微波陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法
【專利摘要】一種微波陶瓷介質(zhì)材料，包括主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑，主晶相的結(jié)構(gòu)式為：xRTiO3-(1-x)LnAlO3，其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，0.55≤x≤0.65；改性添加劑為MnO2、Nb2O5與MgO的混合物或MnO2、Nb2O5、MgO與Y2O3的混合物；燒結(jié)助熔劑為SiO2、ZnO、Li2O與BaO的混合物或SiO2、ZnO、Li2O、K2O與BaO的混合物。上述微波陶瓷介質(zhì)材料，主晶相顆粒均勻、細晶化，使得上述微波陶瓷介質(zhì)材料能在1100～1250℃燒結(jié)，節(jié)約生產(chǎn)成本的同時仍能保持較高的Qf值，為35000～45000GHz，介電常數(shù)K值、τf在一定范圍連續(xù)可調(diào)（K值：35～48，τf：0±20ppm/℃）。本發(fā)明還提供一種微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法。
【專利說明】微波陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及介質(zhì)陶瓷領(lǐng)域，特別是涉及一種微波陶瓷介質(zhì)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波陶瓷是微波器件的核心材料。最近十幾年來，由于微波技術(shù)設(shè)備向小型化與集成化，尤其是向民用產(chǎn)品的大產(chǎn)量、低價格化方向的快速發(fā)展，加上電子陶瓷在最近三十年來的長足進步，使得微波陶瓷的研究與實用化迅速發(fā)展，目前已開發(fā)出了一大批適用于各種微波頻段的微波陶瓷介質(zhì)材料。應(yīng)用于微波電路的介質(zhì)陶瓷，在滿足介電常數(shù)K和諧振頻率溫度系數(shù)Tf要求的前提下，要求材料具有更高的品質(zhì)因數(shù)Q以提高信噪比。近年來，隨著移動通訊、衛(wèi)星通訊特別是數(shù)字衛(wèi)星電視的迅速發(fā)展，人們對廣泛應(yīng)用于移動通信基站、數(shù)字電視接收系統(tǒng)以及軍用雷達等領(lǐng)域的具有中等介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷的研究越來越多。MTiO3-LnAlO3 (M: Sr、Ca; Ln: La、Nd、Sm)體系材料是研究得較多的一種。但是傳統(tǒng)的微波陶瓷介質(zhì)材料在具有較高Qf值時，燒結(jié)溫度都較高，為1300~1500°C，這在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要針對傳統(tǒng)的微波陶瓷介質(zhì)材料在具有較高Qf值時燒結(jié)溫度高的問題，提供一種具有較高Qf值且可中溫燒結(jié)的微波陶瓷介質(zhì)材料。
[0004]進一步提供一種微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法。
[0005]一種微波陶瓷介質(zhì)材料，包括主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑，所述主晶相的結(jié)構(gòu)式為=XRTiO3-(1-x) LnAlO3，其中，R 為 Ca 或 Sr, Ln 為 La 或 Sm, 0.55 ≤ x ≤ 0.65 ;所述改性添加劑為Mn02、Nb2O5與MgO的混合物或MnO2、Nb2O5、MgO與Y2O3的混合物；所述燒結(jié)助熔劑為Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li20、K2O與BaO的混合物。
[0006]在其中一個實施例中，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述主晶相的摩爾百分含量為92~97%，所述改性添加劑的摩爾百分含量為0.5~4.5%，所述燒結(jié)助熔劑的摩爾百分含量為1.5~5.4%。
[0007]在其中一個實施例中，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述MnO2的摩爾百分含量為0.2~1.5%，所述Nb2O5的摩爾百分含量為0.2~1%，所述MgO的摩爾百分含量為0.1~1%，所述Y2O3的摩爾百分含量為O~1%。
[0008]在其中一個實施例中，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述SiO2的摩爾百分含量為0.3~1.5%，所述ZnO的摩爾百分含量為0.5~1.5%，所述Li2O的摩爾百分含量為0.2~0.8%，所述K2O的摩爾百分含量為O~0.6%，所述BaO的摩爾百分含量為0.5~1%。
[0009]上述微波陶瓷介質(zhì)材料，主晶相顆粒均勻、細晶化，改性添加劑采用Mn02、Nb2O5與MgO的混合物或Mn02、Nb2O5, MgO與Y2O3的混合物，燒結(jié)助熔劑采用Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li2O, K2O與BaO的混合物，使得上述微波陶瓷介質(zhì)材料能在1100~1250°C燒結(jié)，節(jié)約生產(chǎn)成本的同時仍能保持較高的Qf值，為35000~45000GHz。[0010]一種微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011]提供主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑，所述主晶相的結(jié)構(gòu)式為XRTiO3-(1-X)LnAlO3，其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm, 0.55≤x≤0.65，所述改性添加劑為MnO2^Nb2O5與MgO的混合物或Mn02、Nb2O5, MgO與Y2O3的混合物，所述燒結(jié)助熔劑為Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li2O, K2O與BaO的混合物；
[0012]將所述主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑混合，加入去離子水，研磨10~20小時得到混合物 '及
[0013]向所述混合物中加入聚乙烯醇造粒，在1100~1250°C燒結(jié)3~5小時除去聚乙烯醇，得到所述微波陶瓷介質(zhì)材料。
[0014]在其中一個實施例中，所述主晶相由以下步驟制備:
[0015]按結(jié)構(gòu)式XRTiO3-(1-X) LnAlO3的化學計量比稱取RCO3、Ln2O3JiO2及Al2O3得到原料，其中，R 為 Ca 或 Sr，Ln 為 La 或 Sm，0.55 ^ x ^ 0.65 ；
[0016]向所述原料中加入去離子水，研磨10~20小時，烘干得到干燥粉體；
[0017]將所述干燥粉體加熱至1050~1150°C，保溫2.5~5小時，降溫至室溫，得到所述主晶相，所述主晶相的結(jié)構(gòu)式為XRTiO3-(1-X)LnAlO3，其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，0.55 ^ X ^ 0.65。
[0018]在其中一個實施例中，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述主晶相的摩爾百分含量為92~97%，所述改性添加劑的摩爾百分含量為0.5~4.5%，所述燒結(jié)助熔劑的摩爾百分含量為1.5~5.4%ο
[0019]在其中一個實施例中，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述MnO2的摩爾百分含量為0.2~1.5%，所述Nb2O5的摩爾百分含量為0.2~1%，所述MgO的摩爾百分含量為0.1~1%，所述Y2O3的摩爾百分含量為O~1%。
[0020]在其中一個實施例中，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述SiO2的摩爾百分含量為0.3~1.5%，所述ZnO的摩爾百分含量為0.5~1.5%，所述Li2O的摩爾百分含量為0.2~0.8%，所述K2O的摩爾百分含量為O~0.6%，所述BaO的摩爾百分含量為0.5~1%。
[0021]在其中一個實施例中，將所述干燥粉體加熱至1050~1150°C的步驟中，所述加熱速率為 3.5 ~6.40C /min。
[0022]上述微波介質(zhì)陶瓷的制備方法簡單，可在1100~1250°C燒結(jié)，且符合環(huán)保要求，無毒、對環(huán)境無污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一實施方式的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0025]一種微波陶瓷介質(zhì)材料，包括主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑。主晶相的結(jié)構(gòu)式為:xRTi03-(1-x) LnAlO3，其中，R 為 Ca 或 Sr, Ln 為 La 或 Sm, 0.55 ≤ x ≤ 0.65。改性添加劑為Mn02、Nb2O5與MgO的混合物或Mn02、Nb2O5, MgO與Y2O3的混合物。燒結(jié)助熔劑為Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li2O, K2O與BaO的混合物。
[0026]上述主晶相穩(wěn)定、活性高，顆粒均勻且細晶化，能節(jié)約能源。改性添加劑和燒結(jié)助熔劑采用環(huán)保材料，無毒、無污染。
[0027]優(yōu)選的，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，主晶相的摩爾百分含量為92~97%。改性添加劑的摩爾百分含量為0.5~4.5%。燒結(jié)助熔劑的摩爾百分含量為1.5~5.4%。
[0028]優(yōu)選的，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，MnO2的摩爾百分含量為0.2~1.5%。Nb2O5的摩爾百分含量為0.2~1%。MgO的摩爾百分含量為0.1~1%。Y2O3的摩爾百分含量為
O ~1%。
[0029]優(yōu)選的，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，SiO2的摩爾百分含量為0.3~1.5%。ZnO的摩爾百分含量為0.5~1.5%。Li2O的摩爾百分含量為0.2~0.8%。K2O的摩爾百分含量為O~0.6%。BaO的摩爾百分含量為0.5~1%。
[0030]上述微波陶瓷介質(zhì)材料燒結(jié)瓷體晶粒生長均勻、致密、無雜質(zhì)且少缺陷，主晶相顆粒均勻、細晶化，改性添加劑采用Mn02、Nb205與MgO的混合物或MnO2、Nb2O5、MgO與Y2O3的混合物，燒結(jié)助熔劑采用Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li20、K20與BaO的混合物，使得上述微波陶瓷介質(zhì)材料能在1100~1250°C燒結(jié)，節(jié)約成本，同時仍能保持較高的Qf值，為35000~45000GHz。且介電常數(shù)K值、τ f在一定范圍連續(xù)可調(diào)(K值:35~48，τ f:-20~20ppm/°C)。上述微波陶瓷介質(zhì)材料用于制造的元件，性能穩(wěn)定。
[0031]另外，上述微波陶瓷介質(zhì)材料，具有環(huán)保、材料分散性高、成型工藝好等特點。
[0032]請參閱圖1，一實 施 方式的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0033]S110、按結(jié)構(gòu)式 XRTiO3-(1-X)LnAlO3 的化學計量比稱取 RC03、Ln203、TiO2 及 Al2O3得到原料，其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm, 0.55≤x≤0.65。
[0034]將RCO3, Ln2O3, TiO2 及 Al2O3 混合，RCO3, Ln2O3, TiO2 及 Al2O3 之間的摩爾關(guān)系滿足結(jié)構(gòu)式 xRTi03-(l-x)LnA103，R 為 Ca 或 Sr，Ln 為 La 或 Sm, 0.55 ≤ x ≤ 0.65。
[0035]S120、向所述原料中加入去離子水，研磨10~20小時，烘干得到干燥粉體。
[0036]在本實施方式中，研磨采用氧化鋯球做研磨介質(zhì)。氧化鋯球具有光滑工作球面，特別適合立式攪拌磨、臥式攪拌磨、振動磨和各種高線速的棒銷式砂磨機等。
[0037]在本實施方式中，所述烘干采用面包爐或噴霧塔烘干。
[0038]S130、將所述干燥粉體加熱至1050~1150°C，保溫2.5~5小時，降溫至室溫，得到所述主晶相。
[0039]其中，主晶相的結(jié)構(gòu)式為XRTiO3-(1-X) LnAlO3, R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，
0.55 ^ X ^ 0.65。
[0040]在本實施方式中，將所述干燥粉體加熱至1050~1150°C的步驟中，加熱速率為3.5~6.4°C/min。升溫及保溫過程在微波燒結(jié)窯或高溫隧道長爐中進行。室溫為O~40。。。
[0041]步驟SllO~步驟S130的主晶相的制備方法為快速預(yù)燒固相法工藝，與傳統(tǒng)固相法工藝相比，快速預(yù)燒過程時間縮短了三分之一以上，且獲得的主晶相顆粒均勻、細晶化、穩(wěn)定且具有高活性，節(jié)約了能源。[0042]可以理解，主晶相的制備方法不限于步驟SllO~步驟S130，其他制備方法均可，只要最后獲得上述主晶相即可。
[0043]S140、將所述主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑混合，加入去離子水，研磨10~20小時得到混合物。
[0044]其中，改性添加劑為Mn02、Nb2O5與MgO的混合物或Mn02、Nb2O5, MgO與Y2O3的混合物。
[0045]燒結(jié)助熔劑為Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li2O, K2O與BaO的混合物。
[0046]優(yōu)選的，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述主晶相的摩爾百分含量為92~97%，所述改性添加劑的摩爾百分含量為0.5~4.5%，所述燒結(jié)助熔劑的摩爾百分含量為1.5~
5.4%。
[0047]優(yōu)選的，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，MnO2的摩爾百分含量為0.2~1.5%, Nb2O5的摩爾百分含量為0.2~1%, MgO的摩爾百分含量為0.1~1%, Y2O3的摩爾百分含量為O~1%。
[0048]可以理解， 當Y2O3在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中的摩爾百分含量為O時，改性添加劑為MnO2、Nb2O5與MgO的混合物。
[0049]優(yōu)選的，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，SiO2的摩爾百分含量為0.3~1.5%，所述ZnO的摩爾百分含量為0.5~1.5%，所述Li2O的摩爾百分含量為0.2~0.8%，所述K2O的摩爾百分含量為O~0.6%,所述BaO的摩爾百分含量為0.5~1%。
[0050]可以理解，當K2O在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中的摩爾百分含量為O時，燒結(jié)助熔劑為SiO2、ZnO、Li2O與BaO的混合物。
[0051]改性添加劑和燒結(jié)助熔劑采用環(huán)保材料、無毒、無污染。
[0052]S150、向所述混合物中加入聚乙烯醇造粒，在1100~1250°C燒結(jié)3~5小時除去聚乙烯醇，得到所述微波陶瓷介質(zhì)材料。
[0053]在本實施方式中，聚乙烯醇為粘結(jié)劑。
[0054]需要說明的是，如果直接提供了主晶相，則步驟SllO~步驟S130可以省略。
[0055]上述微波介質(zhì)陶瓷的制備方法簡單，可在1100~1250°C燒結(jié)，且符合環(huán)保要求，無毒、對環(huán)境無污染。
[0056]表1為一實施方式制備的微波介質(zhì)陶瓷材料及其編號。
[0057]表1
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種微波陶瓷介質(zhì)材料，包括主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑，其特征在于，所述主晶相的結(jié)構(gòu)式為=XRTiO3-(1-X)LnAlO3,其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，0.55 ^ X ^ 0.65 ;所述改性添加劑為Mn02、Nb205與MgO的混合物或MnO2、Nb2O5、MgO與Y2O3的混合物；所述燒結(jié)助熔劑為Si02、Zn0、Li20與BaO的混合物或Si02、ZnO、Li20、K2O與BaO的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的微波陶瓷介質(zhì)材料，其特征在于，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述主晶相的摩爾百分含量為92~97%，所述改性添加劑的摩爾百分含量為0.5~4.5%，所述燒結(jié)助熔劑的摩爾百分含量為1.5~5.4%。
3.如權(quán)利要求1所述的微波陶瓷介質(zhì)材料，其特征在于，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述MnO2的摩爾百分含量為0.2~1.5%，所述Nb2O5的摩爾百分含量為0.2~1%，所述MgO的摩爾百分含量為0.1~1%,所述Y2O3的摩爾百分含量為O~1%。
4.如權(quán)利要求1所述的微波陶瓷介質(zhì)材料，其特征在于，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述SiO2的摩爾百分含量為0.3~1.5%，所述ZnO的摩爾百分含量為0.5~1.5%，所述Li2O的摩爾百分含量為0.2~0.8%，所述K2O的摩爾百分含量為O~0.6%，所述BaO的摩爾百分含量為0.5~1%。
5.一種微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助溶劑，所述主晶相的結(jié)構(gòu)式為XRTiO3-(1-X)LnAlO3,其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，0.55≤X≤0.65，所述改性添加劑為MnO2、Nb2O5與MgO的混合物或Mn02、Nb2O5, MgO與Y2O3的混合物，所述燒結(jié)助熔劑為Si02、ZnO、Li2O與BaO的混合物或SiO2、ZnO、Li2O, K2O與BaO的混合物； 將所述主晶相、改性添加劑及燒結(jié)助熔劑混合，加入去離子水，研磨10~20小時得到混合物；及 向所述混合物中加入聚乙烯醇造粒，在1100~1250°C燒結(jié)3~5小時除去聚乙烯醇，得到所述微波陶瓷介質(zhì)材料。
6.如權(quán)利要求5所述的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述主晶相由以下步驟制備: 按結(jié)構(gòu)式XRTiO3-(1-X)LnAlO3的化學計量比稱取RC03、Ln203、TiO2及Al2O3得到原料，其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，0.55≤x≤0.65 ; 向所述原料中加入去離子水，研磨10~20小時，烘干得到干燥粉體； 將所述干燥粉體加熱至1050~1150°C，保溫2.5~5小時，降溫至室溫，得到所述主晶相，所述主晶相的結(jié)構(gòu)式為XRTiO3-(1-x)LnAlO3，其中，R為Ca或Sr，Ln為La或Sm，0.55 ^ X ^ 0.65。
7.如權(quán)利要求5所述的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述主晶相的摩爾百分含量為92~97%，所述改性添加劑的摩爾百分含量為0.5~4.5%，所述燒結(jié)助熔劑的摩爾百分含量為1.5~5.4%。
8.如權(quán)利要求5所述的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述MnO2的摩爾百分含量為0.2~1.5%，所述Nb2O5的摩爾百分含量為0.2~1%，所述MgO的摩爾百分含量為0.1~1%，所述Y2O3的摩爾百分含量為O~1%。
9.如權(quán)利要求5所述的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，在所述微波陶瓷介質(zhì)材料中，所述SiO2的摩爾百分含量為0.3~1.5%，所述ZnO的摩爾百分含量為0.5~`1.5%，所述Li2O的摩爾百分含量為0.2~0.8%，所述K2O的摩爾百分含量為O~0.6%，所述BaO的摩爾百分含量為0.5~1%。
10.如權(quán)利要求6所述的微波陶瓷介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，將所述干燥粉體加熱至1050~1150°C的步驟中，所述`加熱速率為3.5~6.4°C /min。
【文檔編號】C04B35/622GK103626488SQ201310634436
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】莫方策, 宋永生, 唐浩, 李娟 , 王孝國, 余健志, 張火光 申請人:廣東風華高新科技股份有限公司