低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體設(shè)及一種低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是4G、5G網(wǎng)絡(luò)的迅速推進(jìn)，小型化、集成化和 低成本化成為移動通信和移動終端的發(fā)展方向。實現(xiàn)通信設(shè)備的小型化、高穩(wěn)定性和廉價 的途徑是微波電路的集成化。傳統(tǒng)的金屬諧振腔和金屬波導(dǎo)體積和重量過大，限制了微波 集成電路的發(fā)展，為此需要開發(fā)一系列適合于微波范圍內(nèi)具有高性能、高可靠工作特性的 電子材料與元器件。中等介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)微波介質(zhì)陶瓷正是在運一背景下迅速發(fā)展 起來的適合運一要求的最佳電介質(zhì)材料，它具有低微波損耗、較高的介電常數(shù)和頻率溫度 系數(shù)小等綜合特點，用其制作的濾波器具有體積小、重量輕、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)勢，是解 決目前LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)頻譜資源瓶頸問題的關(guān)鍵材料。
[000引 目前，中等介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷主要是W BaTiA、8曰2化020 和狂r，Sn) Ti04及MTiO廠LnAl03(M: Sr, Ca ;Ln:La, Nd, Sm)等為基的微波介質(zhì)材料為主。 BaTi40g、BazTigOw和狂r，Sn) TiO4研究較早，并且研究得非常系統(tǒng)，但運些陶瓷的介電 常數(shù)偏低（通常et《40)，不利于微波電路小型化的趨勢。在MTi03-LnAl03體系中， 化Ti化-NdAl化微波介質(zhì)陶瓷由于具有優(yōu)異的微波介電性能W及巧鐵礦結(jié)構(gòu)的可調(diào)性而 備受矚目。英國、俄羅斯、日本等國家的學(xué)者相繼研究開發(fā)出性能達(dá)到Ef為43~48， QXf > 40000GHz，T ^pm/°C的化TiOs-NdAl化體系微波介質(zhì)陶瓷，但在國內(nèi)尚未見該 系材料在應(yīng)用方面達(dá)到國外產(chǎn)品的性能指標(biāo)，國內(nèi)產(chǎn)品的QXf值遠(yuǎn)低于國外產(chǎn)品，僅在 35000GHz左右。國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)使用的化Ti03-NdAl03系列陶瓷主要是從日本購買合成好的 陶瓷粉末，既花費大量外匯、又不利于自主技術(shù)進(jìn)步。此外，稀±氧化物Nd203原料的昂貴， 價格對于化Ti03-NdAl03微波介質(zhì)陶瓷的商業(yè)化應(yīng)用推廣是一個非常大的限制因素。因此， 獲得一種可替代化Ti03-NdAl03陶瓷且易于批量化生產(chǎn)的低成本微波介質(zhì)陶瓷，不僅具有 重要的社會效益而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)利益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶 瓷材料，是一種可替代CaTi〇3-NdAl〇3系陶瓷的低成本CaTi〇3-LaAl〇3系微波介質(zhì)陶瓷，大 幅降低了生產(chǎn)成本，具有低損耗介電可調(diào)特性，介電常數(shù)可調(diào)，QX f高且諧振頻率溫度系數(shù) T f優(yōu)異，本發(fā)明還提供其制備方法。
[0005] 本發(fā)明所述的低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶瓷材料，化學(xué)組成為： a化狂rjii x)〇3+(l-a)Lai+yAl〇3+zwt % AI2O3，其中 0. 30《a《0. 35,0《x《0. 1， 0《y《0. 01，0《z《1。
[0006]其中：
[0007]化學(xué)組成中的 zwt%為Al2〇3占（aCa狂r Jiix)〇3+(l-a)Lai+yAl〇3)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[000引 作為一種優(yōu)選，0.300.35,0<x《0. l，0<y《 0.01，0<z《1，此種化學(xué)組成 的微波介質(zhì)陶瓷材料ef=43~48, QXf > 38500GHz，諧振頻率溫度系數(shù)If優(yōu)異，是一 種低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0009]作為一種優(yōu)選，a = 0. 31，0《X《0. 06,0《y《0. 005,0《Z《0. 6。
[0010] 作為一種優(yōu)選，a = 0. 31，0<x《0. 06,0<y《0. 005,0<z《0. 6,此種化學(xué)組成的 微波介質(zhì)陶瓷材料Ey= 45~46, QXf > 43500GHz，諧振頻率溫度系數(shù)T f優(yōu)異。
[0011] 作為一種優(yōu)選，a = 0.31，X = 0.02, y = 0.03,0. 15<z《0.5,此種化學(xué)組成的微 波介質(zhì)陶瓷材料Ey= 45~46, QXf > 45000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)T f優(yōu)異。
[0012] 本發(fā)明所述的低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括W下步 驟：
[001引 （1) W CaC03、Zr02、Ti02、La203、Al203為原料，將所有原料放入球磨機(jī)中球磨，得到 粒徑1. 5~2. 8 y m的漿料；
[0014]似將球磨過的漿料烘干后，壓制成化經(jīng)1240~1280°C預(yù)燒2~6小時，得到燒 塊；
[001引 做將預(yù)燒后的塊體粉碎，加入粉料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0~1%的Al203,0. 3%~1%的PVA、 PVB、或CMC, 0. 05%~1 %的聚丙締酸鋼和0.0 l %~0. 2%的憐酸S下脂，W去離子水為球 磨介質(zhì)球磨，得到粒徑0. 6~1. 4 y m的漿料；
[001引 （4)漿料經(jīng)噴霧造粒后，壓制成圓柱；
[0017] (5)然后進(jìn)行排膠處理，再升溫進(jìn)行燒結(jié)，即可制得低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì) 陶瓷材料。
[0018] 其中：步驟（1)中球磨機(jī)為50Kg邸式陶瓷球磨機(jī)，球磨時間為12~18小時。
[001引步驟（4)中壓制成圓柱為：在ieOMPa的壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm、高度為6mm的 圓柱。
[0020] 步驟（5)為：將樣品在650°C下保溫2小時排膠處理，然后升溫至1450°C~1520°C 進(jìn)行燒結(jié)，升溫速率為120-180°C A，保溫時間為4~化，即可制得低損耗介電可調(diào)中介微 波介質(zhì)陶瓷材料。
[0021] 作為一種優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì)陶瓷材料的 制備方法，包括W下步驟：
[00過 （1) W CaC03、Zr02、Ti02、La203、Al203為原料，將所有原料放入50KG邸式陶瓷球磨 機(jī)中球磨12~18小時，得到粒徑1. 5~2. 8 Ji m的漿料；
[0023] (2)將球磨過的漿料烘干后，在30MPa的壓強(qiáng)下壓制成直徑50mm的大片，經(jīng)W 4°C /min的升溫速率升至1240~1280°C預(yù)燒2~6小時，得到燒塊；
[0024] 做將預(yù)燒后的塊體粉碎后過30~80目篩，加入粉料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0~1 %的AI2O3， 0. 3%~1%的PVA、PVB、或CMC，0. 05%~1%的聚丙締酸鋼和0. 01%~0. 2%的憐酸S下 月旨，W去離子水為球磨介質(zhì)，用12化攬拌磨球磨2~4小時，得到粒徑0. 6~1. 4 y m的漿 料；
[002引 （4)漿料經(jīng)噴霧造粒后，在160MPa的壓強(qiáng)下壓制成直徑為15mm、高度為6mm的圓 柱；
[0026] (5)將樣品在650°C下保溫2小時排膠處理，然后升溫至1450°C~1520°C進(jìn)行燒 結(jié)，升溫速率為120-180°C A,保溫時間為4~化，即可制得低損耗介電可調(diào)中介微波介質(zhì) 陶瓷材料。
[0027] 本發(fā)明選用高介電常數(shù)、正諧振頻率溫度系數(shù)的化Ti化與低介電常數(shù)、負(fù)諧振頻 率溫度系數(shù)的低成本LaAl〇3復(fù)合，并通過向陶瓷中滲雜ZrO2、適當(dāng)調(diào)節(jié)La2〇3的含量，二次 球磨后添加Al2〇3的方式調(diào)控陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提供一種低損耗介電可調(diào)aCa狂r Jiiy) 〇3+a-a)Lai+yAl〇3+zwt% AI2O3微波介質(zhì)陶瓷材料。該系陶瓷是一種極具應(yīng)用價值的高性能 低成本的微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0029] (1)本發(fā)明選用高介電常數(shù)e 170、正諧振頻率溫度系數(shù)T產(chǎn)800ppm/°C的 化Ti〇3與低介電常數(shù)e 4、負(fù)諧振頻率溫度系數(shù)Tf>-44卵m/°C的低成本LaAl〇3復(fù) 合，并通過向陶瓷中滲雜Zr化、適當(dāng)調(diào)節(jié)Laz化的含量、二次球磨后添加Al 2化的方式調(diào)控陶 瓷的顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得一種具有低損耗介電可調(diào)特性且適用于介質(zhì)諧振器、濾波器及雙 工器等微波器件的低成本微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0030] 似本發(fā)明是一種低成本微波介電性能優(yōu)異的化Ti〇3-LaAl〇3系陶瓷材料，該微波 介質(zhì)材料的介電常數(shù)、諧振頻率溫度系數(shù)可隨化學(xué)組分比在較寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可W 根據(jù)所設(shè)計器件的要求調(diào)整結(jié)構(gòu)和性能。
[0031] 0)本發(fā)明采用價格低廉的原料、簡單易行的工藝路線，制備出可替代 CaTi〇3-NdAl〇3系陶瓷的低成本CaTiO3-LaAl〇3系微波介質(zhì)陶瓷，填補(bǔ)了目前國內(nèi)該材料自 主研發(fā)的空缺，大幅降低了生產(chǎn)成本，原料成本比化Ti〇3-NbAl〇3系微波介質(zhì)陶瓷降低了S 分之一。
【附圖說明】
[00礎(chǔ)圖 1 為實施例 13 制備的 0. 31Ca狂r0.02Ti0.J03+0.69Lai.003Al03+0. 4wt%Al203陶瓷 室溫時的X畑圖譜。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0034] 實施例1-5
[003引按通式0. 31化狂rjii x)03+0. 6化aAl03配料經(jīng)過W下步驟制備出本發(fā)明陶瓷：
[003引（1)采用分析純化學(xué)試劑化0)3、2啤、1'102、1曰203、41203為原料，按0.31化紅；1'11,) 化+0. 6化aAl化的化學(xué)通式摩爾配比，其中0《X《0. 06。將配好的原料放入50KG邸式陶 瓷球磨機(jī)中球磨16小時，得到粒徑2. 3 Ji m的漿料；
[0037] (2)將球磨過的漿料烘干后，在30MPa的壓強(qiáng)下壓制成直徑50mm的大片，經(jīng)W 4°C /min的升溫速率升至12