微波介质陶瓷材料及其制备方法、微波介质陶瓷器件与流程

本申请属于陶瓷材料，尤其涉及一种微波介质陶瓷材料及其制备方法，以及一种微波介质陶瓷器件。

背景技术：

1、微波介质陶瓷是一种新型功能电子陶瓷，可更好用于陶瓷介质波导、monoblock单体滤波器、介质天线等通信器件的制备，满足通信基站系统的技术需求。

2、mg2sio4又叫镁橄榄石，属正交晶系。mg2sio4陶瓷在未添加烧结助剂的情况下，经1350℃固相反应烧结后具有优异的微波介电性能：介电常数εr≈6.9，品质因数(q×f)≈240000ghz，谐振频率温度系数τf≈-67ppm/℃，可用于制作微波基板和毫米波器件。然而mg2sio4陶瓷的τf值较负，无法满足通信器件的指标要求，并且烧结温度较高，应用范围受到极大地限制。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种微波介质陶瓷材料及其制备方法，以及一种微波介质陶瓷器件，旨在一定程度上解决mg2sio4陶瓷的τf值较负，并且烧结温度较高，应用范围受到极大地限制的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料的化学表达式为xmg2sio4-y a-z m，其中，a包括sio2，m包括tio2、catio3、srtio3中的至少一种，x、y和z之和为1。

4、第二方面，本申请提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

5、按照微波介质陶瓷材料的化学表达式xmg2sio4-y a-z m中金属元素的化学计量比获取原料组分，其中，a包括sio2，m包括tio2、catio3、srtio3中的至少一种，x、y和z之和为1；

6、将各原料组分混合并研磨成混合粉体后，将所述混合粉体烧结成混合块体；

7、将所述混合块体研磨成粉料后，与粘结剂和造粒助剂混合后进行造粒，得到造粒粉体；

8、将所述造粒粉体制成陶瓷生坯后，依次进行排胶处理和烧结处理，得到微波介质陶瓷材料。

9、第三方面，本申请提供一种微波介质陶瓷器件，所述微波介质陶瓷器件中包括上述的微波介质陶瓷材料，或者上述方法制备的微波介质陶瓷材料。

10、本申请第一方面提供的微波介质陶瓷材料的化学表达式为xmg2sio4-y a-z m，其中，a包括sio2，m包括tio2、catio3、srtio3中的至少一种，x、y和z之和为1。一方面，选择具有较低烧结温度和正谐振频率温度系数τf值的化合物，如tio2、catio3、srtio3中的一种或几种，与mg2sio4陶瓷进行复合，能够有效降低mg2sio4陶瓷的烧结温度，调节其τf值近零。随m添加量的增大，mg2sio4-m复合材料的致密化烧结温度逐渐降低，介电常数εr线性增大，品质因数(q×f)值逐渐减小，τf值由负转正。另一方面，由于添加的tio2、catio3、srtio3等正τf值化合物有较高的介电常数，因此同时添加sio2玻璃相，降低复合陶瓷介电常数和烧结温度，并保持较好的微波介电性能。并且通过加入sio2玻璃相能够使xmg2sio4-y a-z m陶瓷复合材料的烧结温度降低至1100℃时，其仍保持较好的微波介电性能，可用于制作微波元器件。通过xmg2sio4-y a-z m微波介质陶瓷材料中各组分的协同配合作用，使得微波介质陶瓷材料同时具有较合适的介电常数、近零的频率温度系数和高品质因数，其介电常数εr为9.4～11.64，品质因数(q×f)值高达92000ghz，谐振频率温度系数τf基本为-10～+10ppm/℃，可更好用于陶瓷介质波导、monoblock单块滤波器、介质天线等通信器件的制备，满足通信基站等系统的技术需求。

11、本申请第二方面提供的微波介质陶瓷材料的制备方法，按照微波介质陶瓷材料的化学表达式xmg2sio4-y a-z m中金属元素的化学计量比获取原料组分后，将各原料组分混合研磨成混合粉体，然后将混合粉体烧结使各原料组分充分混溶，形成各组分分散均匀的混合块体。再将混合块体研磨成粉料后，与粘结剂和造粒助剂进行混合造粒，然后制成陶瓷生坯，依次进行排胶处理和烧结处理，得到微波介质陶瓷材料。一方面，制备工艺简单，操作方便，原材料成本低廉，生产工艺具有良好稳定性。另一方面，采用tio2、catio3、srtio3中的一种或几种m物质，和sio2玻璃相a物质，与mg2sio4陶瓷进行复合，不但能够有效降低微波介质陶瓷材料的烧结温度，调节其τf值近零；同时能够使微波介质陶瓷材料保持较好的微波介电性能。因而，制得的微波介质陶瓷材料同时具有较合适的介电常数、近零的频率温度系数和高品质因数。

12、本申请第三方面提供的微波介质陶瓷器件，由于微波介质陶瓷器件中包含上述同时具有较低的介电常数、近零的频率温度系数和高品质因数的微波介质陶瓷材料，因而使得微波介质陶瓷器件也具备优异的介电常数、近零的频率温度系数和高品质因数等性能。可更好用于陶瓷介质波导、monoblock单块滤波器、介质天线等通信器件的制备，满足通信基站等系统的技术需求。

技术特征：

1.一种微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料的化学表达式为xmg2sio4-y a-z m，其中，a包括sio2，m包括tio2、catio3、srtio3中的至少一种，x、y和z之和为1。

2.如权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述x为50～80mol％，所述y为12.5～30mol％，所述z为5～27.5mol％。

3.如权利要求1或2所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料的化学组成包括xmg2sio4-y sio2-z tio2；或者，

4.一种微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述原料组分为分析纯的纯度标准；

6.如权利要求5所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，将所述混合粉体烧结成混合块体的条件包括：将所述混合粉体在温度为800～1100℃的条件下烧结2～6小时，得到所述混合块体。

7.如权利要求4～6任一项所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述粉料的粒度d50小于0.7μm；

8.如权利要求7所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述粉料和所述分散剂的质量比为100：(0.2～0.4)；

9.如权利要求8所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，将所述造粒粉体制成陶瓷生坯的步骤包括：将所述造粒粉体添加到模具中，在压强为100～300mpa的条件下干压成型，得到所述陶瓷生坯；

10.一种微波介质陶瓷器件，其特征在于，所述微波介质陶瓷器件中包括如权利要求1～3任一项所述的微波介质陶瓷材料，或者如权利要求4～9任一项所述方法制备的微波介质陶瓷材料。

技术总结
本申请属于陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种微波介质陶瓷材料及其制备方法，以及一种微波介质陶瓷器件。其中，所述微波介质陶瓷材料的化学表达式为xMg<subgt;2</subgt;SiO<subgt;4</subgt;‑yA‑zM，其中，A包括SiO<subgt;2</subgt;，M包括TiO<subgt;2</subgt;、CaTiO<subgt;3</subgt;、SrTiO<subgt;3</subgt;中的至少一种，x、y和z之和为1。通过微波介质陶瓷材料中各组分的协同配合作用，使得其同时具有较低的介电常数、近零的频率温度系数和高品质因数等特性，其ε<subgt;r</subgt;为9.4～11.64，品质因数(Q×f)值高达92000GHz，谐振频率温度系数τ<subgt;f</subgt;基本为‑10～+10ppm/℃，可更好用于陶瓷介质波导、单块滤波器、介质天线等通信器件的制备，满足通信基站等系统的技术需求。

技术研发人员：袁亮亮,袁昕,陆正武,陈薛爱
受保护的技术使用者：大富科技（安徽）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13