一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種介電常數(shù)可調(diào)超高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，是一種 CaTi03-(LiQ.5Sm().5)Ti0 3復(fù)合微波介質(zhì)材料及其制備方法。廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、汽車電話、 電視衛(wèi)星接收器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無(wú)線局域接入及各種雷達(dá)等系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波介質(zhì)陶瓷作為一種新型電子材料，在現(xiàn)代通信中被用作諧振器、濾波器、介質(zhì) 基片、介質(zhì)天線、介質(zhì)導(dǎo)波回路等，廣泛應(yīng)用于微波技術(shù)的許多領(lǐng)域?？捎糜谝苿?dòng)通訊、衛(wèi)星 通訊和軍用雷達(dá)等方面。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，通信信息量的迅猛增加，以及人們 對(duì)無(wú)線通信的要求，使用衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星直播電視等微波通信系統(tǒng)己成為當(dāng)前通信技術(shù)發(fā) 展的必然趨勢(shì)。這就使得微波材料在民用方而的需求逐漸增多，如手機(jī)、汽車電話、蜂窩無(wú) 繩電話等移動(dòng)通信和衛(wèi)星直播電視等新的應(yīng)用裝置。應(yīng)用于微波電路的介質(zhì)陶瓷，必須滿 足以下介電特征要求：1)較高的相對(duì)介電常數(shù)Er，一般根據(jù)應(yīng)用頻率確定介質(zhì)陶瓷材料相 對(duì)介電常數(shù)的大小。應(yīng)用頻率為〇 · 8~4GHz (低端)時(shí)，Er >50; 4~8GHz (中端)時(shí)，30 < Er < 50 ;8~ 18GHz (中端)時(shí)，Er < 30 ; 2 )高的品質(zhì)因數(shù)Q，以提高選頻特性，一般要求Q X f 5000; 3)接近零的頻率溫度系數(shù)if以保證器件有良好的溫度穩(wěn)定性，介質(zhì)諧振器件一般都是微波 介質(zhì)陶瓷的某種振動(dòng)模式的頻率作為其中心頻率的。如果Tf大，則表明器件的中心頻率將 會(huì)因溫度的變化而產(chǎn)生大的漂移，器件將無(wú)法高穩(wěn)定工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的迎合移動(dòng)通信用微波頻率小型化、髙頻化需要，旨在提供一種介電 常數(shù)為112.5,同時(shí)具有介電常數(shù)在一定范圍可調(diào)(Er:90~ Er: 130)微波介質(zhì)陶瓷配方及其 制備方法，以CaTi03-(LiQ.5Sm(). 5)Ti03體系為研究對(duì)象，采用CeO為調(diào)節(jié)微波介質(zhì)陶瓷溫度系 數(shù)，綜合調(diào)控材料的微波介電性能。
[0004] 為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明的原料組成為XCaTi03 · y(LiQ.5SmQ.5)Ti03 +awt%CeO,其中：0·3<χ<0·5，0· 7< y<0.5, 0·1< a<0.5;其中 x、y為摩爾比添加、 a以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加。
[0005] 所述（Lio. 5Sm〇. 5) Ti〇3由分析純?nèi)趸?、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦?(LiQ.5Sm().5)Ti0 3化學(xué)式配料混合。
[0006] -種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行： 1) 先將分析純?nèi)趸煛⒎治黾兲妓徜?、分析純二氧化鈦按aiQ.5SmQ. 5)Ti03化學(xué)式 配料混合，加入氧化锫球和去離子水球磨，混合球磨3~8小時(shí)，烘干后過(guò)30~60目篩，在箱式 爐中1050°01100°C預(yù)燒2~5小時(shí)，合成主成分(Li Q.5SmQ.5)Ti03; 2) 將合成的主成分（LiQ.5SmQ.5)Ti0 3和CaTi03及CeO原料按xCaTi03 · y(LiQ.5SmQ.5)Ti03 +awt% CeO，加入氧化锫球和去離子水混合球磨3~8小時(shí)，烘干，加入粘合劑造粒。
[0007] 所述球磨在聚氨酯球磨罐中進(jìn)行。
[0008] 所述1)步驟中：所述(LiQ.5Sm().5)Ti0 3:去離子水:锫球按重量比為1:1.5: 2~4.5的 比例進(jìn)行混合。
[0009] 所述粘合劑為12wt%聚乙稀醇。
[0010] 所述2)步驟后，在80~120Mpa壓力下壓制成直徑12~18mm，厚度5~10mm的圓薄片， 在1250°01350°C，燒結(jié)3~5小時(shí)成品。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：l)CaTi03-(LiQ. 5Sm().5)Ti03系材料預(yù)燒、燒結(jié)溫度適中，1300°C就 使其致密化，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本;2)原材料價(jià)格便宜，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化 批量大生產(chǎn);3)介電常數(shù)在一定范圍可調(diào)(Er:90~Er: 130)，特別適合介質(zhì)天線使用。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明選用預(yù)燒合成（Lio.5Sm().5)Ti0 3和CaTi03后，通過(guò)調(diào)整（Lio.5Sm().5)Ti0 3和 CaTi03添加比例來(lái)調(diào)節(jié)介電常數(shù)Er:90~Er: 130、同時(shí)微量添加 CeO達(dá)到調(diào)節(jié)溫度系數(shù)τ?·， 提供一種介電常數(shù)112.5,介電常數(shù)和頻率溫度系數(shù)if可調(diào)同時(shí)材料制備工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備 和車間環(huán)境無(wú)特殊要求，便于批量生產(chǎn)及應(yīng)用推廣。
[0013] -種高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷技術(shù)方案是以（LiQ.5SmQ.5)Ti0 3、CaTi03為成主分， CeO微量添加，CeO添加量調(diào)節(jié)微波介質(zhì)陶瓷溫度系數(shù)Tf〇 一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其原料組成為 叉〇已11〇3.7(1^〇.53111〇.5)11〇3+已界七％〇6〇，其中：0.3<叉<0.5，0.7<7<0.5，0.1< a<0.5 (x、y為摩爾比添加、a以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加）。
[0014] 上述組成的優(yōu)化方案為：一種低介電常數(shù)低損耗微波介質(zhì)陶瓷，其優(yōu)化原料組成 為：（0.21CaTi03 · 0.79(Li〇.5Sm〇.5)Ti03+0.10wt% CeO)。
[0015] -種高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備工藝，包括以下步驟： (1) 先將分析純?nèi)趸?、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦?LiQ.5Sm().5)Ti0 3化學(xué)式 配料混合，在1050°C預(yù)燒3h，合成主成分(Li〇.5Sm().5)Ti0 3.; (2) 將合成的主成分(Lio.5Sm().5)Ti03和CaTi0 3及CeO原料按xCaTi03 · y(Lio.5Sm().5)Ti03 +awt%Ce0,0.3<x<0.5, 0· 7< y<0.5, 0·1< a<0.5 (x、y為摩爾比添加、a以質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)添加），混合造粒后得到用于制備高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的粉料，將粉料壓制成直 徑15mm、厚度6.5~7.5mm的圓薄片，在1250 °01350 °C燒結(jié)，保溫4小時(shí)。
[0016] 采用上述配方及制備方法組成的本發(fā)明，可得到Er=112.5，Q*f〇>3000，諧振頻率 系數(shù)Tf〈=10的微波介質(zhì)陶瓷，性能指標(biāo)可滿足微波介質(zhì)陶瓷材料要求。
[0017] 本發(fā)明將參照下述的實(shí)施進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明： 首先，先將分析純?nèi)趸?、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按aiQ.5SmQ. 5)Ti03化學(xué) 式配料混合，置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨(料:去離子水:锫球重量比 為1:1.5 : 2~4.5 )，在QM-BP行星球磨機(jī)中混合球磨5小時(shí)，烘干后過(guò)40目篩，在箱式爐中 1050°01100°C預(yù)燒 3小時(shí)，合成主成分(Li〇.5Sm().5)Ti03。
[0018] 將合成的主成分（Lio.5Sm().5)Ti03和CaTi0 3及CeO原料按xCaTi03 · y(LiQ.5Sm0.5) Ti03 +awt% CeO,置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水混合球磨5小時(shí)，烘干，加 入12￥丨%聚乙稀醇（？\^\)粘合劑造粒，在1001^^壓力下壓制成直徑151111]1，厚度7.〇1111]1的圓薄 片，在1250 °01350 °C。燒結(jié)4小時(shí)。
[0019] 為了測(cè)量樣品的介電性能，首先將圓柱狀陶瓷樣品在1200目金鋼砂紙上打磨，然 后將其用超聲波在酒精中清洗。采用Ailment E5071B網(wǎng)絡(luò)分析儀，根據(jù)空腔法用微波頻率 的橫向電場(chǎng)(TEon模)分析樣品的介電性能，測(cè)試頻率在3~4GHz。通過(guò)測(cè)量介質(zhì)諧振器的諧 振頻率隨溫度的變化率得到樣品的諧振頻率溫度系數(shù)，測(cè)量的溫度范圍為-40°C~85°C。 CeO添加調(diào)節(jié)微波介質(zhì)陶瓷溫度系數(shù)Tf，在1250°C~1350°C燒結(jié)范圍內(nèi)得到的燒結(jié)結(jié)構(gòu)致 密，氣孔少的微波介質(zhì)陶瓷。
[0020] 表1-11可見(jiàn)，隨著X增大，陶瓷樣品的Er增大、品質(zhì)因數(shù)Q*f〇值升高，Tf向正溫 度系數(shù)方向移動(dòng)。X的添加量可以調(diào)節(jié)材料的if和Er，可以在if值允許范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)if和Er。 CeO的添加降低介質(zhì)陶瓷溫度系數(shù)訂正溫度特性。
[0021] 在本實(shí)施各項(xiàng)性能最佳成分中（xCaTi03 · y(Lio.5Sm().5)Ti03 +awt% Ce0)，x=0.21， y=0.79，a=0.10，的組分點(diǎn)在1300°C燒結(jié)具有最佳的微波介電性能：Er=l 12.5，Q*f〇= 3426GHz，Tf=-3.1PPm。
[0022] 表 1-11
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，其原料組成為： xCaTi〇3.y(Li〇.5Sm〇.5)Ti03+awt%CeO,其中：0·3<χ<0·5，0· 7< y<0.5，0.1< a <0.5;其中x、y為摩爾比添加、a以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所 述(1^0.53111().5)11〇3由分析純?nèi)趸煛⒎治黾兲妓徜?、分析純二氧化鈦?1^().531]1().5)11〇3 化學(xué)式配料混合。3. -種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，按照以下步 驟進(jìn)行： 1) 先將分析純?nèi)趸?、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按aiQ.5SmQ. 5)Ti03化學(xué)式配 料混合，加入氧化锫球和去離子水球磨，混合球磨3~8小時(shí)，烘干后過(guò)30~60目篩，在箱式爐 中1050°01100°C預(yù)燒2~5小時(shí)，合成主成分(Li〇. 5Sm().5)Ti03; 2) 將合成的主成分(Lio.5Sm().5)Ti03和CaTi0 3及CeO原料按xCaTi03 · y(Lio.5Sm().5)Ti03 + awt% CeO，加入氧化锫球和去離子水混合球磨3~8小時(shí)，烘干，加入粘合劑造粒。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述球磨在聚氨酯球磨罐中進(jìn)行。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述1)步驟中：所述(1^〇. 53!11().5)1103:去離子水:锫球按重量比為1 :1.5:2~4.5的 比例進(jìn)行混合。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述粘合劑為12wt%聚乙稀醇。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述2)步驟后，在80~120Mpa壓力下壓制成直徑12~18mm，厚度5~10mm的圓薄片， 在1250°01350°C，燒結(jié)3~5小時(shí)成品。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種介電常數(shù)可調(diào)高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。其原料組成為xCaTiO3·y(Li0.5Sm0.5)TiO3+awt%CeO，其中：0.3≤x≤0.5,0.7≤y≤0.5,0.1≤a≤0.5；其中x、y為摩爾比添加、a以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加。本發(fā)明提供一種介電常數(shù)為112.5，同時(shí)具有介電常數(shù)在一定范圍可調(diào)（Er:90~Er:130）微波介質(zhì)陶瓷配方及其制備方法，以CaTiO3-(Li0.5Sm0.5)TiO3體系為研究對(duì)象，采用CeO為調(diào)節(jié)微波介質(zhì)陶瓷溫度系數(shù)，綜合調(diào)控材料的微波介電性能。
【IPC分類】C04B35/462, C04B35/622, C04B35/626
【公開(kāi)號(hào)】CN105601269
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610017461
【發(fā)明人】嚴(yán)盛喜, 張益勇, 李永祥, 潘錦, 劉志甫
【申請(qǐng)人】江蘇江佳電子股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日