一種stla微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料及微波通信領(lǐng)域，具體涉及一種STLA微波介質(zhì)陶瓷材料及其 制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為下一代移動(dòng)通訊技術(shù)，LTE成為通訊運(yùn)營商未來通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必選之路。 GSA預(yù)測2015年底全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)總數(shù)將超過460個(gè)，截至2015年6月，全球LTE用戶 超過7. 76億。截至2015年6月底，中國4G用戶累計(jì)超過2. 34億，國內(nèi)4G用戶滲透率達(dá) 到18. 1 %。2015年二季度，中國4G基站出貨量累計(jì)達(dá)到134萬個(gè)，占比全球4G基站總出 貨量的50. 19%。中國仍是全球規(guī)模最大用戶最多的4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營國家。與此同時(shí)，頻譜資 源緊張、高耗能、高成本等眾多挑戰(zhàn)也使運(yùn)營商面臨著更加嚴(yán)峻的成本壓力。
[0003] 微波介質(zhì)陶瓷是近30年來迅速發(fā)展起來的新型功能電子陶瓷，它具有損耗低、頻 率溫度系數(shù)小、介電常數(shù)高等特點(diǎn)。隨著移動(dòng)通訊的迅猛發(fā)展，特別是第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) (4G)TD-LTE時(shí)代來臨。應(yīng)用于介質(zhì)諧振器、全介質(zhì)濾波器、腔體濾波器、天線等微波元器件 的微波介質(zhì)材料的需求也日益增長。向著小型化、高頻化、低成本和環(huán)境友好的方向發(fā)展， 對(duì)微波介質(zhì)陶瓷提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種STLA微波介 質(zhì)陶瓷材料，該微波介質(zhì)陶瓷材料具有高介電常數(shù)、高Q值、頻率溫度系數(shù)可調(diào)且制備成本 低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足微波器件小型化、高頻化、低成本的發(fā)展要求。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述STLA微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述STLA微波介質(zhì)陶瓷材料的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種STLA微波介質(zhì)陶瓷材料，主要晶體結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，所述的STLA微波介質(zhì) 陶瓷材料的化學(xué)表達(dá)式為aSr0-bTi02-cCa0-d/2Ln203-e/2Al 203，其中Ln為稀土 La、Nd和Sm 中的至少一種，a、b、c、d和e滿足以下條件：
[0009] 〇. 4 ^ a ^ 0. 7 ；
[0010] 0 芻 c 芻 0· 1 ;
[0011] 0. 3 ^ d ^ 0. 7 ；
[0012] 0. 75 ^ a+c/b ^ 1. 25 ；
[0013] 0. 75 ^ d/e ^ 1. 25 ；
[0014] 所述的STLA微波介質(zhì)陶瓷材料還包括改性添加劑；
[0015] 所述的改性添加劑優(yōu)選為La203、Nd20 3、Sm203、Mn02、Ce02、Ca0和BaO中的任意一種、 任意兩種或任意二種；
[0016] 所述的STLA微波介質(zhì)陶瓷材料中，改性添加劑的總含量為0~2. Owt% ;
[0017] 所述的STLA微波介質(zhì)陶瓷材料中，改性添加劑的總含量優(yōu)選為0. 01~2. Owt% ;
[0018] 所述的STLA微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：
[0019] (1)按照上述主晶相結(jié)構(gòu)式的化學(xué)計(jì)量比取碳酸鍶、二氧化鈦、碳酸鈣、稀土氧化 物以及氧化鋁，砂磨使混合均勻；
[0020] (2)將步驟（1)砂磨后的混合物噴霧干燥，然后在1050~1350°C的溫度下進(jìn)行預(yù) 燒；
[0021] (3)將步驟⑵預(yù)燒后的產(chǎn)物粉碎，不添加或添加改性添加劑，再次砂磨使混合均 勻；
[0022] (4)將步驟⑶砂磨后的混合物噴霧造粒，過篩，壓制成型；
[0023] (5)在1500~1750°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，得到STLA微波介質(zhì)陶瓷材料；
[0024] 步驟（1)中所述的稀土氧化物為氧化鑭、氧化釹和氧化釤中的至少一種；
[0025] 步驟⑴中所述的砂磨的條件優(yōu)選為：以去離子水為球磨介質(zhì)，以氧化鋯球?yàn)槟?球，砂磨時(shí)間為0. 5~2小時(shí)；
[0026] 步驟⑵中所述的預(yù)燒的時(shí)間優(yōu)選為2~10小時(shí)；
[0027] 步驟⑵中所述的噴霧干燥的溫度優(yōu)選為100~300 °C ;
[0028] 步驟⑶中所述的砂磨的條件優(yōu)選為：以去離子水為球磨介質(zhì)，以氧化鋯球?yàn)槟?球，砂磨時(shí)間為0. 5~10小時(shí)；
[0029] 步驟⑷中所述的噴霧造粒優(yōu)選操作為：添加1~8wt%的聚乙烯醇水溶液，然后 噴霧干燥；所述的噴霧干燥的溫度優(yōu)選為1〇〇~300°C ;
[0030] 步驟⑷中所述的過篩優(yōu)選為過40~300目篩；
[0031] 步驟（5)中所述的燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為2~15小時(shí)；
[0032] 所述的微波介質(zhì)陶瓷材料在新材料及微波通信領(lǐng)域中的應(yīng)用；
[0033] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0034] (1)采用砂磨和噴霧造粒等方式制備得到的微波介質(zhì)陶瓷材料均勻性更好，性能 更優(yōu)；
[0035] (2)本發(fā)明制備得到的微波介質(zhì)陶瓷材料具有良好的微波介電性能：介電常數(shù)ε =32~48,且在此范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)；品質(zhì)因數(shù)Qf = 14000~75000GHz(諧振頻率f = 3~ 6GHz);頻率溫度系數(shù)τ f = -26~50ppm/°C，且在此范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)；
[0036] (3)本發(fā)明原料價(jià)廉易得，無毒環(huán)保；
[0037] (4)本發(fā)明制備工藝簡單，無需特殊設(shè)備和苛刻工藝條件，可直接用于工業(yè)化生 產(chǎn)。
【附圖說明】
[0038] 圖1是實(shí)施例6制備得到的微波介質(zhì)陶瓷材料的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0040] 實(shí)施例中陶瓷的介電性能在3~6GHz頻率下測得。
[0041] 實(shí)施例1
[0042] (1)按照化學(xué)表達(dá)式為 aSr0-bTi02-cCa0-d/2Ln203-e/2Al 203,稱取碳酸鍶 5. 38kg、 二氧化鈦2. 91kg、碳酸鈣0kg、氧化鑭8. 91kg、氧化鋁2. 79kg，混合得到第一混合料；將第一 混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨2h使混合均勻；
[0043] (2)出料，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥，然后在1150°C的溫度下預(yù)燒5h，升溫 速率為3°C /min，隨爐冷卻，得到第一預(yù)燒料；
[0044] (3)取粉碎后的第一預(yù)燒料16kg、改性添加劑氧化鑭48g，混合得到第一預(yù)燒后混 合料；將第一預(yù)燒后混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨0. 5h 使混合均勻；
[0045] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥后，過 40目篩，得到第一造粒料；然后采用120MPa的成型壓力成型；
[0046] (5)在1720°C的溫度下燒結(jié)5h，得到STLA微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0047] 實(shí)施例2
[0048] (1)按照化學(xué)表達(dá)式為 aSr0-bTi02-cCa0-d/2Ln203-e/2Al 203,稱取碳酸鍶 5. 23kg、 二氧化鈦2. 87kg、碳酸鈣0. 05kg、氧化鑭9. 09kg、氧化鋁2. 75kg，混合得到第一混合料；將 第一混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨lh使混合均勻；
[0049] (2)出料，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥，然后在1300°C的溫度下預(yù)燒5h，升溫 速率為3°C /min，隨爐冷卻，得到第二預(yù)燒料；
[0050] (3)取粉碎后的第二預(yù)燒料16kg、改性添加劑氧化釹48g和氧化釤48g，混合得到 第二預(yù)燒后混合料；將第二預(yù)燒后混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂 磨機(jī)砂磨2h使混合均勻；
[0051] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥后，過 40目篩，得到第二造粒料；然后采用120MPa的成型壓力成型；
[0052] (5)在1650°C的溫度下燒結(jié)5h，得到STLA微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0053] 實(shí)施例3
[0054] (1)按照化學(xué)表達(dá)式為 aSr0-bTi02-cCa0-d/2Ln203-e/2Al 203,稱取碳酸鍶 6. 69kg、 二氧化鈦3. 62kg、碳酸鈣0kg、氧化鑭7. 38kg、氧化鋁2. 31kg，混合得到第一混合料；將第一 混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨0. 5h使混合均勻；
[0055] (2)出料，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥，然后在1300°C的溫度下預(yù)燒5h，升溫 速率為3°C /min，隨爐冷卻，得到第三預(yù)燒料；
[0056] (3)取粉碎后的第三預(yù)燒料16kg、改性添加劑氧化錳72g，混合得到第三預(yù)燒后混 合料；將第三預(yù)燒后混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨2h使 混合均勻；
[0057] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥后，過 篩40目，得到第三造粒料；然后采用120MPa的成型壓力成型；
[0058] (5)在1650°C的溫度下燒結(jié)5h，得到STLA微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0059] 實(shí)施例4
[0060] (1)按照化學(xué)表達(dá)式為 aSr0-bTi02-cCa0-d/2Ln203-e/2Al 203,稱取碳酸鍶 6. 75kg、 二氧化鈦3. 62kg、碳酸媽0. 05kg、氧化鑭7. 23kg、氧化錯(cuò)2. 36kg，混合得到第一混合料；將 第一混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨2h使混合均勻；
[0061] (2)出料，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥，然后在1150°C的溫度下預(yù)燒5h，升溫 速率為3°C /min，隨爐冷卻，得到第四預(yù)燒料；
[0062] (3)取粉碎后的第四預(yù)燒料16kg、改性添加劑氧化鈰160g，混合得到第四預(yù)燒后 混合料；將第四預(yù)燒后混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨 0. 5h使混合均勻；
[0063] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥后，過 篩40目，得到第四造粒料；然后采用120MPa的成型壓力成型；
[0064] (5)在1720°C的溫度下燒結(jié)5h，得到STLA微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0065] 實(shí)施例5
[0066] (1)按照化學(xué)表達(dá)式為 aSr0-bTi02-cCa0-d/2Ln203-e/2Al 203,稱取碳酸鍶 7. 98kg、 二氧化鈦4. 32kg、碳酸鈣0kg、氧化鑭5. 87kg、氧化鋁1. 84kg，混合得到第一混合料；將第一 混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨lh使混合均勻；
[0067] (2)出料，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥，然后在1150°C的溫度下預(yù)燒5h，升溫 速率為3°C /min，隨爐冷卻，得到第五預(yù)燒料；
[0068] (3)取粉碎后的第五預(yù)燒料16kg、改性添加劑氧化釤48g，混合得到第五預(yù)燒后混 合料；將第五預(yù)燒后混合料、去離子水和氧化鋯球以1:2:0. 5的質(zhì)量比，用砂磨機(jī)砂磨0. 5h 使混合均勻；
[0069] (4)出料，加入1.5wt%的聚乙烯醇水溶液，采用噴霧干燥塔220°C噴霧干燥后，過 篩40目，得到第五造粒料；然后采用120MPa的成型壓