一種低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波介電陶瓷材料，特別涉及一種低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶 瓷及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，微波通訊技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，頻率高端化、小型化、集成化、高品質(zhì)化 和低成本化已經(jīng)成為了微波器件發(fā)展的必然趨勢。其中，介電隔離、遠距離電磁波傳輸和 毫米波、亞毫米波回路集成化的介質(zhì)波導(dǎo)線路則對介電陶瓷提出了介電常數(shù)較低且可系列 化、品質(zhì)因數(shù)高以獲得優(yōu)良的選頻特性、諧振頻率溫度系數(shù)低等要求。
[0003]同時為了進一步滿足微波通訊系統(tǒng)對器件提出的小型化、模塊低成本化、高集成 度、高可靠性和高性能的需求，可使用一種基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的片式多層微波器件來 有效地減小微波元器件的體積。然而，要實現(xiàn)微波器件的低溫共燒應(yīng)用和片式化，就需要微 波介質(zhì)材料能與高電導(dǎo)率的電極Pt、Pd、Au、Ag、Cu等共燒且燒結(jié)收縮互相匹配。從經(jīng)濟低 成本的角度考慮，熔點較低并且具備高熱傳導(dǎo)系數(shù)，低熱膨脹系數(shù)的Ag、Cu等作為電極材 料最為理想。因此一般要求微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度較低，而且不能和電極材料發(fā)生反應(yīng)。 然而目前使用的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料的燒結(jié)溫度普遍偏高，不能滿足要求。因此， 能夠低溫?zé)Y(jié)且與電極材料化學(xué)兼容性好的微波介質(zhì)陶瓷將是今后發(fā)展的重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種介電常數(shù)聚陰 離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，制備工藝簡單。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷，具有低介電 常數(shù)，高品質(zhì)因數(shù)，諧振頻率溫度系數(shù)較小，且燒結(jié)溫度較低。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
[0008] (1)以Li2C03、聚磷酸銨、MgO、Si02為原料，按Mg2Si04-LiMgP04分子式配料混合， 球磨并烘干后，分別在800°C~1000°C空氣中預(yù)燒3~4小時制得Mg2Si04_LiMgP04陶瓷粉 末；
[0009] (2)將Mg2Si04_LiMgP04、Ti02粉體按分子式 1111%與04-111^1^0411102配料混合，球 磨并烘干后，添加粘結(jié)劑造粒后，模壓成型，在1050~1125°C，大氣氣氛下燒結(jié)2~3小時 制備出致密介質(zhì)陶瓷；
[0010] 其中，35%摩爾< 50%摩爾，35%摩爾<n< 50摩爾，0%摩爾<p< 30%摩 爾。
[0011] 步驟（1)所述的原料為純度為99%以上的原料。
[0012] 步驟⑴所述球磨，具體為：
[0013] 采用行星球磨儀進行濕式球磨，球磨時間為30~120分鐘。
[0014] 步驟⑵所述球磨，具體為：
[0015] 采用行星球磨儀進行濕式球磨，球磨時間為30~120分鐘。
[0016] 步驟（2)所述添加粘結(jié)劑，具體為：
[0017] 添加質(zhì)量為預(yù)燒后的粉料5~10%的粘結(jié)劑；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度5%的聚乙 烯醇溶液。
[0018] 低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷，分子式為mMg2Si04-nLiMgP04-pTi02;其中， 35%摩爾<m< 50%摩爾，35%摩爾<n< 50摩爾，0%摩爾<p< 30%摩爾。
[0019] 當(dāng)P= 0%摩爾，所述低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷為正交鎂橄欖石相；當(dāng) 0%摩爾〈P< 30%摩爾，所述低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷為金紅石相和正交鎂橄 欖石相的混合相。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：
[0021] (1)本發(fā)明的介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷，具有低介電常數(shù)（6~11)，高品 質(zhì)因數(shù)（>18, 000GHz)，較小諧振頻率溫度系數(shù)。
[0022] (2)本發(fā)明的介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷，可在1050~1125°C燒結(jié)，具有 較低的燒結(jié)溫度。
[0023] (3)本發(fā)明制備的低介電常數(shù)微波介電陶瓷與銀電極材料的化學(xué)兼容性好，使用 清潔無污染的常見元素，不含昂貴的稀土元素，原材料價格低廉。
[0024] (4)本發(fā)明使用聚磷酸銨替代常用磷源的（NH4)2HP04材料進行合成，可避免因使 用（NH4)2HP04造成預(yù)燒過程中的結(jié)塊現(xiàn)象，從而免除了繁瑣的磨碎過程和二次預(yù)燒過程，經(jīng) 濟節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的實施例的制備的50Mg2Si04-50LiMgP0^XRD圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明的實施例的制備的35Mg2Si04-35LiMgP04-30Ti0^XRD圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 [00 28] 實施例
[0029] 將分析純的Li2C03、聚磷酸銨、MgO、SiO^Mg2Si04-LiMgP0#子式配料混合，行星 球磨30~120分鐘（溶劑為酒精，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘），烘干后分別在800~1000°C的 空氣氣氛中預(yù)燒3~4小時。預(yù)燒后的粉末為正交鎂橄欖石相，空間群為Pmnb，如圖1所示 (以樣品1為例）。其中，行星球磨是在球磨罐中球磨，其中球磨罐材質(zhì)為聚四氟乙烯，球磨 介質(zhì)為1mm二氧化鋯小球，溶劑為酒精，其中球：粉：酒精=1:1:1. 1。
[0030] 按表1所列摩爾分?jǐn)?shù)之比，制備成份為mMg2Si04-nLiMgP04_pTi02的介質(zhì)陶瓷，式中 m、n、p分別表示Mg2Si04、LiMgP04、Ti02在介質(zhì)陶瓷中的摩爾百分比，各實施例中的m、n、p 取值見表1。按表1所列比例將預(yù)燒后的Mg2Si04_LiMgP04粉料和純度99 %以上金紅石型 Ti02粉料，進行30~120分鐘的行星球磨（溶劑為酒精，其中球：粉：酒精=1:1:1. 1，轉(zhuǎn) 速為300轉(zhuǎn)/分鐘）。將烘干過篩后的粉料，添加粘結(jié)劑并造粒后。通過單軸加壓制成直徑 約10mm，厚度約5mm的圓柱狀生還，最后在1050~1125°C的空氣氣氛中燒結(jié)2~3小時以 制得所需的低介電常數(shù)微波介電陶瓷，上述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液， 使用劑量占粉末總質(zhì)量的10%。燒結(jié)后的陶瓷為金紅石相和正交鎂橄欖石的混合相，如圖 2所示（以樣品7為例）。
[0031]所獲得的微波電介質(zhì)陶瓷，用網(wǎng)絡(luò)分析儀E8363B進行性能測試，方法為圓柱介質(zhì) 諧振腔法，獲得的介電性能如表2。從表2可知，本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷體系在m= 35,n =35,p= 30，1050°C的燒結(jié)溫度下可取得較優(yōu)異的性能，其介電常數(shù)=11.4，品質(zhì)因數(shù)= 31，773GHz，諧振頻率溫度系數(shù)=-3. 9ppm/°C。
[0032]本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷體系介電常數(shù)較低且可系列化、品質(zhì)因數(shù)高、諧振頻率溫 度系數(shù)可調(diào)到近零。本發(fā)明所用原料清潔綠色、不含稀土元素，價格低廉環(huán)境友好。所獲微 波介質(zhì)陶瓷，可應(yīng)用于毫米波通訊系統(tǒng)中的介質(zhì)諧振器、濾波器、震蕩器、介質(zhì)波導(dǎo)、微波陶 瓷基板等微波元器件中。
[0033]表1
[0035]表2
[0037]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 以Li2C03、聚磷酸銨、MgCKSiO2為原料，按Mg2SiO 4-LiMgPO4分子式配料混合，球磨并 烘干后，分別在800°C~1000°C空氣中預(yù)燒3~4小時制得Mg 2SiO4-LiMgPO4陶瓷粉末； (2) 將Mg2SiO4-LiMgPCVTiO2粉體按分子式mMg與0 4-111^1^04-?1102配料混合，球磨并 烘干后，添加粘結(jié)劑造粒后，模壓成型，在1050~1125°C，大氣氣氛下燒結(jié)2~3小時制備 出致密介質(zhì)陶瓷； 其中，35%摩爾< m < 50%摩爾，35%摩爾< n < 50摩爾，0%摩爾< p < 30%摩爾。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在 于，步驟（1)所述的原料為純度為99%以上的原料。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在 于，步驟（1)所述球磨，具體為： 采用行星球磨儀進行濕式球磨，球磨時間為30~120分鐘。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在 于，步驟（2)所述球磨，具體為： 采用行星球磨儀進行濕式球磨，球磨時間為30~120分鐘。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在 于，步驟（2)所述添加粘結(jié)劑，具體為： 添加質(zhì)量為預(yù)燒后的粉料5~10%的粘結(jié)劑；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度5%的聚乙烯醇 溶液。6. 低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，分子式為 mMg2Si04-nLiMgP0 4-pTi02;其中，35 %摩爾彡m彡50 %摩爾，35 %摩爾彡n彡50摩爾，0 %摩 爾<P< 30%摩爾。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，當(dāng)p =〇%摩爾，所述低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷為正交鎂橄欖石相；當(dāng)〇%摩爾 <p < 30%摩爾，所述低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷為金紅石相和正交鎂橄欖石相 的混合相。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低介電常數(shù)聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟：(1)以Li2CO3、聚磷酸銨、MgO、SiO2為原料，按Mg2SiO4-LiMgPO4分子式配料混合，球磨并烘干后，預(yù)燒制得Mg2SiO4-LiMgPO4陶瓷粉末；(2)將Mg2SiO4-LiMgPO4、TiO2粉體按分子式mMg2SiO4-nLiMgPO4-pTiO2配料混合，球磨并烘干后，添加粘結(jié)劑造粒后，模壓成型，燒結(jié)得致密介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明的聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為6～11，品質(zhì)因數(shù)Qf＞18,000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)較小。本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷在與微波通訊領(lǐng)域相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)活動中具有巨大應(yīng)用價值。
【IPC分類】C04B35/16, C04B35/622, C04B35/447
【公開號】CN104973857
【申請?zhí)枴緾N201510469202
【發(fā)明人】胡星, 程子凡, 凌志遠
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年7月31日