專利名稱：一種中介電常數(shù)微波介質陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高性能中介電常數(shù)(L = 35 50)微波介質陶瓷材料，屬于微波介質陶瓷材料制備技術領域。
背景技術：
微波介質陶瓷作為介質諧振器、介質濾波器、雙工器、介質天線、介質波導傳輸?shù)任⒉ㄆ骷年P鍵材料，在移動通訊、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、無線局域網(wǎng)等現(xiàn)代通信技術中得到了廣泛應用，市場需求巨大。目前國外陶瓷介質濾波器生產(chǎn)相對成熟，生產(chǎn)企業(yè)主要有美國Trans-Tech公司、 日本Murata公司、德國EPCOS公司，從低介到高介已有系列化產(chǎn)品，年產(chǎn)值均達十億美元以上。而國內(nèi)廠家陶瓷介質濾波器發(fā)展明顯滯后，因為高性能的微波介質陶瓷主要依賴進口， 生產(chǎn)成本較高，尤其是對于ε r = 35 50的中介電常數(shù)高性能陶瓷材料及器件的生產(chǎn)在技術水平、產(chǎn)品品種和生產(chǎn)規(guī)模上與國外有較大差距，因此發(fā)明一種高性能的中介電常數(shù)的微波介質陶瓷材料受到越來越多研究者的關注。目前研究的中介電常數(shù)(ε r :35_50)微波介質陶瓷有中國專利CN101555135A，名稱為中介電常數(shù)超高Q值微波介質陶瓷材料，該技術制備介電常數(shù)為43-45的陶瓷材料， 在配方中添加了質量百分數(shù)約20 50%的氧化釹，原料成本較高。申請的中國專利有申請公布號CN101830697，名稱為一種中溫燒結高Q中介微波陶瓷及其制備方法，選擇鈦酸鈣-鋁酸鑭為基體，制備介電常數(shù)為43-46的微波介質陶瓷，該技術QX f僅為40000GHz，品質因素偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前微波介質陶瓷介電常數(shù)為35-50的陶瓷材料品質因素低、生產(chǎn)成本高等問題，而提出了一種高性能低成本中介電常數(shù)微波介質陶瓷，本發(fā)明的另一目的是提供了上述中介電常數(shù)微波介質陶瓷的制備方法。本發(fā)明的技術方案為一種中介電常數(shù)微波陶瓷，其特征在于該微波介質陶瓷材料的組成為xR0-yLn203-zAl203-mTi02-nM ;其中 O. 43 彡 x 彡 O. 70 ；0. 14 ^ y ^ O. 25 ；
O.15 彡 z 彡 O. 25 ；0. 41 彡 m 彡 O. 73 ;0 彡 η 彡 O. 04 ;R 為 Ca 或 Sr ；Ln 為 La 或 Sm ；M 為金屬氧化物MgO或Y2O3。本發(fā)明海提供了上述中介電常數(shù)微波陶瓷的制備方法，其具體步驟為1)將原料 R的碳酸鹽、氧化鋁、Ln的氧化物和二氧化鈦按照材料的組成xR0-yLn203-zAl203-mTi02稱取后，加入球磨介質和溶劑進行一次球磨，球磨后烘干得到干燥粉體；2)將干燥粉體在1220°C -1250°C下煅燒2_4小時得到煅燒粉體；3)將燒粉體按材料組成配方添加金屬氧化物M后進行二次球磨，球磨后烘干得到干燥粉體；4)將步驟3)得到的干燥粉體過篩后加入粘結劑造粒成型，在1450 1520°C下燒結3 6小時，得到高性能(QXf > 60000GHz)中介(ε r 35-50)微波介質陶瓷材料。優(yōu)選步驟I)中的一次球磨和步驟3)中的二次球磨工藝參數(shù)均為料球質量比為 I 2 2. 5 ;轉速為200 230r/min ;球磨時間為24-30小時；球磨后均在80 100°C的烘箱里烘干。優(yōu)選所用原料碳酸鍶、碳酸鈣、氧化鑭、氧化釤、氧化鋁均為分析純，一般純度大于等于99. 7% ;二氧化鈦、MgO和Y2O3為化學純，一般純度大于等于99. 5%。優(yōu)選所述的粘結劑為聚乙烯醇；粘結劑的加入量為過篩干燥粉體重量的5 10% ;粘結劑的濃度為O. 14 O. 2g/ml。優(yōu)選步驟4)中干燥粉體過40目篩；成型壓力為100_300MPa。優(yōu)選所述的球磨介質常為ZrO2球或瑪瑙球，考慮成本更優(yōu)選ZrO2球；所述的溶劑常為水或酒精；考慮成本更優(yōu)選水作為溶劑。有益效果本發(fā)明所提供的制備方法工藝簡單，采用二次球磨、一次煅燒工藝，在1450°C 1500°C燒結，制備了價格較低，工藝穩(wěn)定且性能優(yōu)異的微波介質陶瓷ε r :35_50，QXf > 60000GHz，頻率溫度系數(shù)接近于零，其中超高的品質因素為微波器件的小型化做出了重大貢獻，同時本發(fā)明所采用原料成本低，因此具有很大的市場應用價值。


圖 I 為 O. 52Ca0-0. 24La203_0· 24Α1203_0· 52Ti02 樣品的 XRD 圖；圖 2 為 O. 45Ca0-0. 15Sm203_0· 20Α1203_0· 43Ti02_0. 02Y203 樣品的 XRD 圖；圖 3 為 O. 6Sr0-0. 2La203_0. 2Α1203_0· 62Ti02_0. 02Mg0 樣品的 XRD 圖。
具體實施例方式
以下實施例中的原料碳酸鍶、碳酸鈣、氧化鑭、氧化釤、氧化鋁均為分析純，二氧化鈦、MgO和Y2O3為化學純。實施例I按式xCa0-yLa203-zAl203-mTi0_nM,經(jīng)過以下步驟制備第一步選用碳酸鈣、氧化鋁、氧化鑭、二氧化鈦為原料，按照所述配方稱量，以鋯球為球磨介質，水為溶劑，料球質量比為I : 2，轉速為220r/min混合球磨24小時后在80°C 烘箱里烘干，得到干燥分體；第二步將得到的干燥粉體在1230°C下煅燒3小時得到煅燒粉體；第三步JfM(MgO)添加到煅燒粉體中，進行二次球磨(球磨工藝與第一步相同)；第四步將上步得到的干燥粉體過40目篩后加入PVA(8wt. %相對于原料總重量) 造粒成型，壓制生還尺寸Φ12ι πιΧ6πιπι,在150CTC下燒結4小時。第五步采用美國安捷侖網(wǎng)絡分析儀(型號為HP 8722ΕΤ)，測試介電常數(shù)、品質因素及頻率溫度系數(shù)。圖I 為 O. 52Ca0-0. 24La203_0· 24Α1203_0· 52Ti02 樣品的 XRD 圖，從圖中可以看出， 該樣品的主晶相為CaTi03、LaA103。表I :陶瓷組分與性能表
序號XyZmηε rQ · fTfIO. 69O. 155O. 155O. 69/49. 36812297. 192O. 61O. 195O. 195O. 61/39. 55837664. 523O. 61O. 195O. 195O. 63O. 0242. 22858374. 624O. 52O. 24O. 24O. 52/37. 2295563-9. 11實施例2按式O. 45Ca0-0. 15Sm203-0. 20Al203-0. 43Ti02+0 . 02Y203,經(jīng)過以下步驟制備第一步選用碳酸鈣、氧化鋁、氧化釤、二氧化鈦為原料，按照所述配方稱量，以鋯球為球磨介質，水為溶劑，料球質量比為I : 2. 5，轉速為200r/min混合球磨26小時后在 100°C烘箱里烘干，得到干燥粉體；第二步將干燥粉體在1220°C下煅燒4小時得到煅燒粉體；第三步JfM(Y2O3)添加到煅燒粉體中，進行二次球磨(球磨工藝與第一步相同)；第四步將上步的干燥粉體過40目篩后加入PVA (6wt. % )造粒成型，壓制生坯尺寸012mmX6mm，在 1460°C、1480°C、1500°C下燒結 3 小時。第五步采用美國安捷侖網(wǎng)絡分析儀(型號為HP 8722ET)，測試介電常數(shù)、品質因素及頻率溫度系數(shù)。圖2 為 O. 45Ca0-0. 15Sm203_0· 20Α1203_0· 43Ti02_0. 02Y203 樣品的 XRD 圖，從圖中可以看出，該樣品的主晶相為CaTi03、SmA103。表2 :燒成溫度與性能表
序號燒成溫度/°Cε rtan δQ · fTfI146044. 468. 02Ε-05801682. 82148046. 285. 16Ε-051310002. O3150044. 476. 25Ε-051060022. 2實施例3按式xSr0-yLa203-zAl203-mTi02+nM,經(jīng)過以下步驟制備第一步選用碳酸鈣、氧化鋁、氧化鑭、二氧化鈦為原料，按照所述配方稱量，以鋯球為球磨介質，水為溶劑，料球質量比為I : 2. 5，轉速為220r/min混合球磨28小時后在 80°C烘箱里烘干，得到干燥分體；第二步將干燥粉體在1240°C下煅燒4小時得到煅燒粉體；第三步^fM(MgO)添加到煅燒后的粉體中，進行二次球磨(球磨工藝與第一步相同)；
第四步將得到的干燥粉體過40目篩后加入PVA(9wt. % )造粒成型，壓制生坯尺寸012mmX6mm，在1500°C下燒結6小時。第五步采用美國安捷侖網(wǎng)絡分析儀(型號為HP 8722ET)，測試介電常數(shù)、品質因素及頻率溫度系數(shù)。圖3 為 O. 6Sr0-0. 2La203_0· 2Α1203_0· 62Ti02_0. 02Mg0 樣品的 XRD 圖，從圖中可以看出，該樣品的主晶相為SrTi03、LaA103。表3 陶瓷組分與性能表
權利要求
1.一種中介電常數(shù)微波介質陶瓷，其特征在于該微波介質陶瓷材料的組成為 xR0-yLn203-zAl203-mTi02-nM ;其中 O. 43 彡 x 彡 O. 70 ；0. 14 ^ y ^ O. 25 ；0. 15 彡 z 彡 O. 25 ; O. 41 彡 m 彡 O. 73 ;0 彡 η 彡 O. 04 ; ;R 為 Ca 或 Sr ；Ln 為 La 或 Sm ;M 為 MgO 或 Y203。
2.一種制備如權利要求I所述的中介電常數(shù)微波介質陶瓷的方法，其具體步驟為.1)將原料R的碳酸鹽、氧化鋁、Ln的氧化物和二氧化鈦按照材料的組成 xR0-yLn203-zAl203-mTi02稱取后,加入球磨介質和溶劑進行一次球磨,球磨后烘干得到干燥粉體；.2)將干燥粉體在1220°C-1250°C下煅燒2_4小時得到煅燒粉體；.3)將燒粉體按材料組成配方添加金屬氧化物M后進行二次球磨，球磨后烘干得到干燥粉體；.4)將步驟3)得到的干燥粉體過篩后加入粘結劑造粒成型，在1450 1520°C下燒結 3 6小時，得到中介微波介質陶瓷材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于步驟I)中的一次球磨和步驟3)中的二次球磨工藝參數(shù)均為料球質量比為I : 2 2. 5 ;轉速為200 230r/min ;球磨時間為24-30 小時；球磨后均在80 100°C的烘箱里烘干。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述的粘結劑為聚乙烯醇；粘結劑的加入量為過篩干燥粉體重量的5 10% ;粘結劑的濃度為O. 14 O. 2g/ml。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于步驟4)中干燥粉體過40目篩；成型壓力為 100-300MPa。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述的球磨介質常為ZrO2球或瑪瑙球；所述的溶劑常為水或酒精。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中介電常數(shù)微波陶瓷，其組成為xRO-yLn2O3-zAl2O3-mTiO2-nM；其中0.43≤x≤0.70；0.14≤y≤0.25；0.15≤z≤0.25；0.41≤m≤0.73；0≤n≤0.04；R為Ca或Sr；Ln為La或Sm；M為金屬氧化物MgO或Y2O3；采用二次球磨、一次煅燒工藝，在1450℃～1500℃燒結，制備出了價格較低，工藝穩(wěn)定且性能優(yōu)異的微波介質陶瓷，εr35-50，Q×f＞60000GHz，頻率溫度系數(shù)接近于零，其超高的品質因素為微波器件的小型化做出了重大貢獻，具有很大的市場應用價值。
文檔編號C04B35/465GK102603287SQ20121006806
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權日2012年3月15日
發(fā)明者丘泰, 沈春英, 馬丹, 黃春娥 申請人:南京工業(yè)大學