专利名称：钛酸盐微晶玻璃介质材料的制造方法
技术领域：
本发明提供了一种高频低损耗微波介质材料的制造方法，属于微晶玻璃材料领域。更确切地说提供了一种制备钛酸盐微晶玻璃材料的方法，该材料在频率大于1GHz条件下，介电常数介于15～20之间，介电损耗介于6～9×10-4。
本申请发明人曾就MgO-Al2O3-SiO2-CeO2-TiO2系统微晶玻璃向中国专利局提出了专利申请(申请号为98110901.2)，材料具体组成范围(重量比)为MgO(5～10)，Al2O3(18～25)，SiO2(28～35)，CeO2(13～19)，TiO2(18～27)在1GHZ以上频率，该材料的介电常数大于9小于15，介电损耗在6×10-4以下。并列举德国专利DE2700333发明人提出了MgO-Al2O3-SiO2-LnO2-TiO2系统微晶玻璃材料。具体组分为MgO(5～15)，AlxO3(20～30)，SiO2(31～45)，LnO2(15～25)，TiO2(15～25)，其中LnO2为CeO2，La2O3，Pr2O3，Nd2O3四种稀土氧化物。
本发明的目的是，在发明人原申请专利(申请号为98110901.2)的基础上，进一步提高高介电常数组分的含量，即把TiO2的含量提高到大于30wt％，形成以金红石为主晶相的钛酸盐微晶玻璃，从而使微晶玻璃材料的介电常数在大于1GHZ的频率下提高到15～20，而介电损耗保持在6～9×10-4。
为实现上述目的，提出本发明的制备方法。其特征之一在于CeO2的引入，有利于TiO2析出；其特征之二在于高介电常数组分TiO2大剂量增加形成钛酸盐玻璃系统材料，以金红石为主晶相。
本发明主要采用国产化工原料，其微晶玻璃组成为(wt％)MgO(2～8)，Al2O3(10～19)，SiO2(20～31)，CeO2(10～18)，TiO2(30～50)与CN98110901.2相比较，TiO2含量从18～27提高到30～50，相应减少其余组成的含量。具体工艺过程为按配比称取碳酸镁、氢氧化铝、钛白粉、氧化铈以及石英砂等原料，混合成玻璃配合料。配合料放入铂金坩锅内，在1480～1500℃熔融保温3小时后，浇注成形。送入退火炉，在700℃左右保温退火1小时。成型后的材料分二阶段进行热处理，第一段热处理温度为860±10℃，第二段为1200±10℃，保温时间分别为1.5小时和5小时。
本发明的特点是使用原料来源丰富而廉价的化工原料，只需控制一价碱金属含量＜0.5％即可。
特点之二是配料，混合，熔制，晶化等制造过程均采用常规微晶玻璃工艺，工艺简单，易于控制。
特点之三是能有效地控制析出高介电常数的金红石相和低价电损耗的α-堇青石相以及硅钛铈矿相，获得介电常数从16～20的系列微晶玻璃。主要性能如表1所示。
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性特点和显著的进步。应该指出，本发明决非局限于下述各实施例。
表1 本发明提供的微晶玻璃性能技术参数本发明制品性能密度(g/cm3) ～3.1介电常数(＞1GHz) 15～20介电损耗(＞1GHz) ＜6～9×10-4
实施例1玻璃组成(wt％)为 SiO2MgO Al2O3TiO2CeO231 21930 18以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1510℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。模具中成型后的玻璃从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1200℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃微波介质材料。介电常数为15，介电损耗＜6×10-4，其它性能如表1所示。
实施例2玻璃组成(wt％)为 SiO2MgOAl2O3TiO2CeO225 3.516 40 14.5以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1500℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。模具中成型后的玻璃从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1200℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃微波介质材料。介电常数为18.5，介电损耗＜7×10-4，其它性能如表1所示。
实施例3玻璃组成(wt％)为 SiO2MgO Al2O3TiO2CeO220 8 1250 10以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1480℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。模具中成型后的玻璃从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1200℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃微波介质材料。介电常数为20，介电损耗＜9×10-4，其它性能如表1所示。
权利要求
1.一种高频低损耗微波介质材料的制造方法，该材料属于钛酸盐微晶玻璃系统，其特征在于(1)各组分的重量百分含量是SiO2MgO Al2O3TiO2CeO220～31 2～812～19 30～50 10～18(2)玻璃熔制温度为1480～1500℃，保温3小时，退火温度为700℃，保温1小时；(3)二阶段晶化，第一段晶化温度为860±10℃，第二段晶化温度为1200±10℃。保温时间分别为1.5小时和5小时；(4)该微晶玻璃由金红石相、α-堇青石相以及硅钛铈矿相三种主要晶相构成；(5)提高TiO2含量，则增加金红石相量，提高介电常数。
2.根据权利要求1所述的微晶玻璃制造方法，其特征在于(1)玻璃组成(wt％)为 SiO2MgO Al2O3TiO2CeO231 2 17 30 18(2)熔制温度为1500℃，保温3小时；(3)第一段晶化温度为860℃，保温1.5小时；第二段晶化温度为1200℃，保温5小时。
3.根据权利要求1所述的微晶玻璃制造方法，其特征在于(1)玻璃组成(wt％)为 SiO2MgO Al2O3TiO2CeO225 3.5 16 40 14.5(2)熔制温度为1490℃，保温3小时；(3)第一段晶化温度为860℃，保温1.5小时；第二段晶化温度为1200℃，保温5小时。
4.根据权利要求1所述的微晶玻璃制造方法，其特征在于(1)玻璃组成(wt％)为 SiO2MgOAl2O3TiO2CeO220 812 50 10(2)熔制温度为1480℃，保温3小时；(3)第一段晶化温度为860℃，保温1.5小时；第二段晶化温度为1200℃，保温5小时。
5.根据权利要求1所述的微晶玻璃制造方法，制得的棒材，板材，片材及其他几何形状的材料。
全文摘要
本发明提供了一种高频低损耗微波介质材料的制造方法,该材料属于MgO－Al
文档编号C03C10/00GK1250754SQ99124020
公开日2000年4月19日 申请日期1999年11月17日 优先权日1999年11月17日
发明者罗澜, 张干城, 赵强, 吴召平, 王文华, 沈崇德, 王开泰, 李汉良 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所