一種微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，該材料主要成分（Ca0.6Sr0.4）xTiO3和（Li0.5Sm0.5）1-xTiO3組合固溶體。制備方法為：先合成Li補(bǔ)償?shù)模–a0.6Sr0.4）x（Li0.5Sm0.5）1-xTiO3的粉體，把所得混合粉體在1050-1100℃溫度下保溫2-4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，把所得預(yù)燒粉體進(jìn)行二次球磨過篩；再加入少量MnO2，球磨過篩，然后壓制成圓柱狀的坯體，把所得坯體在1180-1300℃溫度下保溫2-4小時(shí)燒結(jié)成瓷，即得摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)模–a0.6Sr0.4）x（Li0.5Sm0.5）1-xTiO3微波介質(zhì)陶瓷材料。性能測(cè)試表明，該材料具有良好性能：介電常數(shù)高εr＞115，品質(zhì)因子Qf＞2000GHz，諧振溫度系數(shù)絕對(duì)值∣τf∣＜45ppm/℃。制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。
【專利說明】一種微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波介質(zhì)陶瓷(MWDC)是指在微波頻段電路中作為介質(zhì)層并完成一種或多種功能的陶瓷，其微波頻率范圍從300MHz~3000GHz，波長(zhǎng)從Imm到0.1mm，是現(xiàn)代通信廣泛使用的諧振器、濾波器、介質(zhì)導(dǎo)波回路等微波元器件的關(guān)鍵材料，在雷達(dá)、汽車電話、無繩電話、GPS天線等方面具有廣泛的應(yīng)用。它具有高的介電常數(shù)，微波損耗低，頻率溫度系數(shù)小等優(yōu)異的微波介電性能，成為近年來國(guó)內(nèi)外微波介質(zhì)材料研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)方向。
[0003]70年代初美國(guó)的Bryan等首先研制成介電常數(shù)為38的BaTi4O9材料，接著美國(guó)的Bell實(shí)驗(yàn)室研制成功了溫度穩(wěn)定性好的Ba2Ti9O2tl，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)諧振器的實(shí)用化，揭開了微波介質(zhì)陶瓷發(fā)展史的帷幕。
[0004]隨著微波技術(shù)不斷推向毫米波和亞毫米波的高頻方向以及移動(dòng)通信和便攜式終端向著小型化、輕量化、集成化、高可靠性和低成本方向發(fā)展，尋找高L、高Q值和低Tf的新材料成為當(dāng)今微波介質(zhì)陶瓷研究中的一個(gè)十分活躍的熱點(diǎn)。如中國(guó)發(fā)明專利CN102898135A公布的一種高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，用高介電的Caa8Sra2TiO3和具有大的負(fù)諧振頻率溫度系數(shù)的Lia5Sma5TiO3組合制備高介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料，該材料具有較高的介電常數(shù)，但是品質(zhì)因子較小，諧振頻率溫度系數(shù)絕對(duì)值較聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高介電常數(shù)、低諧振頻率溫度系數(shù)、損耗較低、工藝簡(jiǎn)單的微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
[0006]解決上述問題的技術(shù)方案為:一種微波介質(zhì)陶瓷材料，該微波介質(zhì)陶瓷是以CaTiO3' SrTiO3' Sm203、Li2CO3 和 TiO2 為原料，按表達(dá)式 Caa6Sra4) x (Lia5Sma5) 1-xTiO3 摩爾比例配料，其中0.5≤χ≤0.7。
[0007]上述微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法包括如下步驟:
[0008](I)合成 Li 補(bǔ)償(Catl 6Sra4)x (Li。.5Sm。.5) ^xTiO3 粉體:以 CaTi03、SrTiO3> Sm2O3>Li2CO3 和 TiO2 為原料，按 CaTiO3:SrTiO3:Sm2O3 =Li2CO3 =TiO2=0.6x:0.4x: (0.5-0.5x):(0.5-0.5χ+ δ - δ χ):1摩爾比例混合，球磨過篩，烘干，在1050~1100。。保溫2-4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，把所得粉體進(jìn)行二次球磨過篩，獲得Li補(bǔ)償(Caa6Sra4) x (Li0.5Sm0.5) ^xTiO3粉體，其中，0.5≤ χ ≤ 0.7, O δ ≤ 0.05 ；
[0009](2)摻入少量二氧化錳MnO2:把步驟(1)獲得的Li補(bǔ)償(Caa6Sra4) x (Lia5Sma5)!-JiO3粉體按照(Caa6Sra4) x (Lia5Sma5) 1-xTiO3:MnO2=IOO:y摩爾比例混合球磨,烘干得摻Mn 且經(jīng)過 Li 補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4)x (Lia5Sma5) ^TiO3 粉體，其中 0.04 ≤ y ≤ 0.16 ；[0010] (3)壓制成型:把步驟(2)獲得的摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4) x (Lia5Sma5)!-JiO3粉體加入聚乙烯(PVA)混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體；
[0011](4)微波介質(zhì)陶瓷坯體燒結(jié):把所得圓柱狀坯體在1180-1300°c溫度下保溫2-4小時(shí)燒結(jié)成瓷，即得到摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4) x (Lia5Sma5) ^xTiO3微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0012]本發(fā)明制備的摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4) x (Li。.5SmQ.5) ^xTiO3微波介質(zhì)陶瓷材料，性能測(cè)試表明能夠獲得較好的微波介電性能:介電常數(shù)高ε r > 115，品質(zhì)因子Qf> 2000GHz，諧振溫度系數(shù)絕對(duì)值I Tf I <45ppm/°C。制備過程采用傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝，制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，因而具有極大實(shí)用性和推廣前景。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1
[0015]以CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2C03 和 TiO2 為原料，按表達(dá)式(Caa6Srci 4)ci 5(Lici 5Sm0 5)ο.5Ti03摩爾比例配料混合，球磨過篩，烘干，在1050°C保溫4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，把所得粉體進(jìn)行二次球磨過篩，獲得(Caa6Sra4)a5 (Lia5Sma5)a5TiO3 粉體。
[0016]在(Caa6Sra4)a5 (Lia5Sma5)a5TiO3粉體中加入一定數(shù)量的質(zhì)量濃度為7%聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1180°C溫度下保溫4小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。
[0017]性能測(cè)試表明，該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=115,品質(zhì)因數(shù)Qf=2320GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=-44ppm/°C。
[0018]實(shí)施例2
[0019]以CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2C03 和 TiO2 為原料，按表達(dá)式(Caci 6Srci 4)tl 6 (Li。.5Sm0.5)ο.JiO3摩爾比例配料混合，球磨過篩，烘干，在1100°C保溫3小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，把所得粉體進(jìn)行二次球磨過篩，獲得(Ca0.6Sr0.4) 0.6 (Li0.5Sm0.5)0.4Ti03 粉體。
[0020]在CauSruX^ (Lia5Sma5)a4TiO3粉體中加入一定數(shù)量的質(zhì)量濃度為7%聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1250°C溫度下保溫3小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。
[0021]性能測(cè)試表明，該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=128,品質(zhì)因數(shù)Qf=2278GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=-22ppm/°C。
[0022]實(shí)施例3
[0023]取制備步驟(1)中的變量χ=0.7、δ =0.05，以 CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2C03 和 TiO2為原料，按 CaTiO3:SrTiO3:Sm2O3 =Li2CO3 =TiO2=0.42:0.28:0.15: (0.15+0.015):1 摩爾比例混合，以無水乙醇為介質(zhì)進(jìn)行球磨，烘干后在1050°C保溫4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，得x=0.7、δ =0.05 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5) Q.3Ti03 粉體。
[0024]向(Caa6Sra4)a7(Li。.5SmQ.5) Q.3Ti03 粉體中加入 7% 的聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1260°C溫度下保溫3小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。
[0025]性能測(cè)試表明，該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=130,品質(zhì)因數(shù)Qf=2143GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=-19ppm/°C。
[0026]實(shí)施例4
[0027]以CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2C03 和 TiO2 為原料，按表達(dá)式(Catl 6Srtl 4)a7 (Li。.5Sm0.5)ο.3Ti03摩爾比例配料混合，球磨過篩，烘干，在1100°C保溫4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，把所得粉體進(jìn)行二次球磨過篩，獲得(Caa6Sra4) 0.7 (Li0.5Sm0.5) 0.3Ti03 粉體。
[0028]在(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3粉體中加入一定數(shù)量的質(zhì)量濃度為7%聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1300°C溫度下保溫2小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。
[0029]性能測(cè)試表明，該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=134,品質(zhì)因數(shù)Qf= 2043GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=-8ppm/°C。
[0030]實(shí)施例5
[0031]取制備步驟(1)中的變量χ=0.7、δ =0.04，以 CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2CO3 和 TiO2為原料，按 CaTiO3:SrTiO3:Sm2O3 =Li2CO3 =TiO2=0.42:0.28:0.15: (0.15+0.012):1 摩爾比例混合，以無水乙醇為介質(zhì)進(jìn)行球磨，烘干后在1070°C保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，得x=0.7、δ =0.04 的(Caa6Sr0.4) 0.7 (Li0.5Sm0.5) 0.3Ti03 粉體。
[0032]向x=0.7、δ =0.04 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 粉體中摻入少量 MnO2，取制備步驟(2)的變量 y=0.04，然后按照 Caa6Sra4) 0.7 (Li0.5Sm0.5) 0.3Ti03 =MnO2=IOO:0.04 摩爾比例混合球磨，烘干得 x=0.7、δ =0.04 的摻 MnO2 的 Ca0 6Sr0 4) 0 T (Li0.5Sm0.5) Q 3TiO3 粉體
[0033]向χ=0.7、δ =0.04 的摻 MnO2 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 粉體中加入 7% 的聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1200°C溫度下保溫2小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。
[0034]性能測(cè)試表明，該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=125,品質(zhì)因數(shù)Qf=2443GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=-20ppm/°C。
[0035]實(shí)施例6
[0036]取制備步驟(1)中的變量χ=0.7、δ =0.03，以 CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2C03 和 TiO2為原料，按 CaTiO3:SrTiO3:Sm2O3 =Li2CO3 =TiO2=0.42:0.28:0.15: (0.15+0.009):1 摩爾比例混合，以無水乙醇為介質(zhì)進(jìn)行球磨，烘干后在1070°C保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，得x=0.7、δ =0.03 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5) Q.3Ti03 粉體。
[0037]向x=0.7、δ =0.03 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 粉體中摻入少量 MnO2，取制備步驟(2)的變量 y=0.08，然后按照(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 =MnO2=IOO: 0.08 摩爾比例混合球磨，烘干得 x=0.7、δ =0.03 的摻 MnO2 的(Caa6Sra4) 0 T (Lia5Sma5) 0.3Ti03 粉體
[0038]向x=0.7、δ =0.03 的摻 MnO2 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 粉體中加入 7% 的聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1230°C溫度下保溫4小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。[0039]性能測(cè)試表明，該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=138,品質(zhì)因數(shù)Qf=2745GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=-4ppm/°C。
[0040]實(shí)施例7
[0041]取制備步驟(1)中的變量χ=0.7、δ =0.05, VX CaTi03、SrTi03、Sm203、Li2CO3 和 TiO2為原料，按 CaTiO3:SrTiO3:Sm2O3 =Li2CO3 =TiO2=0.42:0.28:0.15: (0.15+0.015):1 摩爾比例混合，以無水乙醇為介質(zhì)進(jìn)行球磨，烘干后在1050°C保溫4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，得x=0.7、δ =0.05 的 Caa6Sr0.4)0.7 (Lia5Sma5) Q.3Ti03 粉體。
[0042]向x=0.7、δ =0.05 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 粉體中摻入少量 MnO2，取制備步驟(2)的變量 y=0.16，然后按照 Caa6Sra4) α7 (Lia5Sma5) a3Ti03:Μη02=100:0.08 摩爾比例混合球磨，烘干得 x=0.7、δ =0.05 的摻 MnO2 的(Caa6Sra4) 0 T (Lia5Sma5) 0.3Ti03 粉體
[0043]向x=0.7、δ =0.05 的摻 MnO2 的(Caa6Sra4)a7 (Lia5Sma5)a3TiO3 粉體中加入 7% 的聚乙烯醇(PVA)，混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體，把所得圓柱狀坯體在1290°C溫度下保溫3小時(shí)燒結(jié)成瓷，把所得微波介質(zhì)陶瓷雙面拋光并保持雙面平行，然后用于微波介電性能等的測(cè)試。
[0044]性能測(cè)試表明， 該實(shí)施例所得的微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能如下:介電常數(shù)ε r=140,品質(zhì)因數(shù)Qf=2323GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=5ppm/°C。
【權(quán)利要求】
1.一種微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征是，包括如下步驟:
(1)合成Li 補(bǔ)償(Caa6Sra4) x (Lia5Sma5) JiO3 粉體:以 CaTi O3 > SrTi O3 > Sm2O3 >Li2CO3 和 TiO2 為原料，按 CaTiO3:SrTiO3:Sm2O3 =Li2CO3 =TiO2=0.6x:0.4x: (0.5-0.5x):(0.5-0.5χ+ δ - δ χ):1摩爾比例混合，球磨過篩，烘干，在1050~1100。。保溫2-4小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒，把所得粉體進(jìn)行二次球磨過篩，獲得Li補(bǔ)償(Caa6Sra4) x (Li0.5Sm0.5) 1-xTiO3粉體，其中，0.5 ≤ χ ≤ 0.7,0 ≤ δ ≤ 0.05 ； (2)摻入少量二氧化錳MnO2:把步驟(1)獲得的Li補(bǔ)償(Caa6Sra4)x (Lia5Sma5)1-JiO3粉體按照(Caa6Sra4) x (Lia5Sma5) ≤xTiO3:MnO2=IOO:y摩爾比例混合球磨,烘干得摻Mn且經(jīng)過 Li 補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4)x (Li。.5SmQ.5) 1-xTiO3 粉體，其中 0.04 ≤ y ≤ 0.16 ； (3)壓制成型:把步驟(2)獲得的摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4)x(Lia5Sma5VxTiO3粉體加入聚乙烯醇(PVA)混合均勻，烘干，然后壓制成圓柱狀坯體； (4)微波介質(zhì)陶瓷坯體燒結(jié):把所得圓柱狀坯體在1180-1300°C溫度下保溫2-4小時(shí)燒結(jié)成瓷，即得到摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4) x (Lia5Sma5) 1-xTiO3微波介質(zhì)陶瓷材料。
2.用權(quán)利要求1所述的制備方法制備得到摻Mn且經(jīng)過Li補(bǔ)償?shù)?Caa6Sra4)x(Lia5Sma5) 1-xTiO3微波介質(zhì)陶瓷材料。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103936409SQ201410132982
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】葉新 申請(qǐng)人:葉新