X/值高（69900 GHz);可用于谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造。
【具体实施方式】
[0011] 实施例： 表1列出了构成本发明的不同成分的5个具体实施例及其微波介电性能。其制备方法 如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。
[0012] 本陶瓷可广泛用于各种介质基板、天线和滤波器等微波电子元器件的制造，可满 足现代移动通信系统的技术需要。
[0013] 表 1 :
【权利要求】
1. 一种稳定Zn2Ti04尖晶石微波介质陶瓷及提高其品质因素的方法，其特征在于所述 微波介质陶瓷的化学组成为：（1-z) Zn2Ti04_zLi4/3Ti5/30 4，其中0? 1彡z彡0? 4 ; 所述微波介质陶瓷的制备方法具体步骤为： (1) 将纯度为 99% 以上的 Li2C03、ZnO 和 Ti02 的原料按（1-z) Zn2Ti04-zLi4/3Ti5/30 4,其 中0. 1彡z彡0. 4的组成称量配料； (2) 将步骤（1)原料湿式球磨混合4小时，球磨介质为乙醇，烘干后在900 °C大气气氛 中预烧8小时； (3) 在步骤（2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1078~1200°C 大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5wt%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末 总质量的7%。
【文档编号】C04B35/462GK104341147SQ201410623307
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月9日 优先权日:2014年11月9日
【发明者】周焕福, 龚健章, 郝澍钊, 陈秀丽 申请人:桂林理工大学