微波介質(zhì)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含石英玻璃的微波介質(zhì)材料及其制備方法，該微波介質(zhì)材料由70～90重量%的石英玻璃和10～30重量%的硼酸鹽玻璃組成，其中，該硼酸鹽玻璃包括40～60wt%的B2O3、30～50wt%的CaO和0～10wt%的MgO。本發(fā)明的含石英玻璃的微波介質(zhì)材料在1GHZ以上頻率，介電常數(shù)為3.5～4.5，介電損耗不大于8×10-4，是一類實(shí)用的超低介電常數(shù)低損耗的微波介質(zhì)材料。
【專利說明】微波介質(zhì)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種含石英玻璃的微波介質(zhì)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石英玻璃是目前介電常數(shù)最低的無機(jī)微波介質(zhì)材料之一。但目前燒結(jié)石英的燒結(jié)溫度均在1250~1300°C之間，在此溫度下會(huì)產(chǎn)生方石英相。這種晶相的出現(xiàn)不僅造成材料的機(jī)械性能變差，而且介電損耗較高，一般在2 X IO-3左右，達(dá)不到10_4量級，難以滿足高頻下使用要求。此外由于石英玻璃的熔點(diǎn)在1760°C以上，普通燒結(jié)很難使其致密化，現(xiàn)有的燒結(jié)石英陶瓷產(chǎn)品都具有較高的氣孔率，一般在8~10%，因而很容易吸潮導(dǎo)致材料的損耗增大和介電常數(shù)漂移使其應(yīng)用受到限制。
[0003]要解決以上問題，必須使石英玻璃能夠在低溫下燒結(jié)并致密化，一般來說，使微波介質(zhì)陶瓷在低溫下致密化的方法有以下幾種:1)添加適量的燒結(jié)助劑如低熔點(diǎn)氧化物及低熔點(diǎn)玻璃，進(jìn)行液相活性燒結(jié)；2)采用濕化學(xué)合成法制取表面活性高的粉體；3)采用顆粒度細(xì)的材料，合成溫度的降低有助于燒結(jié)溫度的降低；4)選用低燒結(jié)溫度的材料體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中石英玻璃這類微波介質(zhì)材料在高溫?zé)Y(jié)制備時(shí)很難使石英玻璃致密化，導(dǎo)致較高的氣孔率、易吸`潮導(dǎo)致微波介質(zhì)材料損耗增大和介電常數(shù)漂移的技術(shù)問題，目的在于提供一種含石英玻璃的微波介質(zhì)材料。
[0005]本發(fā)明的微波介質(zhì)材料由70~90重量％優(yōu)選75~85重量％的石英玻璃和10~30重量％優(yōu)選15~25重量％的硼酸鹽玻璃組成，其中，所述重量％以微波介質(zhì)材料總重量計(jì)。
[0006]該硼酸鹽玻璃包括40~60wt%優(yōu)選50~58wt%的B2O3和30~50wt%優(yōu)選40~50wt%的CaO，還可以包括不超過10wt%的MgO優(yōu)選包括0.01~5wt%的MgO，其中，所述wt%
以硼酸鹽玻璃總重量計(jì)。
[0007]本發(fā)明采用具有低熔點(diǎn)和低介電常數(shù)的硼酸鹽玻璃，與石英玻璃混合燒結(jié)制備超低介電常數(shù)低損耗的微波介質(zhì)材料，其特征之一是硼酸鹽玻璃的熔點(diǎn)小于1200°C，介電常數(shù)和損耗與石英玻璃相似；其特征之二是將低熔點(diǎn)的硼酸鹽玻璃與石英玻璃混合共燒結(jié)可以在1000~1150°C條件下得到致密的超低介電常數(shù)低損耗的微波介質(zhì)材料。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備本發(fā)明的含石英玻璃的微波介質(zhì)材料的方法。
[0009]本發(fā)明的方法依次包括如下步驟:
[0010]步驟A)以40~60wt%的B203、30~50wt%的CaO和O~10wt%的MgO為基礎(chǔ)按照化學(xué)當(dāng)量稱取硼酸、碳酸鈣和碳酸鎂原料，在1000~1200°C保溫熔制2~3小時(shí)，均化后直接倒入水中成為碎的硼酸鹽玻璃，所述wt%以硼酸鹽玻璃總重量計(jì)；
[0011]步驟B)將70~90重量％的石英玻璃和10~30重量％的硼酸鹽玻璃混合，置于球磨機(jī)中，并加水進(jìn)行球磨，石英玻璃+硼酸鹽玻璃:水:研磨球的質(zhì)量比為1:1.8~
2.2:0.6~1.0優(yōu)選為1:2:0.8，球磨至粒徑D50為3~5微米，然后烘干造粒并壓制成胚體，其中，所述重量％以微波介質(zhì)材料總重量計(jì)；
[0012]步驟C)，將胚體在1000~1150°C燒結(jié)1.5~4小時(shí)即制成含石英玻璃的微波介質(zhì)材料。
[0013]本發(fā)明的方法制備的含石英玻璃的微波介質(zhì)材料的密度優(yōu)選在2.15~2.22g/
3
cm ο
[0014]經(jīng)過上述方法制備得到的含石英玻璃的微波介質(zhì)材料在IGHZ以上頻率，介電常數(shù)為3.5~4.5，介電損耗不大于8 X 10Λ是一類實(shí)用的超低介電常數(shù)低損耗的微波介質(zhì)材料。
[0015]表1本發(fā)明的含石英玻璃的微波介質(zhì)材料的性能
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種含石英玻璃的微波介質(zhì)材料，其特征在于，該微波介質(zhì)材料由70~90重量％的石英玻璃和10~30重量％的硼酸鹽玻璃組成，其中，所述重量％以微波介質(zhì)材料總重量計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的微波介質(zhì)材料，其特征在于，該微波介質(zhì)材料由75~85重量％的石英玻璃和15~25重量％的硼酸鹽玻璃組成。
3.如權(quán)利要求1所述的微波介質(zhì)材料，其特征在于，該硼酸鹽玻璃包括40~60wt%優(yōu)選50~58wt%的B2O3和30~50wt%優(yōu)選40~50wt%的CaO，其中，所述wt%以硼酸鹽玻璃總重量計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的微波介質(zhì)材料，其特征在于，該硼酸鹽玻璃還包括不超過10wt%優(yōu)選0.01~5wt%的MgO。
5.一種制備權(quán)利要求1所述的含石英玻璃的微波介質(zhì)材料的方法，其特征在于該方法依次包括如下步驟: 步驟A)以40~60wt%的B203、30~50wt%的CaO和O~10wt%的MgO為基礎(chǔ)按照化學(xué)當(dāng)量稱取硼酸、碳酸鈣和碳酸鎂原料，在1000~1200°C保溫熔制2~3小時(shí)，均化后直接倒入水中成為碎的硼酸鹽玻璃，所述wt%以硼酸鹽玻璃總重量計(jì)； 步驟B)將70~90重量％的石英玻璃和10~30重量％的硼酸鹽玻璃混合，置于球磨機(jī)中，并加水進(jìn)行球磨,石英玻璃+硼酸鹽玻璃:水:研磨球的質(zhì)量比為1:1.8~2.2:0.6~.1.0優(yōu)選為1:2:0.8，球磨至粒徑D50為3~5微米，然后烘干造粒并壓制成胚體，其中，所述重量％以微波介質(zhì)材料總重量計(jì)； 步驟C)，將胚體在1000~1150°C燒結(jié)1.5~4小時(shí)即制成含石英玻璃的微波介質(zhì)材料。
【文檔編號】C03B20/00GK103755129SQ201310723586
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】姜少虎, 何飛, 林慧興, 陳瑋, 羅瀾 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所