一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种温度稳定型钛酸镁 基微波介质陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现代通信技术的不断发展，对元器件的小型化、集成化和模块化的要求日益迫切， 对微波介质材料提出了更高的要求，微波介质陶瓷已成为近年来功能陶瓷最活跃的研宄领 域之一。其中，MgTiO 3陶瓷作为一种传统的微波介质材料，在毫米波段仍然具有低介电常 数、超高品质因数等优异的微波介电性能，但存在温度稳定性差（T f~-50ppm/°C )，烧结 温度高（> 1400°C )的缺点。
[0003] 微波器件需要在不同的环境温度下工作。要使滤波器的载波信号在不同的温度下 不出现漂移，就必须要求微波介质材料的谐振频率不随温度变化，或者是变化较小，也就是 要求微波介质材料的谐振频率温度系数近零。因此，微波介质材料的温度稳定性是现实微 波器件的高稳定性和高可靠性的关键因素。微波介质材料尤其是MgTiO 3S微波介质陶瓷 材料温度稳定性的研宄已成为一大热点。同时，1§1103陶瓷具有高的烧结温度，制备过程能 耗大，不符合低碳环保的理念。因此，研宄一种具有温度稳定性和低损耗特点的MgTiO 3S 微波介质陶瓷材料并降低其烧结温度的需要日益迫切。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，在于克服现有技术的大部分钛酸镁基陶瓷材料有较大的负的谐振 频率温度系数并限制了其应用的缺陷，提供一种新型高性能的温度稳定型的钛酸镁基微波 介质陶瓷材料及其制备方法。
[0005] 本发明通过如下技术方案予以实现。
[0006] -种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷，其目标合成物表达式为0. 89MgTi03_0. 1 I(Caa4Naa3Sma3)TiO3;
[0007] 该一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤：
[0008] (1)将化学原料MgO、TiO2按化学计量式MgTiO 3进行配料，放入聚酯球磨罐中，加 入去离子水和错球后，球磨8-16小时；
[0009] (2)将步骤⑴球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0010] (3)将步骤⑵过筛后的粉料放入中温炉中，于800~1000°C预烧，保温2~8小 时；
[0011] (4)另将 Ti02、CaC03、Sm203、Na 2CO3按化学计量式（Ca Cl4Naa3Smtl.3) TiO3进行配料， 放入聚酯球磨罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4~24小时；
[0012] (5)将步骤⑷球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0013] (6)将步骤（5)过筛后的粉料放入中温炉中，于1000~1300°C预烧，保温2~8 小时；
[0014] (7)将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为89:11的比例进行配料，放入聚酯 球磨罐中，加入去离子水和锆球后，球磨8~24小时；
[0015] (8)将步骤（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0016] (9)将步骤⑶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，采用粉末压片机以4~SMPa的压力制成生坯；
[0017] (10)将步骤（9)的生坯于1200°C-1300°C烧结，保温2~8小时，制成钛酸镁基温 度稳定型的低损耗微波介质陶瓷。
[0018] 所述步骤（1)、（4)或（7)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。
[0019] 所述步骤（9)的生还直径为10mm，厚度为5mm〇
[0020] 所述步骤（10)的烧结温度为1250°C。
[0021] 本发明以1%0、1102、0&0)3、5111 203、似20)3为原料制备温度稳定型低损耗微波介质陶 瓷0. 91MgTi03-0 . 09 (Caa4Naa3Sma3) TiO3，烧结温度范围为1200~1300°C。微波频段下测得 Qf值达到55000~72000GHz，谐振频率温度系数（T f)达到-7. 6~-2. 3 X 10_6/°C。该陶 瓷体系制备工艺简单，微波介电性能优越，大大降低了 181103体系的烧结温度，在很大程度 上节约了能源成本，符合低碳环保的理念，因此具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0022] 本发明以纯度大于99%的MgO、Ti02、CaC03、Na 2CO3以及纯度大于99. 9%的Sm2O3 为初始原料，通过简单固相法制备微波介质陶瓷。具体实施方案如下：
[0023] (1)将化学原料MgO、TiO2按化学计量式MgTiO 3进行配料，原料配比为：3. 35302g Mg0、6. 64698g TiO2。将IOg的混合粉料放入聚酯罐中，加入200ml去离子水，加入150g的 锆球，在行星式球磨机上球磨12小时，转速为400转/分；
[0024] (2)将步骤⑴球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0025](3)将步骤⑵过筛后的粉料放入中温炉中，于IKKTC预烧，保温4小时；
[0026] (4)将化学原料 Ti02、CaC03、Sm203、Na 2CO3按化学计量式（CaQ4Natl 3Sma 3) TiO3进行 配料，原料配比为：2.43672g Ti02，1.22099g CaC03，1.59563g Sm203,0.48486g Na2C03。将 约5g的混合粉料放入聚酯球磨罐中，加入200ml去离子水和150g的锆球，球磨12小时；
[0027] (5)将步骤（4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0028] (6)将步骤（5)烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于1090°C预烧，保温4小时；
[0029] (7)将步骤⑶和（6)得到的粉料按照摩尔比为89:11的比例配料8g，即6.84595g MgTiO3,1. 15405g (CaQ. 4NaQ. 3SmQ. 3) TiO3，放入聚酯球磨罐中，加入200ml去离子水和150g的锆 球，球磨12小时；
[0030] (8)将步骤（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0031] (9)将步骤（8)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的压力制成生还，生坯直径为10mm，厚度为5mm ;
[0032] (10)将步骤⑶的生坯于1200-1300°C烧结，保温6小时，制成具有高品质因数的 微波介质陶瓷。
[0033] (11)通过网络分析仪测试所得制品的微波介电性能。
[0034] 具体实施例的相关工艺参数和微波介电性能详见表1。
[0035]表1
[0036]
【主权项】
1. 一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷，其目标合成物表达式为0. 89MgTiO 3-0. 11 ( Caa4Naa3Sm0.3) TiO3; 该一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤： (1) 将化学原料MgO、TiO2按化学计量式MgTiO 3进行配料，放入聚酯球磨罐中，加入去 离子水和锆球后，球磨8-16小时； (2) 将步骤（1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目筛； ⑶将步骤⑵过筛后的粉料放入中温炉中，于800~KKKTC预烧，保温2~8小时； ⑷另将Ti02、CaC03、Sm203、Na 2CO3按化学计量式（Caa4Naa3Sma3)TiO 3进行配料，放入 聚酯球磨罐中，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°C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1000~1300°C预烧，保温2~8小时； (7) 将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为89:11的比例进行配料，放入聚酯球磨 罐中，加入去离子水和锆球后，球磨8~24小时； (8) 将步骤（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目筛； (9) 将步骤（8)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，采用粉末压片机以4~SMPa的压力制成生坯； (10) 将步骤（9)的生坯于1200°C -1300°C烧结，保温2~8小时，制成钛酸镁基温度稳 定型的低损耗微波介质陶瓷。2. 根据权利要求1所述的一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述 步骤（1)、（4)或（7)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。3. 根据权利要求1所述的一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述 步骤（9)的生还直径为10mm，厚度为5mm〇4. 根据权利要求1所述的一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述 步骤（10)的烧结温度为1250°C。
【专利摘要】本发明公开了一种温度稳定型钛酸镁基微波介质陶瓷及其制备方法，其表达式为0.89MgTiO3-0.11(Ca0.4Na0.3Sm0.3)TiO3；先将MgO、TiO2按化学计量式MgTiO3进行配料，经球磨、烘干、过筛后于800～1000℃预烧；另将TiO2、CaCO3、Sm2O3、Na2CO3按化学计量式(Ca0.4Na0.3Sm0.3)TiO3配料，经球磨、烘干，过筛后于1000～1300℃预烧；再将上述两种预烧后的粉料按照摩尔比为89:11配料，经球磨、烘干、过筛、造粒，压制成生坯；生坯于1200℃-1300℃烧结，制成钛酸镁基温度稳定型微波介质陶瓷。本发明的Qf值达到55000～72000GHz，谐振频率温度系数(τf)达到-7.6～-2.3×10-6/℃。该陶瓷体系制备工艺简单，微波介电性能优越，节约了能源成本，符合低碳环保理念，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/64, C04B35/465
【公开号】CN104944940
【申请号】CN201510363500
【发明人】李玲霞, 李赛, 吕笑松, 孙浩, 叶静
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月26日