CN103979953A - 一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法，其成分包括主材料BaCO₃和TiO₂、改性剂La₂O₃、烧结助剂MnO₂，所述BaCO₃与TiO₂的质量比为1：4，改性剂La₂O₃的配比为BaCO₃和TiO₂总量的1%-3%，烧结助剂MnO₂的配比为BaCO₃和TiO₂总量的0.12％。其工艺包括如下步骤：将各成分材料按配比称量好；将BaCO₃、TiO₂加去离子水，进行球磨，烘干；再加入烧结助剂MnO₂进行球磨烘干，再压干成型，得到基片；将所述基片进行烧结，随炉冷却，再通过表面加工，制得微波介质陶瓷。本发明在很大程度上降低了烧结温度和缩短了烧结时间，降低了能耗，提高了陶瓷的致密性，拓宽了生产和使用工艺条件，降低了生产成本和技术难度。

Description

一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及介质陶瓷领域，尤其涉及一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法。 

背景技术

微波介质陶瓷是一种在微波频段电路中作为介质材料的新型功能电子陶瓷，其具有介电常数高、损耗低、频率温度系数小等特点。微波介质陶瓷可以制成介质谐振器、双工器、介质滤波器等微波元器件，应用于移动通讯、卫星通讯军用雷达和卫星定位导航***等领域，以满足上述基站天馈***中滤波单元小型化及第损耗等高性能指标的需要。近年来随着微波通信技术的高速发展，微波通讯对器件及材料的要求也越来越高，除了要求高介电常数、高品质因素和接近于零的谐振频率及温度系数外，追求器件的小型化、集成化、高可靠性的材料已成为高技术微波陶瓷领域的重点研究方向之一。微波介质陶瓷作为微波通讯技术关键元器件材料，以其优良的高频介电性能，在微波通信技术领域中具有较大的应用价值。 

现有技术中大都采用机械混合与固相烧结结合的制备方法，即将固态粉体原料在搅拌式球磨中充分混合均匀后在高温煅烧条件下发生固相反应而制备出所需陶瓷粉体，进行压制成型、固相烧结成介质陶瓷材料。在传统的制备方法中，有氧化铝添加改性剂氧化镁、碳酸钙、二氧化硅、氧化硼来进行改性制成微波介质陶瓷，也有钨酸盐添加改性剂氧化钐来进行改性制成微波介质陶瓷，。这种传统的制备方法高温烧结过程中粉体反应活性较差，需要高达900℃以上的烧结温度和4小时以上的烧结时间，导致了极高的生产能耗。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法，从而解决背景技术中存在的问题。 

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： 

一种新型稀土改性微波介质陶瓷，其特征是：其成分包括主材料BaCO₃和TiO₂、改性剂La₂O₃、烧结助剂MnO₂，所述BaCO₃与TiO₂的质量比为1：4，改性剂La₂O₃的配比为BaCO₃和TiO₂总量的1%-3%，烧结助剂MnO₂的配比为BaCO₃和TiO₂总量的0.12％。

镧(La)是一种稀土元素，在元素周期表中，镧(La)与钡（Ba）相邻，金属镧的化学性质活泼在空气中易氧化，新鲜的表面遇空气迅速变暗；生成氧化物La₂O₃，La₂O₃化学性质活泼，通过对按照一定配比的BaCO₃和TiO₂材料进行改性，能增加活性和导电性。通掺杂0.12wt％MnO₂烧结助剂降低陶瓷烧成温度和成本，从而制备出结构致密，烧结温度低的BaTi₄O₉微波陶瓷介质基片，过后序极化和金属化加工即得微波介质陶瓷。 

一种新型稀土改性微波介质陶瓷的制备方法，具体包括如下步骤： 

（1）将BaCO₃和TiO₂按1：4的配比称量，将改性剂La₂O₃按1%-3%的配比称量，将其进行混合，加去离子水，放入球罐中进行球磨6小时得到均匀细化的混合原料；

（2）在空气中以每分钟4℃升至1150℃下预烧2小时后，随炉冷却；

（3）再将第（1）步所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得BaTi₄O₉粉体；

（4）按0.12wt％的配比称量MnO₂添加到BaTi₄O₉粉体，进行进行第三次球磨，过80目筛再烘干；

（5）将步骤（4）中得到的粉体加入10％PVA（聚乙烯醇）利用造粒机进行造粒，过筛；

（6）在30MPa下利用压力机进行干压成型，得到基片；

（7）将所述基片进行烧结，以每分钟3℃的升温速度至600℃，并保温40分钟，然后以每分钟5℃的升温速度至680～800℃并保温2小时，随炉冷却；

（8）再通过表面加工，即得微波介质陶瓷。

本发明具有以下有益效果： 

本发明以BaCO₃和TiO₂为主要材料，通过掺杂0.12wt％MnO₂改性和烧成工艺技术调整方案，从而制备出了结构致密，烧结温度低的BaTiO₃微波陶瓷介质基片。该基片介电常数达到38.8，烧结温度为680～800℃，通过后序极化和金属化加工，该基片完全可满足卫星天线和移动基站滤波器用介质基片材料，本发明在很大程度上降低了烧结温度和缩短了烧结时间，降低了能耗，提高了陶瓷的致密性，拓宽了生产和使用工艺条件，降低了生产成本和技术难度。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。 

实施例1： 

（1）称取BaCO₃20份、TiO₂80份、La₂O₃1份进行混合，加去离子水，放入球罐中进行球磨6小时得到均匀细化的混合原料；

（2）在空气中以每分钟4℃升至1150℃下预烧2小时后，随炉冷却；

（3）再将第（1）步所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得BaTi₄O₉粉体；

（4）称取0.12份的MnO₂添加到BaTi₄O₉粉体，进行进行第三次球磨，过80目筛再烘干；

（5）将步骤（4）中得到的粉体加入10％PVA（聚乙烯醇）利用造粒机进行造粒，过筛；

（6）在30MPa下利用压力机进行干压成型，得到基片；

（7）将所述基片进行烧结，以每分钟3℃的升温速度至600℃，并保温40min，然后以每分钟5℃的升温速度至680℃并保温2h，随炉冷却；

（8）再通过表面加工，即得微波介质陶瓷。

实施例2： 

（1）称取BaCO₃40份、TiO₂160份、La₂O₃4份进行混合，加去离子水，放入球罐中进行球磨6小时得到均匀细化的混合原料；

（2）在空气中以每分钟4℃升至1150℃下预烧2小时后，随炉冷却；

（3）再将第（1）步所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得BaTi₄O₉粉体；

（4）称取0.24份的MnO₂添加到BaTi₄O₉粉体，进行进行第三次球磨，过80目筛再烘干；

（5）将步骤（4）中得到的粉体加入10％PVA（聚乙烯醇）利用造粒机进行造粒，过筛；

（6）在30MPa下利用压力机进行干压成型，得到基片；

（7）将所述基片进行烧结，以每分钟3℃的升温速度至600℃，并保温40min，然后以每分钟5℃的升温速度至750℃并保温2h，随炉冷却；

（8）再通过表面加工，即得微波介质陶瓷。

实施例3 

（1）称取BaCO₃80份、TiO₂320份La₂O₃12份、进行混合，加去离子水，放入球罐中进行球磨6小时得到均匀细化的混合原料；

（2）在空气中以每分钟4℃升至1150℃下预烧2小时后，随炉冷却；

（3）再将第（1）步所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得BaTi₄O₉粉体；

（4）称取0.48份的MnO₂添加到BaTi₄O₉粉体，进行进行第三次球磨，过80目筛再烘干；

（5）将步骤（4）中得到的粉体加入10％PVA（聚乙烯醇）利用造粒机进行造粒，过筛；

（6）在30MPa下利用压力机进行干压成型，得到基片；

（7）将所述基片进行烧结，以每分钟3℃的升温速度至600℃，并保温40min，然后以每分钟5℃的升温速度至800℃并保温2h，随炉冷却；

（8）再通过表面加工，即得微波介质陶瓷。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (2)

1.一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法，其特征是：所述微波介质陶瓷的成分包括主材料BaCO₃和TiO₂、改性剂La₂O₃、烧结助剂MnO₂，所述BaCO₃与TiO₂的质量比为1：4，改性剂La₂O₃的配比为BaCO₃和TiO₂总量的1%-3%，烧结助剂MnO₂的配比为BaCO₃和TiO₂总量的0.12％。

2.一种新型稀土改性微波介质陶瓷及其制备方法，其特征是：所述制备方法包括如下步骤：

（1）将BaCO₃和TiO₂按1：4的配比称量，将改性剂La₂O₃按1%-3%的配比称量，将其进行混合，加去离子水，放入球罐中进行球磨6小时得到均匀细化的混合原料；

（2）在空气中以每分钟4℃升至1150℃下预烧2小时后，随炉冷却；

（3）再将第（1）步所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得BaTi₄O₉粉体；

（4）按0.12wt％的配比称量MnO₂添加到BaTi₄O₉粉体，进行进行第三次球磨，过80目筛再烘干；

（5）将步骤（4）中得到的粉体加入10％PVA（聚乙烯醇）利用造粒机进行造粒，过筛；

（6）在30MPa下利用压力机进行干压成型，得到基片；

（7）将所述基片进行烧结，以每分钟3℃的升温速度至600℃，并保温40分钟，然后以每分钟5℃的升温速度至680～800℃并保温2小时，随炉冷却；

（8）再通过表面加工，即得微波介质陶瓷。