專利名稱：一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微波介質(zhì)材料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及通訊系統(tǒng)中用于導(dǎo)航衛(wèi)星等介質(zhì)天線等微波元器件用的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷材料已廣泛應(yīng)用于在諸如手機(jī)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、直播衛(wèi)星 (DBS)以及全球定位系統(tǒng)之類的通信系統(tǒng)中。微波介質(zhì)陶瓷通常應(yīng)具有較高的介電常數(shù)、 低的高頻損耗和接近零的諧振頻率溫度系數(shù)。近年來，采用微波介質(zhì)陶瓷材料制作的新型寬帶微波介質(zhì)陶瓷天線得到迅速推廣，成為寬帶微波天線的主流產(chǎn)品。由于寬帶微波介質(zhì)陶瓷天線主要用于高頻頻段(》2GHz)，因此通常使用高頻性能好的低介電常數(shù)微波介質(zhì)材料，一般其介電常數(shù)在15以下。其中，介電常數(shù)在10左右的材料主要選用氧化鋁(Ci-Al2O3),該材料雖然具有較好的高頻性能和頻率品質(zhì)因數(shù)OiXf)高的優(yōu)點(diǎn)，但其諧振頻率溫度系數(shù)(Tf)較差，I τ」>30ppm/°C，導(dǎo)致天線在嚴(yán)寒或酷熱的情況下產(chǎn)生頻漂，靈敏度下降，影響移動終端的性能。此外，氧化鋁(Ci-Al2O3)陶瓷的燒結(jié)溫度一般在1600-1800°C之間，作為微波介質(zhì)天線的關(guān)鍵材料，如此之高的燒成溫度很難滿足工廠的批量化生產(chǎn)要求。因此，氧化鋁的頻率溫度穩(wěn)定化和低溫化燒結(jié)研究引起了人們的重豐見。Cheng—Fu Yang Materials Letters, 2003 (57) :2945-2949. ψ "Sintering and microwave dielectric characteristics of MCAS glass-added 0. 84A1203_0· 16Ti02 ceramics” 一文中公開了一種 Al2O3-TW2 固溶體并通過添加 MgO-CaO-SiO2-Al2O3(MCAS)玻璃，將燒結(jié)溫度降至1250°C的技術(shù)方案，但所得材料的介電常數(shù)即已經(jīng)降低到7 8. 5，而其頻率品質(zhì)因數(shù)(QXf)更是嚴(yán)重下降(< 10000GHz)。Ying Dai等在Materials Science and Engineering A,2008(475) :76-80. ψ "Effects of MCAS glass additives on dielectric properties of Al2O3-TiO2 ceramics，，一文中調(diào)整了 Al2O3-TiO2 固溶體的組分及MCAS玻璃的制備方法，將燒結(jié)溫度降至1350°C，但所得材料的介電常數(shù)增加到了 11. 6 12. 3。
因此，如何在保持介電常數(shù)基本不變(10左右)且頻率品質(zhì)因數(shù)OiXf)高的優(yōu)點(diǎn)同時，改善頻率溫度穩(wěn)定性(實(shí)現(xiàn)I TfI < 10ppm/°C )和降低材料燒結(jié)溫度是氧化鋁作為低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料大批量應(yīng)用于寬帶微波介質(zhì)陶瓷天線和導(dǎo)航衛(wèi)星等介質(zhì)天線等微波器件的關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種介電常數(shù)為10左右、頻率品質(zhì)因數(shù)較高且諧振頻率溫度系數(shù)接近零的微波介質(zhì)陶瓷，并提供相應(yīng)的制備工藝，該生產(chǎn)工藝和設(shè)備無特殊要求，便于批量生產(chǎn)及應(yīng)用推廣。
本發(fā)明的目的主要是克服Al2O3介質(zhì)陶瓷溫度穩(wěn)定性不好的缺點(diǎn)，其技術(shù)方案是以Al2O3為主成分，采用非玻璃相燒結(jié)技術(shù)，用BaLa2(ZraiTia9)4O12作為正頻率溫度系數(shù)補(bǔ)償材料、用BaWO4和/或BaO和WO3作為介電常數(shù)調(diào)節(jié)劑摻雜，以改善材料體系的微波介電特性，特別是材料的溫度穩(wěn)定性。
一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于瓷料組成為Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 20，0 彡 b+c 彡 15， 1 ^ y/x^ 2 ；awt%,bwt%, cwt%為占 Al2O3 的重量分?jǐn)?shù)。
上述組成的優(yōu)化方案為一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于瓷料組成為:Al203+awt % BaLa2(Zr0. Ji0.9)4012+bwt % Baff04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 12， 0 彡 b+c 彡 10，1 彡 y/x 彡 1. 2 ；awt%, bwt%, cwt%為占 Al2O3 的重量分?jǐn)?shù)。
上述組成的優(yōu)化方案為Al203+awt% BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBa0+yW03]，其中0 < a 彡 10，0 彡 b+c ^ 8,0. 8 ^ y/x ^ 1 ；awt%, bwt%, cwt % 為占 Al2O3的重量分?jǐn)?shù)。
一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟
①將碳酸鋇(BaCO3)、三氧化二鑭(La2O3)、二氧化鋯(&02)和二氧化鈦(TiO2)按摩爾比1 1 0.4 3. 6配料，置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化鋯球和去離子水球磨混合 Mh，烘干后在箱式爐或隧道爐于1130°C預(yù)煅燒4h，合成BaLii2 (ZraiTia9)4O12，即上述方案中的添加物之一。
②將碳酸鋇(BaCO3)和三氧化鎢(WO3)按摩爾比1 1配料，置于聚氨酯球磨桶中， 加入氧化鋯球和去離子水球磨混合Mh，烘干后在箱式爐或隧道爐于750°C預(yù)煅燒4h，合成 BaffO4,即上述方案中的添加物之一。
③將合成的BaLEi2(ZraiTia9)4O12和BaWO4添加物與Al203、BaC03和WO3原料按上述方案中所述的瓷料組成進(jìn)行球磨混合M 48h，100°C烘干，加入5wt%聚乙烯醇(PVA)粘合劑造粒，于100 150MPa壓制成直徑10mm、厚度為5mm的圓薄片，在箱式爐或隧道爐于 1500 1600°C燒結(jié)，保溫1 4h，即可得到本發(fā)明的材料。
本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷，其介電常數(shù)為9 12，同時具有可以滿足應(yīng)用所需的品質(zhì)因數(shù)和接近零頻率溫度系數(shù)的特點(diǎn)。本發(fā)明所提供的微波介質(zhì)陶瓷屬于低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料，可作為寬頻介質(zhì)天線等微波元器件的關(guān)鍵核心材料，主要用于移動通信、 衛(wèi)星通信、我國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等現(xiàn)代通信行業(yè)，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。
具體實(shí)施方式
表1給出了構(gòu)成本發(fā)明的各組成分含量的幾個具體實(shí)例及其微波介電性能，陶瓷材料的介電性能在頻率為11 16GHZ下測得。當(dāng)然這些實(shí)施例并不是為了限制本發(fā)明的范圍。
表1低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的組成、燒結(jié)溫度和介電性能

權(quán)利要求
1.一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于瓷料組成為Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 20，0 彡 b+c 彡 15， 1 ^ y/x^ 2 ；awt%,bwt%, cwt%為占 Al2O3 的重量分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于瓷料組成為 Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 12， 0 彡 b+c 彡 10，1 彡 y/x 彡 1. 2 ；awt%, bwt%, cwt%為占 Al2O3 的重量分?jǐn)?shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于瓷料組成為 Al203+awt % BaLa2 (Zr0. Ji0.9) 4012+bwt % BaW04+cwt % [xBaO+yffOs],其中0 < a 彡 10， 0 彡 b+c 彡 8，0. 8 彡 y/x 彡 1 ；awt%, bwt%, cwt%為占 Al2O3 的重量分?jǐn)?shù)。
4.權(quán)利要求1所述的一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于①將碳酸鋇(BaCO3)、三氧化二鑭(La2O3)、二氧化鋯(&02)和二氧化鈦(TiO2)按摩爾比1 1 0.4 3. 6配料，置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化鋯球和去離子水球磨混合Mh， 烘干后在箱式爐或隧道爐于1130°C預(yù)煅燒4h，合成BaLa2 (ZraiTia9)4O12，即上述方案中的添加物之一。②將碳酸鋇(BaCO3)和三氧化鎢(WO3)按摩爾比1 1配料，置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化鋯球和去離子水球磨混合Mh，烘干后在箱式爐或隧道爐于750°C預(yù)煅燒4h，合成 BaffO4,即上述方案中的添加物之一。③將合成的BaLEi2(Zr0. Jia9) 4012和BaWO4添加物與Al203、BaC03和WO3原料按上述方案中所述的瓷料組成進(jìn)行球磨混合M 48h，100°C烘干，加入5wt%聚乙烯醇(PVA)粘合劑造粒，于100 150ΜΙ^壓制成直徑10mm、厚度為5mm的圓薄片，在箱式爐或隧道爐于1500 1600°C燒結(jié)，保溫1 4h，即可得到本發(fā)明的材料。
全文摘要
一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，屬于微波介質(zhì)材料及其制造技術(shù)領(lǐng)域。瓷料組成為Al2O3+awt％BaLa2(Zr0.1Ti0.9)4O12+bwt％BaWO4+cwt％[xBaO+yWO3]，其中0＜a≤20，0≤b+c≤15，1≤y/x≤2；awt％，bwt％，cwt％為占Al2O3的重量分?jǐn)?shù)。由相應(yīng)的氧化物和碳酸鹽按一定的摩爾比例分別合成上述添加物BaLa2(Zr0.1Ti0.9)4O12和BaWO4，再將其與Al2O3、BaCO3和WO3原料按上述方案中所述的瓷料組成進(jìn)行濕磨混合、烘干后加入聚乙烯醇(PVA)壓制成型，在箱式爐或隧道爐中燒結(jié)1～4h制成本發(fā)明的材料。本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷介電常數(shù)在9～12之間，同時具有可以滿足應(yīng)用所需的品質(zhì)因數(shù)和接近零頻率溫度系數(shù)的特點(diǎn)；可廣泛用于寬頻介質(zhì)天線等微波元器件的制造，滿足移動通信、衛(wèi)星通信、我國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等的技術(shù)需求。
文檔編號C04B35/10GK102515721SQ201110416939
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者姚艷偉, 曹淑濤, 袁紀(jì)烈, 趙飛, 陳月光 申請人:山東同方魯穎電子有限公司