低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。其表達(dá)式為aMgO-bSiO2-cTiO2-dCaCO3，其中a、b、c和d分別獨立表示摩爾比率，并滿足下述條件：40.0mol%≤a≤50.0mol%，35.0mol%≤b≤50.0mol%，0mol%≤c≤15.0mol%；0mol%≤d≤20.0mol%，a+b+c+d=100mol%。本發(fā)明由于采用了上述材料組成及其制備方法，使陶瓷材料在中溫?zé)Y(jié)的條件下可以保持高介電常數(shù)Er=6.0～7.0，Qf>10000GHz，可調(diào)的溫度系數(shù)τf<±30ppm/℃，并且粉料中不含鉛、鎘和砷等有毒元素。
【專利說明】低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子信息材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，大大推動了電子元器件向小型化、片式化和高頻化方向發(fā)展的進(jìn)程。微波陶瓷器件也正向片式化、微型化甚至集成化方向發(fā)展。典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括:軍用和民用的空間技術(shù)、雷達(dá)、移動通信、衛(wèi)星通信和GPS等。通常低和中介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料主要應(yīng)用在衛(wèi)星直播及軍用雷達(dá)等領(lǐng)域。隨著微波通訊技術(shù)的快速發(fā)展，適用于更高頻段應(yīng)用的微波介質(zhì)陶瓷的研究也日益迫切，低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料的研究也逐漸向介電常數(shù)的低端極限發(fā)展。
[0003]目前微波陶瓷行業(yè)市場上銷售的低介電常數(shù)微波材料有Al2O3基介質(zhì)陶瓷材料、MgO-ZnO-Al2O3基介質(zhì)陶瓷材料和ZnSiTi基介質(zhì)陶瓷材料等。Al2O3基介質(zhì)陶瓷材料的缺點是燒結(jié)溫度過高，通常需要高于1500°C的燒結(jié)溫度，而且其介電常數(shù)也未達(dá)到一個較低的值(其Er=9~11)。
[0004]CN 1830889A公開了一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其組成式為:xMgO ? yZnO ? ZAl2O3,其中，5.0mol% ≤ x ≤ 55.0mol%, 5.0mol% ≤ y ≤ 55.0mol%,45.0mo I % ≤ z ≤ 55.0mol%, x+y+z=100mol%。該發(fā)明中 MgO-ZnO-Al2O3 基介質(zhì)陶瓷材料原材料成本高，而且其燒結(jié)溫度也很高(>1500°C)，工業(yè)應(yīng)用范圍較窄。
[0005]CN 1765820A公開了一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料，屬于微波介質(zhì)陶瓷材料，目的是其具有低損耗與良好的溫度穩(wěn)定性，同時介電常數(shù)低于10。表達(dá)式為UZnO-VSiO2-WTiO2的固溶體介質(zhì)陶瓷，其中58.0mol.%≤u≤69.0mol.%，28.0mol.% ≤ V ≤35.0mol.%，3.0mol.% ≤ w ≤ 7mol.%，其主晶相為 Zn2SiO4,副相為 TiO20該發(fā)明ZnSiTi基介質(zhì)陶瓷材料的原材料成本高，工業(yè)應(yīng)用價值受限，而且其介電常數(shù)還未能達(dá)到Er〈7。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料技術(shù)和成本上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明可以在中溫?zé)Y(jié)(1250~1300°C)的條件下保持以下的微波介電性能:Er=6.0~7.0，Qf>10000GHz，可調(diào)的T f并且符合<±30ppm/°C的要求，可滿足微波移動通信、衛(wèi)星通信和雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域的技術(shù)需求，而且原材料和工藝成本低廉，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。
[0007]為了達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn):
[0008]本發(fā)明首先提供了一種低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料，其組成表達(dá)式為aMg0-bSi02-cTi02-dCaC03,其中a、b、c和d分別獨立表示摩爾比率，并滿足下述條件:40.0mol% ≤ a ≤ 50.0mo 1%, 35.0mo 1% ≤ b≤ 50.0mo 1%, Omo 1%≤ c ≤ 15.0mo 1% ；Omo I % ^ d ^ 20.0mo 1%, a+b+c+d=100mol%。
[0009]本發(fā)明制備時，用于制造陶瓷粉料主料的起始原料不限于各元素的氧化物，可以使用各構(gòu)成元素的碳酸鹽，硝酸鹽，有機(jī)金屬鹽等代替。最好各起始原料的純度都大于99%，但是也不做特別限制。
[0010]所述材料的組成滿足:a=47.5mol%, b=38.5mol%, c=5.1mo 1%, d=8.9mol% ；或，a=40.1mo1%, b=42.5mol%, c=14.7mol%, d=2.7mol%。
[0011]本發(fā)明還提供了一種如上所述的微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]I)按摩爾比率稱量由81%0^^102-^102-況&0)3表示的組合物中各起始原料，以去離子水作為分散介質(zhì)混合各起始原料；
[0013]2)對混合后的粉料進(jìn)行分散和粉碎，制成漿料；
[0014]3)將漿料烘干后煅燒，合成基體粉料；
[0015]4)對上述基體粉料進(jìn)行分散、粉碎和烘干；
[0016]5)往混合粉料中加入粘結(jié)劑混合后進(jìn)行造粒，壓制成陶瓷坯體；
[0017]6)將陶瓷坯體燒結(jié)成微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0018]本發(fā)明步驟2)及4)所述的粉碎采用球磨工藝或砂磨工藝。
[0019]本發(fā)明步驟3)所述的煅燒溫度為1000~1200°C，例如可選擇1000.2~1198.6°C, 1008 ~118(TC，1030 ~11`60.5°C, 1053.6 ~113(TC，1080 ~1115°C，1096°C等，優(yōu)選為1120°C。
[0020]煅燒時間為2~IOh，例如可選擇2.03~9.8h，2.6~9.34h，3~9h，4.2~8.2h,5~7h，6.3h等，進(jìn)一步優(yōu)選為6h。
[0021]本發(fā)明步驟5)所述的粘結(jié)劑選自聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇縮丁醛溶液、丙烯酸溶液或甲基纖維素中的一種或至少兩種的混合物。上述粘結(jié)劑可以單獨使用，也可以復(fù)合使用其中兩種以上的粘結(jié)劑。粘結(jié)劑相對于陶瓷材料的添加百分含量為10~20%，例如可選擇10.02~19.6%, 12~18.5%, 13.4~16.8%, 15%等，皆可用于實施本發(fā)明。
[0022]所述的壓制壓力為4MPa。
[0023]本發(fā)明步驟6)所述的燒結(jié)溫度為1250~1300°C，例如可選擇1250.3~1299°C，1258 ~1280°C, 1263 ~1275.6°C，1272°C等，優(yōu)選為 1280。。。
[0024]燒結(jié)時間為2~10h，例如可選擇2.03~9.6h，2.8~9h，4~8.3h，4.6~8h,
5.3~7.3h, 6~7h，6.7h等，進(jìn)一步優(yōu)選為4h。
[0025]一種低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0026]I)按摩爾比例稱量由81%0^^102-^102-況&0)3表示的組合物中各起始原料，以去離子水作為分散介質(zhì)混合各起始原料；
[0027]2)采用球磨工藝或其他如砂磨工藝等對混合后的粉料進(jìn)行分散和粉碎，制成漿料；
[0028]3)將漿料烘干后在1000~1200°C下煅燒2~10h，合成基體粉料；
[0029]4)基體粉料以去離子水為分散介質(zhì)，采用球磨或其他如砂磨等粉碎工藝進(jìn)行分散、粉碎和烘干；
[0030]5)往混合粉料中加入聚乙烯醇溶液混合后進(jìn)行造粒，在4MPa的壓力下壓制成陶瓷坯體；
[0031]6)在大氣氣氛中，在1250~1300°C下保溫2~IOh燒結(jié)成微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0032]與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0033]本發(fā)明由于采用了上述材料組成及其制備方法，使陶瓷材料在中溫?zé)Y(jié)的條件下可以保持高介電常數(shù)Er=6.0~7.0，Qf>10000GHz，可調(diào)的溫度系數(shù)t f〈±30ppm/°C，并且粉料中不含鉛、鋪和神等有毒兀素。
[0034]下面對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【具體實施方式】
[0035]下面通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0036]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下:
[0037]本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷粉料是由aMg0-bSi02-cTi02-dCaC03化學(xué)式表示的組合物。其中a、b、c和d分別獨立表示摩爾比率，并滿足下述條件:40.0mo I % ^ a ^ 50.0mo 1%,35.0mol% ^ b ^ 50.0mo 1%, Omo 1% ^ c ^ 15.0mol% ；0mol% ^ d ^ 20.0mol%，a+b+c+d=100mol%。
[0038]其中，實施例1-20及比較例1-2中陶瓷粉料的組成如表1所示。
[0039]表2為各實施例、比較例實施的具體工藝條件。
[0040]表3為采用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行`測量的微波介電性能。
[0041]本實施方案中主料的起始原料采用的是MgO、SiO2, TiO2和CaCO3粉體。
[0042]各實施例和比較里采用的制備方法包括以下步驟:
[0043]I)按摩爾比例稱量由81%0^^102-^102-況&0)3表示的組合物中各起始原料，以去離子水作為分散介質(zhì)混合各起始原料；
[0044]2)采用球磨工藝或其他如砂磨工藝等對混合后的粉料進(jìn)行分散和粉碎，制成漿料；
[0045]3)將漿料烘干后在1000~1200°C下煅燒2~10h，合成基體粉料；
[0046]4)基體粉料以去離子水為分散介質(zhì)，采用球磨或其他如砂磨等粉碎工藝進(jìn)行分散、粉碎和烘干；
[0047]5)往混合粉料中加入聚乙烯醇溶液混合后進(jìn)行造粒，在4MPa的壓力下壓制成陶瓷坯體；
[0048]6)在大氣氣氛中，在1250~1300°C下保溫2~IOh燒結(jié)成微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0049]表1.陶瓷粉料各組成成分的摩爾比率(mol%)
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種低介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，其組成表達(dá)式為aMg0-bSi02-cTi02-dCaC03,其中a、b、c和d分別獨立表示摩爾比率，并滿足下述條件:40.0mol% ≤ a ≤ 50.0mo 1%, 35.0mo 1% ≤ b≤ 50.0mo l%, Omo 1%≤ c ≤15.0mo 1% ；Omo 1 % ≤ d ≤20.0mol, a+b+c+d=100mol%。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料的組成滿足:a=47.5mol%,b=38.5mol%, c=5.1mo 1%, d=8.9mol% ;或，a=40.1mo 1%, b=42.5mol%, c=14.7mol%, d=2.7mol%。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)按摩爾比率稱量由amgo-bsio2-ctio2-dcaco3表示的組合物中各起始原料，以去離子水作為分散介質(zhì)混合各起始原料； 2)對混合后的粉料進(jìn)行分散和粉碎，制成漿料； 3)將漿料烘干后煅燒，合成基體粉料； 4)對上述基體粉料進(jìn)行分散、粉碎和烘干； 5)往混合粉料中加入粘結(jié)劑混合后進(jìn)行造粒，壓制成陶瓷坯體； 6)將陶瓷坯體燒結(jié)成微波介質(zhì)陶瓷材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2)及4)所述的粉碎采用球磨或砂磨工藝。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟3)所述的煅燒溫度為1000~1200°C，優(yōu)選為 1120°C； 優(yōu)選地，煅燒時間為2~10h，進(jìn)一步優(yōu)選為6h。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的方法，其特征在于，步驟5)所述的粘結(jié)劑選自聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇縮丁醛溶液、丙烯酸溶液或甲基纖維素中的一種或至少兩種的混合物； 優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑相對于陶瓷材料的添加百分含量為10~20% ； 優(yōu)選地，所述的壓制壓力為4MPa。
7.如權(quán)利要求3-6之一所述的方法，其特征在于，步驟6)所述的燒結(jié)溫度為1250~1300°C，優(yōu)選為 12800C ； 優(yōu)選地，燒結(jié)時間為2~10h，進(jìn)一步優(yōu)選為4h。
8.如權(quán)利要求3-7之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)按摩爾比例稱量由amgo-bsio2-ctio2-dcaco3表示的組合物中各起始原料，以去離子水作為分散介質(zhì)混合各起始原料； 2)采用球磨或砂磨工藝對混合后的粉料進(jìn)行分散和粉碎，制成漿料； 3)將漿料烘干后在1000~1200°C下煅燒2~10h，合成基體粉料； 4)基體粉料以去離子水為分散介質(zhì)，采用球磨或砂磨工藝進(jìn)行分散、粉碎和烘干； 5)往混合粉料中加入聚乙烯醇溶液混合后進(jìn)行造粒，在4MPa的壓力下壓制成陶瓷坯體； 6)在大氣氣氛中，在1250~1300°C下保溫2~IOh燒結(jié)成微波介質(zhì)陶瓷材料。
【文檔編號】C04B35/14GK103803954SQ201310722758
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】吉岸 申請人:無錫鑫圣慧龍納米陶瓷技術(shù)有限公司