CN103360082B - 一种谐振子及制备方法、介质滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种谐振子，包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，所述谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，所述支撑体的材料为第二陶瓷粉，并且所述谐振子本体和所述支撑体异质共烧一体成型为谐振子，还涉及制备该谐振子的方法和包括该谐振子的介质滤波器。谐振子本体和支撑体异质共烧一体成型为谐振子，不需要额外的粘结步骤，并且只需对一体成型的谐振子打磨一次，无须分别对谐振子本体和支撑体进行打磨，简化了谐振子的制作工艺；并且谐振子本体和支撑体之间还设置有材料层，满足对烧结收缩和热胀冷缩率的匹配，进而达到控制样品不变形翘曲(扭曲)，降低了热应力。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种谐振子及制备方法、介质滤波器。
【背景技术】
现代通信需要各种滤波器，陶瓷介质滤波器比金属腔滤波器有可实现小型化的优势。滤波器用的谐振子包括高介电和低损耗的陶瓷谐振子本体及与之相连的低介电常数和低损耗的陶瓷支撑体，将不同性能的陶瓷材料连在一起要用粘结的方法，例如有机胶、玻璃粉涂覆熔化及固化，但这些方法需要加工陶瓷谐振子本体和陶瓷支撑体，后将它们连接或粘结起来，并且需要对谐振子本体和支撑体各打磨一次，加工工序繁琐。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种共烧一体成型的谐振子及制备方法，还提供一种包括该谐振子的介质滤波器，利用异质共烧一体成型的方法，不需要额外的粘结步骤，从而简化了谐振子的制备工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种谐振子，包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，所述谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，所述支撑体的材料为第二陶瓷粉，并且所述谐振子本体和所述支撑体共烧一体成型为谐振子。
所述谐振子本体和所述支撑体之间还设置有材料层，所述材料层的成分包括制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉。
所述第一陶瓷粉为介电常数为30～45、损耗正切角小于0.0001的陶瓷粉。
进一步改进，所述第一陶瓷粉优选CaTiO3体系、BaTi4O9体系、MgTiO3-CaTiO3体系或BaO-2ZnO-4TiO2体系。
所述第二陶瓷粉为介电常数小于10、损耗正切角小于0.0001的陶瓷粉。
进一步改进，所述第二陶瓷粉优选微晶玻璃或玻璃陶瓷复合材料。
进一步改进，所述微晶玻璃包括ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系。
进一步改进，所述玻璃陶瓷复合材料包括Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或BaTi4O9-Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系。
所述材料层中第一陶瓷粉与第二陶瓷粉的重量比为3∶7～7∶3。
所述材料层包括多个材料片层，多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层。
一种谐振子的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将制备谐振子本体的第一陶瓷粉采用干压工艺或冷等静压工艺制成谐振子本体坯料；
将制备支撑体的第二陶瓷粉采用干压工艺或冷等静压工艺制成支撑体坯料；
按不同比例将制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉混合均匀，形成多份混合粉料，将多份混合粉料分别采用干压工艺或冷等静压工艺制成多片材料片层坯料；
将谐振子本体坯料、多片材料片层坯料核支撑体坯料依次叠层放入模具中形成预压整体，并进行压合形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中烧结，一体成型为谐振子。
所述多个材料片层按所述第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层。
一种介质滤波器，包括壳体，以及设置在壳体上的输入端和输出端，还包括至少一个设置在壳体内的谐振腔，所述谐振腔内设置有谐振子，所述谐振子包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，所述谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，所述支撑体的材料为第二陶瓷粉，并且所述谐振子本体和所述支撑体共烧一体成型为谐振子。
所述谐振子本体和所述支撑体之间还设置有材料层，所述材料层的成分包括制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉。
所述材料层包括多个材料片层，多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层。
本发明的有益效果为：谐振子本体和支撑体异质共烧一体成型为谐振子，不需要额外的粘结步骤，并且只需对一体成型的谐振子打磨一次，无须分别对谐振子本体和支撑体进行打磨，简化了谐振子的制作工艺；并且谐振子本体和支撑体之间还设置有材料层，满足对烧结收缩和热胀冷缩率的匹配，进而达到控制样品不变形翘曲(扭曲)，降低了热应力。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种谐振子，包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，支撑体的材料为第二陶瓷粉，谐振子本体和支撑体异质共烧一体成型为谐振子。因此减少了额外的粘结步骤，并且只需对一体成型的谐振子打磨一次，无须分别对谐振子本体和支撑体进行打磨，简化了谐振子的制作工艺。
异质一步共烧要求制备谐振子本体的第一陶瓷粉与制备支撑体的第二陶瓷粉具有大致相同的烧结温度。制备谐振子本体的第一陶瓷粉一般选用的是介电常数为30～45、损耗正切角小于0.0001的陶瓷粉，其烧结温度在1000℃到1350℃，而目前制备支撑体一般采用氧化铝，但氧化铝的烧结温度高达1550℃，因此本发明制备支撑体的第二陶瓷粉选用一些低损耗、低介电常数和低烧结温度的微晶玻璃或玻璃陶瓷复合材料(其介电常数小于10、损耗正切角小于0.0001)，来匹配第一陶瓷粉和第二陶瓷粉的烧结温度。如果所选用的第一陶瓷粉的烧结温度高于第二陶瓷粉的烧结温度，不能使两者的烧结温度相匹配，但为了保证两者烧结后都非常致密，可以在第一陶瓷粉中加入一些二氧化硅、氧化硼和/或氧化铜等填料降低其烧结温度。
其中第一陶瓷粉包括CaTiO3体系、BaTi4O9体系、MgTiO3-CaTiO3体系或BaO-2ZnO-4TiO2体系等，第二陶瓷粉包括ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系、Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系、Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或BaTi4O9-Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系等。
烧结温度匹配后，为了减少烧结过程中的热应力，谐振子本体和支撑体之间还设置有材料层，其中材料层由上述的第一陶瓷粉和第二陶瓷粉制备而成，且第一陶瓷粉与第二陶瓷粉的重量比为3∶7～7∶3。
最优的技术方案，也可以把中间的材料层设计成具有梯度的材料层，用以满足对烧结收缩和热胀冷缩率的匹配，进而达到控制样品不变形翘曲(扭曲)，并更加有效的降低热应力；具体为材料层包括多个材料片层，多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，也可以按第二陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层；当材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减时，含有第一陶瓷粉比重最多的材料片层紧挨着谐振子本体，然后逐层递减排列，使当材料片层中的第二陶瓷粉含量比逐渐增多时慢慢靠近支撑体。
一种谐振子的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将制备谐振子本体的第一陶瓷粉采用干压工艺或冷等静压工艺在30～50MPa的低压条件下制成谐振子本体坯料；
将制备支撑体的第二陶瓷粉采用干压工艺或冷等静压工艺在30～50MPa的低压条件下制成支撑体坯料；
按不同比例将第一陶瓷粉和第二陶瓷粉混合均匀，形成多份混合粉料，将多份混合粉料分别采用干压工艺或冷等静压工艺在30～50MPa的低压条件下制成多片材料片层坯料；
将谐振子本体坯料、多片材料片层坯料和支撑体坯料依次叠层放入模具中形成预压整体，在140～160MPa的高压条件下压合形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中烧结，烧结后经过打磨加工制得所需形状的一体化谐振子。
或者也可以将谐振子本体坯料、多片材料片层坯料、支撑体坯料依次叠层形成预烧整体，然后将预烧整体直接在30～50MPa条件下热压烧结，后经过打磨加工制得所需形状的一体化谐振子。
谐振子本体和支撑体异质共烧一体成型为谐振子，不需要额外的粘结步骤，并且只需对一体成型的谐振子打磨一次，无须分别对谐振子本体和支撑体进行打磨，该方法简化了谐振子的制作工艺。
其中多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，也可以按第二陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层，用以满足对烧结收缩和热胀冷缩率的匹配，进而达到控制样品不变形翘曲(扭曲)，并更加有效的降低热应力。
一种介质滤波器，包括壳体，以及设置在壳体上的输入端和输出端，还包括至少一个设置在壳体内的谐振腔，所述谐振腔内设置有谐振子，所述谐振子包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，支撑体的材料为第二陶瓷粉，并且谐振子本体和支撑体异质共烧一体成型为谐振子。
实施例一
将CaTiO3陶瓷粉采用冷等静压工艺在30MPa的低压条件下制成谐振子本体坯料；
将ZnO-B2O3-P2O5-SiO2微晶玻璃采用冷等静压工艺在35MPa的低压条件下制成支撑体坯料；
将谐振子本体坯料、支撑体坯料依次叠层形成预压整体，在压强为150MPa下压合形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中烧结2～4小时，其烧结温度为1000℃～1100℃，冷却后经过打磨加工制得所需形状的一体化谐振子。
实施例二
实施例二相对于实施例一的不同点在于：由于CaTiO3的烧结温度比较高为1500℃左右，在实施例二中，ZnO-B2O3-P2O5-SiO2微晶玻璃的烧结温度为1100℃，所以当烧结温度为1000℃～1100℃时，适合微晶玻璃烧结致密温度，但由于纯CaTiO3的烧结温度比较高，烧结后没有达到预期的致密程度，因此实施例三的改进点在于：在CaTiO3陶瓷粉中加入10％～25％(重量)的SiO2、B2O3或CuO等以便降低CaTiO3陶瓷粉的烧结温度，使CaTiO3陶瓷粉和ZnO-B2O3-P2O5-SiO2微晶玻璃的烧结温度相匹配。
因此，当所选用的第一陶瓷粉的烧结温度与第二陶瓷粉的烧结温度还不能完全达到烧结温度相匹配时，可以在第一陶瓷粉中加入一些二氧化硅、氧化硼和/或氧化铜等填料降低其烧结温度，也可以同时在微晶玻璃或玻璃陶瓷材料中加入20vol％-40vol％氧化铝来提高烧结致密温度，保证两者烧结温度一直，烧结后都非常致密。
实施例三
实施例三相对于实施例一的不同在于：为了降低烧结过程中的热应力，在谐振子本体和支撑体之间设置材料层，该材料层由制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉制成。具体步骤如下
将CaTiO3陶瓷粉采用冷等静压工艺在35MPa的低压条件下制成谐振子本体坯料；
将ZnO-B2O3-P2O5-SiO2微晶玻璃采用冷等静压工艺在30MPa的低压条件下制成支撑体坯料；
按CaTiO3和ZnO-B2O3-P2O5-SiO2按3∶7的重量比混合均匀，形成混合粉料，将混合粉料采用冷等静压工艺在40MPa的低压条件下制成材料片层坯料；
将谐振子本体坯料、材料片层坯料和支撑体坯料依次叠层放入模具中，在200MPa的低压条件下形成预压整体，在压强为150MPa下压合形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中烧结4～5小时，其烧结温度为1100℃～1150℃，冷却后经过打磨加工制得所需形状的一体化谐振子。
当然为了更好的匹配两者的烧结温度，在本实施例的基础上在第一陶瓷粉中加入10％～25％(重量)的二氧化硅、氧化硼和/或氧化铜等填料降低其烧结温度，也可以同时在微晶玻璃或玻璃陶瓷材料中加入20vol％～40vol％氧化铝来提高烧结致密温度，保证两者烧结温度一直，烧结后都非常致密。
实施例四
选用烧结温度相匹配的两种陶瓷粉，BaTi4O9陶瓷粉制备谐振子本体，Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2玻璃陶瓷复合材料制备支撑体，当然也可以选用其他烧结温度相匹配的两种陶瓷粉。
将BaTi4O9陶瓷粉采用干压工艺在35MPa的低压条件下制成谐振子本体坯料；
将Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2玻璃陶瓷复合材料采用干压工艺在30MPa的低压条件下制成支撑体坯料；
按重量比3∶7、1∶1、7∶3比例将BaTi4O9陶瓷粉和Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2玻璃陶瓷复合材料混合均匀，形成三份混合粉料，将多份混合粉料分别采用干压工艺在40MPa的低压条件下制成三片材料片层坯料；
将谐振子本体坯料、三片材料片层坯料和支撑体坯料依次叠层形成预压整体，在压强为150MPa下压合形成预烧整体；其中重量比为7∶3的材料片层紧挨着谐振子本体，然后按BaTi4O9陶瓷粉的含量递减排列，使重量比为3∶7的材料片层紧挨着支撑体；
将预烧整体放入烧结炉中烧结2～4小时，其烧结温度为1100℃～1120℃，冷却后经过打磨加工制得所需形状的一体化谐振子。
其中三片材料片层坯料压合烧结后形成具有梯度的材料层，用以满足对烧结收缩和热胀冷缩率的匹配，进而达到控制样品不变形翘曲(扭曲)，并更加有效的降低热应力。
实施例五
实施例五相对于实施例四的不同点在于：具有梯度的材料层包括多片材料片层，每个材料片层的成分相同但含量不同，按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，也可以按第二陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，且第一陶瓷粉与第二陶瓷粉的重量比为3∶7～7∶3，因此材料层形成的梯度排列的材料片层越多，在烧结过程中降低热应力的效果越好。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (6)
1.一种谐振子，包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，其特征在于，所述谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，所述支撑体的材料为第二陶瓷粉，并且所述谐振子本体和所述支撑体共烧一体成型为谐振子
其中，所述谐振子本体和所述支撑体之间还设置有材料层，所述材料层的成分包括制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉，所述材料层包括多个材料片层，多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层，
所述第一陶瓷粉选自CaTiO3体系、BaTi4O9体系、MgTiO3-CaTiO3体系或BaO-2ZnO-4TiO2体系，
所述第二陶瓷粉选自微晶玻璃或玻璃陶瓷复合材料，所述微晶玻璃包括ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系，所述玻璃陶瓷复合材料包括Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或BaTi4O9-Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系。
2.根据权利要求1所述的谐振子，其特征在于，所述第一陶瓷粉为介电常数为30～45、损耗正切角小于0.0001的陶瓷粉。
3.根据权利要求1所述的谐振子，其特征在于，所述第二陶瓷粉为介电常数小于10、损耗正切角小于0.0001的陶瓷粉。
4.根据权利要求1所述的谐振子，其特征在于，所述材料层中第一陶瓷粉与第二陶瓷粉的重量比为3:7～7:3。
5.一种谐振子的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将制备谐振子本体的第一陶瓷粉采用干压工艺或冷等静压工艺制成谐振子本体坯料；
将制备支撑体的第二陶瓷粉采用干压工艺或冷等静压工艺制成支撑体坯料；
按不同比例将制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉混合均匀，形成多份混合粉料，将多份混合粉料分别采用干压工艺或冷等静压工艺制成多片材料片层坯料，其中，多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层；
将谐振子本体坯料、多片材料片层坯料和支撑体坯料依次叠层放入模具中形成预压整体，并进行压合形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中烧结，一体成型为谐振子，
其中，所述第一陶瓷粉选自CaTiO3体系、BaTi4O9体系、MgTiO3-CaTiO3体系或BaO-2ZnO-4TiO2体系，
所述第二陶瓷粉选自微晶玻璃或玻璃陶瓷复合材料，所述微晶玻璃包括ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系，所述玻璃陶瓷复合材料包括Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或BaTi4O9-Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系。
6.一种介质滤波器，包括壳体，以及设置在壳体上的输入端和输出端，还包括至少一个设置在壳体内的谐振腔，所述谐振腔内设置有谐振子，所述谐振子包括谐振子本体和支撑谐振子本体的支撑体，其特征在于，所述谐振子本体的材料为第一陶瓷粉，所述支撑体的材料为第二陶瓷粉，所述谐振子本体和所述支撑体之间还设置有材料层，所述材料层的成分包括制备谐振子本体的第一陶瓷粉和制备支撑体的第二陶瓷粉，并且所述谐振子本体和所述支撑体共烧一体成型为谐振子，所述材料层包括多个材料片层，多个材料片层按第一陶瓷粉含量逐渐递减或递增排列，形成梯度材料层，
所述第一陶瓷粉选自CaTiO3体系、BaTi4O9体系、MgTiO3-CaTiO3体系或BaO-2ZnO-4TiO2体系，
所述第二陶瓷粉选自微晶玻璃或玻璃陶瓷复合材料，所述微晶玻璃包括ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系，所述玻璃陶瓷复合材料包括Al2O3-ZnO-B2O3-P2O5-SiO2体系或BaTi4O9-Bi2O3-B2O3-ZnO-Al2O3体系。
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