施受主协同取代制备超高Q值微波介质材料的制作方法

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种超高q值微波介质材料及其制备方法。

背景技术：

微带线滤波器作为微波电路中的关键器件，可以对特定频率的信号进行有效滤除，广泛应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星接力、导弹制导、测试仪表等系统中。随着信息技术和无线通信系统的蓬勃发展，高品质微带线滤波器向着低损耗化、小型化、高频化方向发展。

高品质微带线滤波器离不开高性能微波介质基板的有力支撑，采用高q值微波介质材料制作的基板可以降低滤波器的插入损耗，保持数字信号的完整性，保证频率的优良选择性，提高器件的工作频率，同时有利于简化器件的散热结构设计。然而，目前高q值微波介质基板材料其qf值通常在100,000ghz左右，且介电常数较低(＜10)，尚不能满足滤波器低损耗、小型化的需求。因此，研发具有较高介电常数的超高q值微波介质基板材料已经迫在眉睫。其中，mgtio3微波介质材料在毫米波段具有优异的微波介电性能(εr～17.4、qf～160,000ghz，τf～-55ppm/℃)，但在高温烧结过程中，由于相对氧分压降低，部分ti⁴⁺被还原成ti³⁺，伴随产生自由电子和氧空位，同时生成介电性能差的第二相mgti2o5，严重恶化了mgtio3的qf值。因此，抑制mgtio3中ti⁴⁺高温还原反应产生的自由电子和氧空位，提高其qf值，成为目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的,是为抑制mgtio3微波介质材料在高温烧结过程中，部分ti⁴⁺被还原成ti³⁺，伴随产生的自由电子和氧空位，同时生成介电性能差的第二相mgti2o5，从而提高mgtio3的qf值。

本发明将“电子钉扎”效应模型引入到微波介质材料设计中，即利用施主离子sb⁵⁺和受主离子m＝na⁺、co²⁺或in³协同取代mgtio3中的ti⁴⁺形成簇团，将mgtio3微波介质材料在高温烧结过程中，由于ti⁴⁺的还原反应产生的自由电子和活跃氧空位局域化，降低漏导电流和介电损耗，从而将微波频段下mgtio3微波介质材料的qf值提高至200,000ghz，提供一种超高q值微波介质材料。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种施受主协同取代制备超高q值微波介质材料，目标合成物表达式为mgti0.85(mxsb1-x)0.15o3，其中m为na、co或in，当m＝na时x＝1/4，当m＝co时x＝1/3，当m＝in时x＝1/2；

上述施受主协同取代制备超高q值微波介质材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)将na2co3、coo或in2o3与sb2o5和tio2按化学计量式ti0.85(mxsb1-x)0.15o2其中m为na、co或in，当m＝na时x＝1/4，当m＝co时x＝1/3，当m＝in时x＝1/2进行配料，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4～24小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将步骤(2)过筛后的粉料放入中温炉中，于1100～1300℃预烧，保温2～8小时，然后过40目筛；

(4)将mgo与步骤(3)过筛后的粉料按化学计量式mgti0.85(mxsb1-x)0.15o3其中m为na、co或in，当m＝na时x＝1/4，当m＝co时x＝1/3，当m＝in时x＝1/2进行配料，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4～24小时；

(5)将步骤(4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；

(6)将步骤(5)过筛后的粉料放入中温炉中，于900～1100℃预烧，保温2～8小时，然后过40目筛；

(7)将步骤(6)过筛后的粉料外加质量百分比为8％～10％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛，用粉末压片机压力制成生坯；

(8)将步骤(7)的生坯于1300℃～1400℃烧结，保温2～8小时，制成施受主协同取代的超高q值微波介质材料。

所述步骤(1)、(4)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。

所述步骤(7)的成型压力为4～8mpa。

所述步骤(8)的生坯直径为10mm，厚度为5mm。

所述步骤(8)的当m＝na，x＝1/4时的最佳烧结温度为1325℃，当m＝co，x＝1/3时的最佳烧结温度为1350℃，当m＝in，x＝1/2时的最佳烧结温度为1375℃。

本发明以mgo、tio2和sb2o5与na2co3、coo或in2o3为原料，制备施受主协同取代的超高q值微波介质材料mgti0.85(mxsb1-x)0.15o3(m＝na时x＝1/4，m＝co时x＝1/3，m＝in时x＝1/2)。在微波频段下，该材料制品在最佳烧结温度下，测得qf值高达到196,979～229,927ghz，具有超高的品质因数，超低的介电损耗，该陶瓷体系制备工艺简单，不需要高氧压气氛烧结，同时兼具较高的εr值(16.69～16.88)，制作成的微波介质基板具有广泛的应用前景。

具体实施方式

本发明以纯度大于99％的mgo、tio2和sb2o5与na2co3、coo或in2o3为初始原料，通过固相法制备微波介质材料。具体实施步骤如下：

(1)将na2co3、coo或in2o3与sb2o5和tio2分别按化学计量式ti0.85(mxsb1-x)0.15o2(m为na、co或in，当m＝na时x＝1/4，当m＝co时x＝1/3，当m＝in时x＝1/2)进行配料，原料配比分别为：①9.9672gtio2、0.0863gna2co3、0.7965gsb2o5，②9.9672gtio2、0.3279gcoo、1.4159gsb2o5，③9.9672gtio2、0.4512gin2o3、0.5309gsb2o5。将约11g的混合粉料放入聚酯罐中，加入200ml去离子水，加入150g的锆球后，在行星式球磨机上球磨12小时，转速为400转/分；

(2)将步骤(1)球磨后的原料分别放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将步骤(2)过筛后的粉料放入中温炉中，于1100℃预烧，保温4小时，然后过40目筛；

(4)将mgo和步骤(3)过筛后的粉料按化学计量式mgti0.85(mxsb1-x)0.15o3(m为na、co或in，当m＝na时x＝1/4，当m＝co时x＝1/3，当m＝in时x＝1/2)进行配料，原料配比分别为：①5.3465gmgo、10.8561gti0.85(na1/4sb3/4)0.15o2，②5.3465gmgo、11.7112gti0.85(co1/3sb2/3)0.15o2，③5.3465gmgo、10.9493gti0.85(na1/4sb3/4)0.15o2，将约16g的混合粉料放入聚酯罐中，加入200ml去离子水和150g的锆球后，球磨12小时；

(5)将步骤(4)球磨后的原料分别放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；

(6)将步骤(5)过筛后的粉料分别放入中温炉中，于1000℃预烧，保温4小时，然后过40目筛；

(7)将步骤(6)过筛后的粉料外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛，用粉末压片机以4mpa的压力制成生坯；

(8)将步骤(8)的生坯分别于1300℃-1400℃烧结，保温6小时，制成施受主协同取代的超高q值微波介质材料；

(9)通过网络分析仪测试所得制品的微波介电性能。

实施例1～15

具体实施例1～15的主要工艺参数及其微波介电性能，详见表1。

表1