CaSiO的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及用于制造微波頻率使用的陶瓷基板、諧振 器與濾波器等微波元器件的介電陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF和甜F頻段)電路中作為介質(zhì)材料 并完成一種或多種功能的陶瓷，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片和介質(zhì) 導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動(dòng)電話、汽車電話、無 繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達(dá)等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型 化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。
[0003] 應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足如下介電特性的要求；（1)系列化介電常數(shù) ￡ 適應(yīng)不同頻率及不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求；（2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或低的介電損耗tan 5 W降低噪音，一般要求3000 GHz; (3)諧振頻率的溫度系數(shù)T/盡可能小W保證器件 具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求-10 ppm /°C《 T/《+l〇 ppm/°C。國際上從20世紀(jì)30年 代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)，并制備出Ti化微波介質(zhì)濾波器，但其諧振 頻率溫度系數(shù)T/太大而無法實(shí)用化。上世紀(jì)70年代W來，開始了大規(guī)模的對(duì)介質(zhì)陶瓷材 料的開發(fā)工作，根據(jù)相對(duì)介電常數(shù)的大小與使用頻段的不同，通?？蓪⒁驯婚_發(fā)和正 在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為4類。
[0004] (1)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，主要代表是Al2〇3-Ti〇2、YsBaCuOs、MgAl2〇4和 Mg2Si〇4等，其e r《20,品質(zhì)因數(shù)QXf> 50000細(xì)z，T聲1〇卵m/。C。主要用于微波基 板W及高端微波元器件。
[000引 （2 )低e r和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta 205, BaO-化0-Ta205或 Ba0-Mg0-Nb205，Ba0-&i0-Nb205系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其e t=20~35， Q=(l~2) X 104(在f > 10細(xì)Z下），T 0。主要應(yīng)用于f > 8細(xì)Z的衛(wèi)星直播等微波 通信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
[000引 （3)中等e,和Q值的微波介電陶瓷，主要是WBaTi409、Ba2Ti化。和（Zr、Sn)Ti04 等為基的MWDC材料，其e r= 35~45, Q= (6~9) X10 3 (在f=3~一4細(xì)Z下)，5 ppm/° C。主要用于4~8 GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器 件。
[0007] (4)高e,而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8~4GHz頻率范圍內(nèi)民用移 動(dòng)通訊系統(tǒng)，該也是微波介電陶瓷研究的重點(diǎn)。80年代W來，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并 研究了類巧鐵礦鶴青銅型BaO -山2〇3 - Ti化系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡稱BLT系）、 復(fù)合巧鐵礦結(jié)構(gòu)化0- Li2〇-山2〇3- Ti化系列、鉛基系列材料、Ca i_,Ln2,/3Ti〇3系等高e r微 波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO -刷2〇3 - Ti〇2材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列（Pb，化） Zr〇3介電常數(shù)達(dá)到105。
[0008] W上該些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300。C，不能直接與Ag和化等低 烙點(diǎn)金屬共燒形成多層陶瓷電容器。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)化ow Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國內(nèi)外的研究人員對(duì)一 些低燒體系材料進(jìn)行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復(fù)合材料體 系，因低烙點(diǎn)玻璃相具有相對(duì)較高的介質(zhì)損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗。 因此研制無玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。
[0009] 在探索與開發(fā)新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中，固有燒結(jié)溫度低的Li基 化合物、Bi基化合物、鶴酸鹽體系化合物和蹄酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關(guān)注 與研究，但是由于微波介電陶瓷的H個(gè)性能指標(biāo)（e,與Q-f和X P之間是相互制約的關(guān) 系(見文獻(xiàn)；微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能間的制約關(guān)系，朱建華，梁飛，汪小紅，呂文中，電 子元件與材料，2005年3月第3期)，滿足H個(gè)性能要求且可低溫?zé)Y(jié)的單相微波介質(zhì)陶 瓷非常少，主要是它們的諧振頻率溫度系數(shù)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實(shí)際應(yīng)用要 求。目前對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的研究大部分是通過大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，卻沒有完整的 理論來闡述微觀結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)系，因此，在理論上還無法從化合物的組成與結(jié)構(gòu)上 預(yù)測(cè)其諧振頻率溫度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)等微波介電性能，該在很大程度上限制了低溫共燒技 術(shù)及微波多層器件的發(fā)展。探索與開發(fā)既能低溫?zé)Y(jié)同時(shí)具有近零諧振頻率溫度系數(shù)（-10 ppm /°C《 T/《+l〇 ppm/tO與較高品質(zhì)因數(shù)的微波介電陶瓷是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直渴 望解決但始終難W獲得成功的難題。
[0010] 我們對(duì)組成Li2&iSi〇4、LiaM拆i〇4、Li2CaSi〇4和Li 2SrSi〇4的系列娃酸鹽化合物進(jìn) 行了介電性能的研究，發(fā)現(xiàn)它們的燒結(jié)溫度低于1100。但Li2ZnSi〇4和Li 2M拆i〇4為離子 導(dǎo)體，在微波頻段介電損耗太大而找不到諧振峰；Li2SrSi〇4陶瓷的諧振頻率溫度系數(shù)X / 偏大(為+39 ppm/tO而無法作為可實(shí)用化的微波介質(zhì)陶瓷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的熱穩(wěn)定性與低損耗，同時(shí)可低溫?zé)Y(jié)的超低 介電常數(shù)微波介電陶瓷材料及其制備方法。
[001引本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學(xué)組成為Li2化Si04。
[0013] 本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為： (1)將純度為99. 9% (重量百分比）W上的Li2C〇3、CaO和Si化的原始粉末按Li 2化Si〇4 的組成稱量配料。
[0014] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸觸水，烘干后在loocrc 大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[0015] (3)在步驟（2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在 1050~109(TC大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚己帰醇溶液，聚 己帰醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)；Li2CaSi04陶瓷燒結(jié)溫度低，原料成本低；介電常數(shù)達(dá)到 11. 1~11.8,其諧振頻率的溫度系數(shù)X/小，溫度穩(wěn)定性好；品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá) 145000-167000GHZ，可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足 低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的技術(shù)需要。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 實(shí)施例： 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個(gè)具體實(shí)施例及其微波介電性能。其制備 方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評(píng)價(jià)。
[0018] 本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足移 動(dòng)通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
[0019] 表 1 :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種硅酸鹽作為溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷的應(yīng)用，其特征在于所述硅 酸鹽的化學(xué)組成為：Li2CaSiO4; 所述硅酸鹽的制備方法具體步驟為： (1) 將純度為99. 9% (重量百分比）以上的Li2C03、CaO和5102的原始粉末按硅酸鹽的 組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在KKKTC大氣 氣氛中預(yù)燒6小時(shí)； (3) 在步驟（2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1050~1090°C 大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加 量占粉末總質(zhì)量的3%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)硅酸鹽微波介電陶瓷Li2CaSiO4及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、CaO和SiO2的原始粉末按Li2CaSiO4的組成稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在1000℃大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)；（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1050~1090℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添加量占粉末總質(zhì)量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷在1050~1090℃燒結(jié)良好，介電常數(shù)達(dá)到11.1～11.8，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)145000-167000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-16
【公開號(hào)】CN104649658
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510066150
【發(fā)明人】方亮, 王丹, 蘇和平
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日