一種溫度穩(wěn)定型中k值微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，屬于電子陶瓷及其制備領(lǐng)域，該陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達(dá)式為：x(Mg0.95Zn0.05)O-(1-2x/3)Li2O-(1+x/3)TiO2，其中0.27≤x≤0.52。本發(fā)明的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料具有以下特點(diǎn)：相對介電常數(shù)較高(19.0～20.9)，微波性能良好(Qf＝30,600GHz～47,800GHz)，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)(-6.98ppm/℃～+17.89ppm/℃)，化學(xué)組成及制備工藝簡單。
【專利說明】一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶 瓷及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微波介質(zhì)陶瓷是近二十多年發(fā)展起來的一種新型的功能陶瓷材料。它是指應(yīng)用于 微波頻段（主要是300MHz?300GHz頻段）電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的 陶瓷材料，是制造微波介質(zhì)濾波器和諧振器的關(guān)鍵材料。它具有高介電常數(shù)，低介電損耗， 溫度系數(shù)小等優(yōu)良性能，適于制造多種微波元器件，能滿足微波電路小型化，集成化，高可 靠性和低成本的要求。
[0003] 然而隨著載流子頻率進(jìn)入GHz頻段，較高的品質(zhì)因數(shù)（QXf)逐漸成為了人們的重 點(diǎn)關(guān)注對象。同時(shí)，微波介電陶瓷的溫度系數(shù)是衡量微波介電陶瓷溫度穩(wěn)定性的重要指標(biāo)， 合成出溫度系數(shù)接近于〇的微波介電陶瓷同樣具有重要意義。隨著移動通訊及衛(wèi)星通訊工 業(yè)的發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷已成為高技術(shù)陶瓷研究的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，該陶 瓷材料相對介電常數(shù)較高，微波性能良好，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)，化學(xué)組成及制備方法簡 單。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷的組成表述為： 叉(]\%。.95211。.。5)0-(1-2叉/3)1^20-(1+叉/3)110 2，其中 0· 27 彡 X 彡 0· 52。
[0007] 所述微波介質(zhì)陶瓷是由（Mga95Znatl5)Liy 3Tiv3O4與MgTiO3兩相構(gòu)成的固溶體；其 中，Mg 2+與摻雜的Zn2+離子占據(jù)A位，Li+與Ti4+離子共同占據(jù)B位。
[0008] 所述（Mga95Znatl5)Li^3Ti v3O4相為立方晶胞尖晶石結(jié)構(gòu)，空間群為Fd-3m(227)，晶 胞參數(shù)a =8.4057 A。
[0009] 所述微波介質(zhì)陶瓷的相對介電常數(shù)為19. 0?20. 9,微波性能Qf = 30, 600GHz? 47, 800GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-6. 98ppm/°C ?+17. 89ppm/°C。
[0010] 一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
[0011] 1)按照 χ(Μ8(ι.95Ζηα(ι5)0-α-2χ/3)Ι^20-(1+χ/3)--0 2 中 Li:Mg:Ti:Zn 的摩爾比， 稱取鎂、鈦和鋅的氧化物以及鋰的碳酸鹽，充分球磨后，經(jīng)烘干、過篩并壓制成塊狀體，然后 1000°C下保溫4h，得到樣品燒塊；其中，0. 27彡X彡0. 52 ;
[0012] 2)將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干、造粒、過篩，將過篩后的顆粒壓制成型，然后 在1200°C?1300°C下，燒結(jié)4h成瓷。
[0013] 所述的鎂、鈦和鋅的氧化物分別為MgO、Ti02、ZnO ;所述鋰的碳酸鹽為Li2C03。
[0014] 所述球磨的時(shí)間為每次4?5h，烘干的溫度為100?120°C。
[0015] 步驟1)所述的過篩為過120目的篩網(wǎng)；步驟2)所述的過篩是經(jīng)60目與120目篩 網(wǎng)雙層過篩。
[0016] 步驟2)所述的造粒是將球磨烘干后的粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成 微米級的球形顆粒。
[0017] 所述的步驟2)的燒結(jié)是在空氣氛圍下的燒結(jié)；所述的壓制成型是將過篩后的顆 粒壓制成塊狀或圓柱狀。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0019] 本發(fā)明根據(jù)晶體化學(xué)原理和電介質(zhì)有關(guān)理論，選取溫度系數(shù)一正一負(fù)的兩種材 料，按照特定比例相互混合形成固溶體，使得產(chǎn)物的整體溫度系數(shù)接近于0。本發(fā)明采用了 最簡單有效的固相反應(yīng)燒結(jié)的方法，首先通過選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化 物、碳酸鹽以及合適的取代物，通過一次球磨使得氧化物及碳酸鹽混合均勻，通過預(yù)燒結(jié)過 程使得氧化物及碳酸鹽進(jìn)行初步的反應(yīng)，通過二次球磨細(xì)化反應(yīng)物的顆粒尺寸，最后通過 燒結(jié)過程得到所需要的陶瓷樣品，通過本發(fā)明簡單易行的制備方法，達(dá)到了制備出溫度穩(wěn) 定陶瓷材料的目的。
[0020] 經(jīng)本發(fā)明方法制得的產(chǎn)物的分子式按照其摩爾比的組成表述為，X(Mga95Zn atl5) 0-(l-2x/3)Li20-(l+x/3)Ti02，其中0. 27彡X彡0. 52。該微波介質(zhì)陶瓷介電性能：相對介 電常數(shù)較高（19. 0?20. 9)，微波性能良好（Qf = 30, 600GHz?47, 800GHz)，諧振頻率溫度 系數(shù)可調(diào)（-6· 98ppm/°C?+17. 89ppm/°C )，化學(xué)組成及制備工藝簡單。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0022] 本發(fā)明所提供的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料的配方表達(dá)式為： 叉(]\%。.95211。.。5)0-(1-2叉/3)1^20-(1+叉/3)110 2，其中 0· 27 彡 X 彡 0· 52。
[0023] 中K值是指介電常數(shù)介于20?40之間。
[0024] 本發(fā)明的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料的具體制備方法，包括以下步驟：
[0025] 1)將化學(xué)原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方通式 X (Mga95ZnQ. J 0- (l-2x/3) Li20-(l+x/3)Ti02(其中0. 27 < x < 0. 52)充分混合球磨4?5小時(shí)，磨細(xì)后烘干、過篩、 壓塊，然后經(jīng)KKKTC預(yù)燒，并保溫4小時(shí)；
[0026] 2)將預(yù)燒后的塊體進(jìn)行二次球磨，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過 篩；
[0027] 3)將瓷料按需要壓制成型，然后在1200°C?1300°C下燒結(jié)4小時(shí)成瓷，即可得到 溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 將分析純度的原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方 0· 27 (Mga95Zntl. J 0-0. 82Li20-l. OOTiO2中的摩爾比配制后，充分混合球磨（200轉(zhuǎn)/分鐘）4個(gè)小時(shí)，然后 120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)KKKTC保溫4個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0030] 然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，在120°C下烘干后造 粒（將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒），經(jīng)60目與120目篩網(wǎng) 雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1260°C空氣下燒結(jié)4h成瓷， 即可得到溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0031] 該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)：
[0032] 1240°C?1280°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε ^ = 20. 4(7. 63GHz)，品質(zhì) 因子Q = 6264, Qf = 47, 792GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF = +17. 89ppm/°C (25°C? 85〇C ) 〇
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 將分析純度的原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方 0· 40 (Mga95Zntl. J 0-0. 73Li20-l. 13Ti02中的摩爾比配制后，充分混合球磨（200轉(zhuǎn)/分鐘）4個(gè)小時(shí)，然后 120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)KKKTC保溫4個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0035] 然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，在120°C下烘干后造 粒（將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒），經(jīng)60目與120目篩網(wǎng) 雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1260°C空氣下燒結(jié)4h成瓷， 即可得到溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0036] 該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)：
[0037] 1240°C?1280°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε ^ = 20. 9(7. 96GHz)，品質(zhì) 因子Q = 5407，Qf = 43, 401GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF = +6. 94ppm/°C (25°C? 85〇C ) 〇
[0038] 實(shí)施例3
[0039] 將分析純度的原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方 0· 46 (Mga95Zntl. J 0-0. 69Li20-l. 15Ti02中的摩爾比配制后，充分混合球磨（200轉(zhuǎn)/分鐘）4個(gè)小時(shí)，然后 120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)1000°C保溫4個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0040] 然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，在120°C下烘干后造 粒（將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒），經(jīng)60目與120目篩網(wǎng) 雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1260°C空氣下燒結(jié)4h成瓷， 即可得到溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0041] 該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)：
[0042] 1240°C?1280°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε ^ = 19. 7(7. 93GHz)，品質(zhì) 因子Q = 4457，Qf = 35, 365GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF = -3. 29ppm/°C (25°C? 85〇C ) 〇
[0043] 實(shí)施例4
[0044] 將分析純度的原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方 0· 52 (Mga95Zntl. J 0-0. 65Li20-l. 17Ti02中的摩爾比配制后，充分混合球磨（200轉(zhuǎn)/分鐘）4個(gè)小時(shí)，然后 120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)KKKTC保溫4個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0045] 然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，在120°C下烘干后造 粒（將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒），經(jīng)60目與120目篩網(wǎng) 雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1280°C空氣下燒結(jié)4h成瓷， 即可得到溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0046] 該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)：
[0047] 1260°C?1300°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε ^ = 19. 7(7. 79GHz)，品質(zhì) 因子Q = 3930，Qf = 30, 608GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF = -6. 98ppm/°C (25°C? 85〇C ) 〇
[0048] 實(shí)施例5
[0049] 將分析純度的原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方 0· 46 (Mga95Zntl. J 0-0. 69Li20-l. 15Ti02中的摩爾比配制后，充分混合球磨（200轉(zhuǎn)/分鐘）4個(gè)小時(shí)，然后 120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)KKKTC保溫4個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0050] 然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，在120°C下烘干后造 粒（將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒），經(jīng)60目與120目篩網(wǎng) 雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1°C空氣下燒結(jié)4h成瓷，即 可得到溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0051] 該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)：
[0052] 1180°C?1220°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε ^ = 19. 0(8. 03GHz)，品質(zhì) 因子Q = 2471，Qf = 19, 835GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF = -3. 35ppm/°C (25°C? 85〇C ) 〇
[0053] 實(shí)施例6
[0054] 將分析純度的原料 Li2C03、MgO、TiO2 和 ZnO 按配方 0· 46 (Mga95Zntl. J 0-0. 69Li20-l. 15Ti02中的摩爾比配制后，充分混合球磨（200轉(zhuǎn)/分鐘）4個(gè)小時(shí)，然后 120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)KKKTC保溫4個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0055] 然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，在120°C下烘干后造 粒（將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒），經(jīng)60目與120目篩網(wǎng) 雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在130(TC空氣下燒結(jié)4h成瓷， 即可得到溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0056] 該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)：
[0057] 1280°C?1320°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε ^ = 20. 7(7. 82GHz)，品質(zhì) 因子Q = 3472，Qf = 27, 151GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF = -3. 39ppm/°C (25°C? 85〇C ) 〇
【權(quán)利要求】
1. 一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，該微波介質(zhì)陶瓷的組成表述為： 叉(]\%。.95211。.。 5)0-(1-2叉/3)1^20-(1+叉/3)1102，其中 0? 27 彡x彡 0? 52。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述微 波介質(zhì)陶瓷是由（Mg^Zrv 與MgTi03兩相構(gòu)成的固溶體；其中，Mg2+與摻雜的 Zn2+離子占據(jù)A位，Li+與Ti4+離子共同占據(jù)B位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所 述（Mg〇. 95ZnaJLi2/3Ti4/304相為立方晶胞尖晶石結(jié)構(gòu)，空間群為Fd-3m(227)，晶胞參數(shù) a= 8.4057A〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述微波 介質(zhì)陶瓷的相對介電常數(shù)為19. 0?20. 9,微波性能Qf= 30, 600GHz?47, 800GHz，諧振頻 率溫度系數(shù)為-6. 98ppm/°C?+17. 89ppm/°C。
5. -種溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 按照x(Mga95ZnQ.J0- (l-2x/3)Li2〇- (l+x/3)Ti02 中Li:Mg:Ti:Zn的摩爾比，稱取鎂、 鈦和鋅的氧化物以及鋰的碳酸鹽，充分球磨后，經(jīng)烘干、過篩并壓制成塊狀體，然后l〇〇〇°C 下保溫4h，得到樣品燒塊；其中，0. 27彡x彡0. 52 ; 2) 將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干、造粒、過篩，將過篩后的顆粒壓制成型，然后在 1200°C?1300°C下，燒結(jié)4h成瓷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，所 述的鎂、鈦和鋅的氧化物分別為MgO、Ti02、ZnO;所述鋰的碳酸鹽為Li2C03。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，所 述球磨的時(shí)間為每次4?5h，烘干的溫度為100?120°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于， 步驟1)所述的過篩為過120目的篩網(wǎng)；步驟2)所述的過篩是經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過 篩。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，步 驟2)所述的造粒是將球磨烘干后的粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球 形顆粒。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度穩(wěn)定型中K值微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于， 所述的步驟2)的燒結(jié)是在空氣氛圍下的燒結(jié)；所述的壓制成型是將過篩后的顆粒壓制成 塊狀或圓柱狀。
【文檔編號】C04B35/465GK104402430SQ201410578038
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】周迪, 張一丁 申請人:西安交通大學(xué)