CN102531581A - 一种中介电常数高q值微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料科学技术领域，尤其涉及一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷及其制备方法。一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷，其配方表达式为：xCa_aSr_1-aTiO₃-(1-x)Sm_bY_(1-b)AlO₃+ywt%BO，其中，BO为MnO₂、WO₃、CeO₂、Nb₂O₅、TiO₂、Fe₂O₃、Ta₂O₃中的一种或多种混合而成，0.6≤x≤0.8,0.01≤a≤0.2,0.4≤b≤1,0≤y≤3。本发明的微波介质陶瓷具有中介电常数，高Q值，谐振频率温度系数可调等特点，其介电常数为42~50，Qf值为30000~40000GHz，谐振频率温度系数实现系列化-10≤Tf≤+10ppm，可用来制造大功率、高稳定性的滤波器、双工器、合路器等微波频率器件。因此，本发明在工业上具有极大的应用价值。

Description

一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，尤其涉及一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是一类应用于微波频段（300MHz～300GHz），在电路***中发挥介质隔离、介质波导和介质谐振等一系列电路功能的陶瓷。用微波介质陶瓷制得的谐振器、滤波器、天线、双工器等频率器件可广泛应用于无线通信、卫星信号接收、各种雷达***、全球卫星信号导航***等众多领域；特别是近年来通讯基站、数字电视接收***等的长足发展，对中介电常数高Q值微波介质陶瓷需求越来越大，同时也提出了更高的要求：介电常数应较大，以减小器件的尺寸大小；Qf值应越高越好，以减小微波元器件的介电损耗；谐振频率温度系数应系列化，以满足不同产品需求，达到产品随温度变化性能的稳定性。

目前，已见报道的中介电常数高Q值微波介质材料体系和介电性能如下：（1）BaTi₄O₉，ε_r≈38，Qf=30000～40000GHz，τ _f ≈+14ppm/℃；（2）Ba₂Ti₉O₂₀，ε_r≈39，Qf=32000～40000GHz，τ _f ≈4ppm/℃；（3）(Zr,Sn)TiO₄，ε_r≈37～39，Qf=32000～40000GHz，τ _f ≈-4～+12ppm/℃。上述材料ε_r都在40以下，为了制备ε_r大于40、高Q值微波介质陶瓷材料，本发明选用较大介电常数(Ca,Sr)TiO₃材料和高Q值(Sm,Y)AlO₃材料进行复合，成功制备出ε_r=42～50中介电常数高Q值微波介质材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供的一个目的是提供及一种介电常数为42～50、高Q值、谐振频率温度系数可调的中介电常数高Q值微波介质陶瓷。本发明的另外一个目的是提供一种上述的中介电常数高Q值微波介质陶瓷的制备方法。

为了实现上述的第一个目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷，该微波介质陶瓷的原料配方表达式为：xCa_aSr_1-aTiO₃+(1-x)Sm_bY_(1-b)AlO₃+ywt%BO；其中，

0.6≤x≤0.8；

0.01≤a≤0.3；

0.4≤b≤1；

0≤y≤3，y为占xCaTi_aO₃+(1-x)Sm_bY_(1-b)AlO₃的质量百分数；

所述BO为MnO₂、WO₃、CeO₂、Nb₂O₅、TiO₂、Fe₂O₃、Ta₂O₃中的一种或多种混合而成。

作为优选，上述的微波介质陶瓷的原料配方中0.68≤x≤0.75；0.01≤a≤0.2；0.6≤b≤0.9；0≤y≤1。

再作为优选，上述的微波介质陶瓷的原料配方中0.01≤a≤0.05；0.6≤b≤0.8；0≤y≤0.7。

为了实现上述的第二个目的，本发明所采用的技术方案如下：

上述中介电常数高Q值微波介质陶瓷制备方法，该方法依次按如下步骤：

1）将原材料CaCO₃、SrCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Y₂O₃和Al₂O₃在400℃～1000℃进行热处理2小时；

2）将CaCO₃、SrCO₃、TiO₂按Ca_aSr_1-aTiO₃化学式配料，湿式球磨法混合18～30小时，烘干后在1100～1200℃，大气气氛中预烧2.5～3.5小时，合成Ca_aSr_1-aTiO₃；

3）将Sm₂O₃、Y₂O₃和Al₂O₃按Sm_bY_(1-b)AlO₃化学式配料，湿式球磨法混合18～30小时，烘干后在1150～1300℃，大气气氛中预烧2.5～3.5小时，合成Sm_bY_(1-b)AlO₃；

4）将合成的Ca_aSr_1-aTiO₃、Sm_bY_(1-b)AlO₃和原材料BO按所述的配方二次配料，用湿式球磨法混合18～30小时，烘干后得到瓷料；把这种瓷料加入5wt%聚乙烯醇粘合剂造粒，在4～6MPa压力下压制圆片，在1400～1500℃，大气气氛中烧结3～8小时，得到所述的中介电常数高Q值微波介质陶瓷材料。

采用上述配方及工艺组成的本发明，通过SrCO₃部分取代CaCO₃，在保证Qf值较大的情况下有效提高了介电常数；通过Y₂O₃部分取代Sm₂O₃，可有效提高Q值；氧化物BO适量的引入，可有效提高Q值和降低成烧温度；本发明可得到ε_r=42～50，Qf值为30000～40000 GHz，谐振频率温度系数可调（-10≤Tf≤+10ppm）的微波介质陶瓷材料。本发明的工艺中通过对原材料进行热处理，可有效提高粉料纯度与活性，达到提高Qf值的目的；该材料工艺过程易控制，重现性好，适用于大规模生产。

附图说明

图1是实施例4所制得瓷体断面的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

首先将原材料CaCO₃、SrCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Y₂O₃和Al₂O₃在400℃～1000℃进行热处理2小时。

其次将CaCO₃、SrCO₃、TiO₂按Ca_aSr_1-aTiO₃化学式配料，湿式球磨法混合18～30小时，烘干后在1100～1200℃，大气气氛中预烧3小时，合成Ca_aSr_1-aTiO₃。将Sm₂O₃、Y₂O₃和Al₂O₃按Sm_bY_(1-b)AlO₃化学式配料，湿式球磨法混合18～30小时，烘干后在1150～1300℃，大气气氛中预烧3小时，合成Sm_bY_(1-b)AlO₃。

然后将合成的 Ca_aSr_1-aTiO₃、Sm_bY_(1-b)AlO₃和原材料BO按权利要求1所述的配方二次配料，用湿式球磨法混合18～30小时，烘干后得到瓷料。把这种瓷料加入5wt%聚乙烯醇（PVA）粘合剂造粒，在5MPa压力下压制成直径20mm，厚度11～13mm的圆片，在1400～1500℃，大气气氛中烧结3～8小时，得到中介电常数高Q值微波介质陶瓷材料。

表1示出了构成本发明的配方组成，表2示出了对应的工艺条件及介电性能。

表1配方组成

表2 工艺条件及介电性能

编号	热处理 温度（℃）	成烧温度（℃）	εr	Qf	Tf
						1	400	1500	42.5	42000	-1.7
2	400	1500	42.6	41200	-2.1
						3	400	1500	43.1	40200	0.1
4	600	1480	44.5	40000	1.1
						5	600	1480	45.2	39600	2.5
6	600	1480	45.8	39000	3.0
						7	800	1450	47.5	34600	4.1
8	800	1480	46.8	38200	3.5
						9	800	1450	47.0	35800	3.8
10	800	1450	47.1	34800	3.6
						11	1000	1450	47.3	33000	3.5
12	1000	1450	47.7	33900	3.8

用扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察实施例4瓷体断面的微观形貌，结果如图1所示。从图中可以看出，瓷体断面致密，仅有少量微小气孔的存在，符合高Q材料瓷体致密的特性。

上述实施例阐明了本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化和修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷，其特征在于该微波介质陶瓷的原料配方表达式为：xCa_aSr_1-aTiO₃+ (1-x)Sm_bY_(1-b)AlO₃+ywt%BO；其中，

0.6≤x≤0.8；

0.01≤a≤0.3；

0.4≤b≤1；

0≤y≤3，y为占xCaTi_aO₃+(1-x)Sm_bY_(1-b)AlO₃的质量百分数；

所述BO为MnO₂、WO₃、CeO₂、Nb₂O₅、TiO₂、Fe₂O₃、Ta₂O₃中的一种或多种混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷，其特征在于该微波介质陶瓷的原料配方中0.68≤x≤0.75；0.01≤a≤0.2；0.6≤b≤0.9；0≤y≤1。

3.根据权利要求2所述的一种中介电常数高Q值微波介质陶瓷，其特征在于该微波介质陶瓷的原料配方中0.01≤a≤0.05；0.6≤b≤0.8；0≤y≤0.7。

4.一种制备如权利要求1或2或3所述的中介电常数高Q值微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于该方法依次按如下步骤：

1）将原材料CaCO₃、SrCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Y₂O₃和Al₂O₃在400℃～1000℃进行热处理2小时；

2）将CaCO₃、SrCO₃、TiO₂按Ca_aSr_1-aTiO₃化学式配料，湿式球磨法混合18～30小时，烘干后在1100～1200℃，大气气氛中预烧2.5～3.5小时，合成Ca_aSr_1-aTiO₃；

3）将Sm₂O₃、Y₂O₃和Al₂O₃按Sm_bY_(1-b)AlO₃化学式配料，湿式球磨法混合18～30小时，烘干后在1150～1300℃，大气气氛中预烧2.5～3.5小时，合成Sm_bY_(1-b)AlO₃；

4）将合成的Ca_aSr_1-aTiO₃、Sm_bY_(1-b)AlO₃和原材料BO按所述的配方二次配料，用湿式球磨法混合18～30小时，烘干后得到瓷料；把这种瓷料加入5wt%聚乙烯醇粘合剂造粒，在4～6MPa压力下压制圆片，在1400～1500℃，大气气氛中烧结3～8小时，得到所述的中介电常数高Q值微波介质陶瓷材料。

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