一种温度稳定型低损耗微波介质陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子信息材料与元器件领域，特别涉及一种温度稳定型低损耗微波介 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，MgTiO3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（τ f~-50ppm/°C )，烧结 温度高（> 1400°C )的缺点。
[0003] 由于微波器件需要在不同的温度下工作，而要保证其载波信号在不同温度下功能 的稳定性，就必须要求微波介质材料的谐振频率不随温度变化，或是变化较小。因此，近 零的谐振频率温度系数就成为了衡量材料性能的重要标准。因此，微波介质材料尤其是 MgTiO3基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，MgTiO3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MgTiO3S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，是克服现有技术的缺点和不足，通过添加 ZnO使得Zn2+部分取代 Mg2+，来达到进一步提高1%1103的品质因数，并以CaTiO 3调节MgTiO 3微波介质陶瓷的温度 系数，同时，添加1^八103来降低整体的烧结温度，提供一种通过简单固相法制成的温度稳定 型低损耗微波介质陶瓷。
[0005] 本发明通过如下技术方案予以实现：
[0006] -种温度稳定型低损耗微波介质陶瓷，其目标合成物表达式为 0· 99(0. 95 (Mga97Zna03) TiO3-0.0 5CaTi03)_0· OlLaAlO3;
[0007] 该温度稳定型低损耗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、Ti02、CaCO3以及 ZnO 按化学计量式 0· 95 (Mg α97Ζη0.03) TiO3-0.0 50&1103进行配料，简称95MZCT，放入聚酯球磨罐中，加入去离子水和锆球，球磨 4~24小时；
[0009] (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；
[0010] ⑶将步骤⑵过筛后的粉料放入中温炉中，于900~1150°C预烧，保温2~8小 时；
[0011] ⑷将La2O3和Al2O 3按化学计量式LaAlO3进行配料，放入聚酯球磨罐中，加入去离 子水和错球后，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1100~1300°C预烧，保温2~8 小时；
[0014] (7)将步骤⑶和（6)得到的粉料按照摩尔比为99:1的比例进行配料，放入聚酯 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，用粉末压片机以4~SMPa的压力制成生坯；
[0017] (10)将步骤⑶的生坯于1150°C~1250°C烧结，保温2~8小时，制成温度稳定 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。
[0020] 所述步骤（10)的烧结温度为1200°C。
[0021] 本发明以MgO、Ti02、CaC03、La20 3、A1203、ZnO为原料制备的温度稳定型低损耗 微波介质陶瓷 〇· 99(0. 95 (Mga97Znatl3) TiO3-0.0 5CaTi03)-0.0 lLaAlO3，其烧结温度范围为 1150~1250°C。在微波频段下测得Qf值达到55000~88500GHz，谐振频率温度系数（τ f) 达到-9. 9~-6. 9X1(T6/°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 皿81103体系的烧结温度，节约了能源成本，符合低碳环保的理念，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、A1 203、ZnO以及纯度大于99. 5%的 La2O3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 MgO, 1102和 CaCO 3按化学计量式 0· 95 (Mg α97Ζηα(ι3) TiO3-0.0 5CaTi03进行配 料，原料配比为：3.04025g Mg0、0.18985g Zn0、6.54037g Ti02、0.40966g CaCO3。将约 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（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；
[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La2O3和Al 203按化学计量式LaAlO3进行配料，原料配比为：3. 80823g La2O3, I. 19177g Al2O3，将约5g的混合粉料放入聚酯罐中，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1250°C预烧，保温4小时；
[0029] (7)将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为99:1的比例配料10g，即 9. 82622g93MCT，0. 17378g LaAlO3，放入聚酯罐中，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的压力制成生坯；
[0032] (10)将步骤⑶的生坯于1150~1250°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. 一种温度稳定型低损耗微波介质陶瓷，其目标合成物表达式为 0? 99(0. 95 (Mga97Zna03) TiO3-0.0 5CaTi03)_0.0 lLaAlO3; 该温度稳定型低损耗微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤： ⑴将化学原料MgO、Ti02、CaCO3以及ZnO按化学计量式0? 95 (Mg ^7Znatl3) TiO3-0.0 50&1103进行配料，简称95MZCT，放入聚酯球磨罐中，加入去离子水和锆球，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°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900~1150°C预烧，保温2~8小时； (4) 将La2O3和Al 203按化学计量式LaAlO 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1100~1300°C预烧，保温2~8小时； ⑵将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为99:1的比例进行配料，放入聚酯罐中， 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，用粉末压片机以4~SMPa的压力制成生坯； (10) 将步骤⑶的生坯于1150°C~1250°C烧结，保温2~8小时，制成温度稳定型的 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低损耗微波介质陶瓷，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低损耗微波介质陶瓷，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低损耗微波介质陶瓷，其特征在于，所述步 骤（10)的烧结温度为1200°C。
【专利摘要】本发明公开了一种温度稳定型低损耗微波介质陶瓷，其目标合成物表达式为0.99(0.95(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.05CaTiO3)-0.01LaAlO3；先将MgO、TiO2、CaCO3及ZnO按化学计量式0.95(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.05CaTiO3配料，经球磨、烘干、过筛后于900～1150℃预烧；另将La2O3和Al2O3按化学计量式LaAlO3配料，经球磨、烘干、过筛后于1100～1300℃预烧；再将上述两种预烧后的粉料按照摩尔比为99:1配料，经球磨、烘干、过筛、造粒，压制成生坯，生坯于1150℃～1250℃烧结，制成温度稳定型的低损耗微波介质陶瓷。本发明Qf值达到55000～88500GHz，谐振频率温度系数(τf)达到-9.9～-6.9×10-6/℃。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, C04B35/462
【公开号】CN104961453
【申请号】CN201510363687
【发明人】李玲霞, 李赛, 高正东, 吕笑松, 孙浩
【申请人】天津大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月26日