中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法与流程

本技术涉及以成分为特征的陶瓷组合物，特别是中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法。

背景技术：

1、随着5g时代的来临，5g基站向着小型化、轻量化和高集成化发展，mimo技术所使用的天线数量将迎来成倍增长，预计将需要64个乃至128个天线。由于每个天线都需要配备相应的双工器，并由相应的滤波器进行信号频率的选择与处理，滤波器的需求量将大量增加，因此这就对滤波器的器件尺寸与发热性能有更高的要求。腔体滤波器由于其体积大，发热量大，难以在高密集型天线中广泛使用，面临较大的发展压力。因此，5g陶瓷介质滤波器将发挥其体积小、重量轻等优势，在未来广阔的5g市场中占得先机，并将逐步成为滤波器行业的主流。

2、因滤波器的应用场景广泛且严苛，对这类陶瓷材料的机械强度(包括弯曲强度、弹性模量、热膨胀系数等)要求也越来越高。电性能指标决定这款微波介质陶瓷粉体是否可以用于制作介质陶瓷滤波器，而物理性能指标决定制作的介质陶瓷滤波器是否可以得到广泛的应用以及使用寿命，所以材料体系的开发和改性研究也越来越受到人们重视。目前，中介电常数微波介质陶瓷的研究体系主要包括bati4o9/ba2ti9o20体系，(zr,sn)tio4系等。bao-tio2系陶瓷材料品质因数≧45000ghz@4.1ghz，-40～110℃温度系数4.0ppm，弯曲强度为125n，35～600℃热膨胀系数10.4ppm，弹性模量161；(zr,sn)tio4系陶瓷材料品质因数≧55000ghz@4.1ghz，-40～110℃温度系数2.6ppm，弯曲强度为130n，35～600℃热膨胀系数7.0ppm，较低，弹性模量128。这两类陶瓷材料虽品质因数较优异，但物理性能限制了其在5g通讯中的应用。

3、amgo-bzno-ccaco3-dsm2o3-tio2微波介质陶瓷是最近几年发展起来的一种可用于微波频段的介质材料，其具有优异的微波介电性能：适中的介电常数(26.5～29.2)，相对较高的品质因数(74412ghz)，稳定的谐振频率温度系数(0ppm/℃)，优异的物理性能(弯曲强度≧180n，热膨胀系数10.5ppm/℃，弹性模量≧200gpa)。因此，amgo-bzno-ccaco3-dsm2o3-tio2微波介质陶瓷材料是一种非常有前途的新型微波介质材料。。

技术实现思路

1、本发明是提供一种中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法，生产工艺简单，重复性好，性价比高，原料丰富，应用广泛，其具有优异的微波介电性能：适中的介电常数(26.5～29.2)，相对较高的品质因数(74412ghz)，稳定的谐振频率温度系数(0ppm/℃)，优异的物理性能(弯曲强度≥180n，热膨胀系数10.5ppm/℃，弹性模量≥200gpa)。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本技术实施例公开了一种中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法，依次包括如下步骤：

4、s1按如下摩尔比准备化学原料mgo∶zno∶caco3∶sm2o3∶tio2＝0.45-0.85∶0.03-0.38∶0.04-0.15∶0.01-0.10∶1；

5、s2将上述化学原料置入球磨罐中混合，加入氧化锆球和去离子水，球磨36小时；

6、s3将物料置于干燥箱中，在100～150℃下烘干，烘干后过60目筛；

7、s4将过筛后的粉料在1100～1150℃煅烧3小时，将粉料进行预合成；

8、s5预合成粉料中加入15wt％的聚乙烯醇水溶液，置于球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨48小时，采用喷雾干燥塔造粒；

9、s6用压片机压制成型为坯体；

10、s7将上述坯体于1340～1400℃下烧结，保温3小时，得到产品。

11、优选的，在上述的中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法中，化学原料mgo纯度≥99.6％、zno纯度≥99.6％、caco3纯度≥99.9％、sm2o3纯度≥99.9％、tio2纯度≥99.9％。

12、优选的，在上述的中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法中，步骤s2的球磨是在卧式球磨机上进行，化学原料与去离子水与氧化锆球的质量比为1：1.5：1.5，粒度要求：d10≤0.5um、d50≤1.5um、d90≤3.5um。

13、优选的，步骤s5的球磨是在卧式球磨机上进行，预合成粉料与去离子水与氧化锆球的质量比为1：1：1.5，粒度要求：d10≤0.5um、d50≤1.0um、d90≤3.0um。

14、优选的，在上述的中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法中，步骤s6的坯体是以10mpa的压力压制成型，为φ14.7mm×7.3mm的圆柱形坯体，其压制密度为2.5g/cm3。

15、优选的，在上述的中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法中，步骤s7得到的产品介电常数为26.5～29.2，品质因数为61200～75000ghz，-40～110℃谐振频率温度系数为-2.0～2.0ppm/℃，弯曲强度≥180n，35～600℃热膨胀系数10.5ppm/℃，弹性模量≥200gpa。

16、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

17、1、本发明提供的微波介质陶瓷，与(zr,sn)tio4陶瓷体系相比，大大降低了生产成本，且生产工艺过程简单，重复性好，市场前景广泛。

18、2、本发明提供的微波介质陶瓷具有良好的微波介电性能。相对介电常数εr在26.5～29.2之间，q×f值在60000～800000ghz之间，谐振频率温度系数τf接近零值且连续可调。

19、3、本发明提供的微波介质陶瓷可广泛应用于性能优异的介质谐振器、滤波器等微波器件的制备，满足5g通信基站等系统的技术需求。

20、本发明中使用的测试方法

21、热膨胀系数：陶瓷体由温度改变而有涨缩现象。其变化能力以等压下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数。陶瓷介质滤波器金属化后，在滤波器的一端需要焊接pcb板(pcb板的材料一般为铜)，假设pcb板和陶瓷滤波器的热膨胀系数不匹配，那么陶瓷介质滤波器在恶劣的应用环境中会有开裂的风险。所以，微波介质陶瓷的热膨胀系数至关重要。

22、本案例的热膨胀系数测试，样品尺寸为φ6×t25mm圆柱，温度范围为35～600℃，设备采用netzsch dil402热膨胀测试仪。

23、弯曲强度：又叫抗弯强度，是指材料抵抗弯曲不能断裂的能力，主要用于考察陶瓷等脆性材料的强度。一般采用三点弯曲或四点弯曲测试方法评测。其值与承受的最大压力呈正比。介质陶瓷滤波器的弯曲强度越高，其应用场景越广泛。

24、本案例的弯曲强度测试，按照gb/t6569-2006测试方法，样品尺寸为35×4.0×t3.0mm方块，跨距30mm，加载速率0.5mm/min，设备采用wdw100万能试验机。

25、杨氏模量：是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变呈正比，比值被称为材料的杨氏模量。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易变形。

26、本案例的弹性模量测试，按照gb/t10700-2006测试方法，样品尺寸为120×25×t3.0mm方块，设备采用iet-01洛声检测固体材料动态弹性模量无损检测仪。