專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低成本溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及一種低成本溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料及制備方法。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是近30年發(fā)展起來(lái)的一種新型的功能陶瓷，主要是指應(yīng)用于微波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。具有高介電常數(shù)、低介電損耗、近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷可用于制造介質(zhì)諧振器、濾波器、介質(zhì)天線(xiàn)、穩(wěn)頻振蕩器和片式電容器等微波元器件而廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、制導(dǎo)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPQ等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。根據(jù)介電性能的不同，微波介質(zhì)陶瓷可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是低介電常數(shù)和高品質(zhì)因子材料，如Al2O3，Zn2SiO4和Mg4Ta2O9等；另一類(lèi)是高介電常數(shù)和中等品質(zhì)因子材料，如 TiO2, BaO-Nd2O3-TiO2和BaO-TiO2-Nb2O5等。在不同組成的微波介質(zhì)陶瓷中，復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Ba (Mgl73Ta273) O3和Ba (Zn1/3Ta2/3) O3因?yàn)榫哂袃?yōu)異的微波介電性而被廣泛應(yīng)用于各種微波器件。但是這些材料通常需要高的致密化溫度(》1600°C )，從而造成了能源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)Ta屬于貴金屬，成本高。因此，開(kāi)發(fā)出燒結(jié)溫度低、原料便宜的微波介質(zhì)陶瓷越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、高性能溫度穩(wěn)定型的微波介質(zhì)陶瓷材料及制備方法。本發(fā)明涉及的微波介質(zhì)陶瓷材料的化學(xué)組成式為(1 X)Li2ZnTi308+XM ；其中， 0. 025 彡 χ 彡 0. 1，M 為 TiO2 或 CaTiO30微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法具體步驟為1)將純度彡 99%的Li2C03、Zn0和 1102按摩爾比Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3， 配制成主粉體；2)將步驟(1)配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎得Li2ZnTi3O8粉體，再按摩爾比 Li2ZnTi3O8 TiO2 (或 CaTiO3) = (0. 9 0. 975) (0. 025 0. 1)向其粉體中加入 TiO2 (或 CaTiO3)得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4 小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱， 于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到生瓷料，再將生瓷料在1050 1100°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。
本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度低(< 1100°C )，微波性能優(yōu)異介電常數(shù)(ε》大，QXf值高以及Tf近零；可用于諧振器、微波天線(xiàn)、濾波器等微波器件的制造。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:1)首先將純度彡 99% 的 Li2C03、SiO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1:1:3配制成主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 TiO2 = 0.975 0.025向其粉體中加入TiO2得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1050°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε ,=沈.8，QXf =70940GHz, τf = -12. 3ppm/°C。實(shí)施例2:1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 TiO2 = 0. 95 0.05向其粉體中加入TiO2得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1050°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε , = 27. 2，QXf =60000GHz, τ f = -7. 3ppm/°C。實(shí)施例3:1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 TiO2 = 0.925 0.075向其粉體中加入TiO2得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中
4加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1075°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε , = 27. 5，QXf =57080GHz, τ f = -3. 2ppm/°C。實(shí)施例4 1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 TiO2 = 0.9 0.1向其粉體中加入TiO2得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為 12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1100°C 下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε ^ = 29. 5，QXf = 48180GHz, τ f = 4. 5ppm/°C。實(shí)施例5 1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 CaTiO3 = 0.975 0.025向其粉體中加入CaTiO3得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1050°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε ,=沈.8，QXf =70780GHz, τf = -10. 8ppm/°C。實(shí)施例6:1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 CaTiO3 = 0. 95 0.05向其粉體中加入CaTiO3得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中
5加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1050°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε , = 27. 4，QXf =53540GHz, τ f = -6. 4ppm/°C。實(shí)施例7 1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2SiTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 CaTiO3 = 0.925 0.075向其粉體中加入CaTiO3得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1050°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε ,=四.3，QXf =47920 GHz, τ f = -1. 4ppm/°C。實(shí)施例8 1)首先將 Li2CO3JnO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3 配制成
主粉體；幻然后將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎得Li2ZnTi3O8粉體，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 CaTiO3 =0.9 0.1向其粉體中加入CaTiO3得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在 1050°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε , = 30. 6，QXf =42150GHz, τ f = 6. 2ppm/°C。需要指出的是，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，上述實(shí)施例還可以舉出許多，根據(jù)申請(qǐng)人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)所提出的范圍，均可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于微波介質(zhì)陶瓷材料的化學(xué)組成式為(1 X) Li2ZnTi308+xM ；其中，0. 025 彡 χ 彡 0. 1，M 為 11 或 CaTi03。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于具體步驟為1)將純度彡99% 的 Li2C03、SiO 和 TiO2 按摩爾比 Li2CO3 ZnO TiO2 = 1 1 3， 配制成主粉體Li2ZnTi3O8 ；2)將步驟(1)配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的質(zhì)量比為1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過(guò)篩，過(guò)篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊；3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，再按摩爾比Li2ZnTi3O8 TiO2或CaTiO3 = (0. 9 0. 975) (0. 025 0. 1)向粉碎的燒塊中加入TW2或CaTiO3得粉料，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1 1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C 下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，于550°C排膠4小時(shí)，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1050 1110°C下燒結(jié)2小時(shí)即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低成本溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料及制備方法，該微波介質(zhì)陶瓷材料的化學(xué)組成式為(1～x)Li2ZnTi3O8+xM；其中，0.025≤x≤0.1，M為T(mén)iO2或CaTiO3。以純度≥99％的Li2CO3、ZnO和TiO2為主要原料，先按摩爾比Li2CO3∶ZnO∶TiO2＝1∶1∶3，預(yù)先煅燒合成Li2ZnTi3O8主粉體，然后在主粉體中加入TiO2或CaTiO3來(lái)調(diào)節(jié)其諧振頻率溫度系數(shù)，從而獲得介電常數(shù)與Q×f高，諧振頻率溫度系數(shù)近零的微波介質(zhì)材料。本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度低于1100℃，介電常數(shù)達(dá)到26～31，Q×f值高達(dá)40000～70000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)(τf)?。豢捎糜谥C振器、天線(xiàn)、濾波器等微波器件的制造。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102417350SQ20111025938
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月3日
發(fā)明者劉群文, 周煥福, 唐瑩, 方亮, 陳秀麗 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)