CN111499372A - 一种低温节能制备LiMgPO4微波陶瓷材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低温节能制备LiMgPO4微波陶瓷材料的方法，LiMgPO4与不高于20wt％的水或者醋酸混合，形成固液混合物，再采用热压方法，通过调节烧结温度(ST)、保温时间(T)和施加压力(P)实现其致密化成陶瓷，其中：ST为150℃，200℃，250℃或300℃；T＝30min，60min或90min；P＝350MPa或600MPa；通过该方法获得的LiMgPO4陶瓷，其介电常数(εr)范围为5.1～6.5，品质因数Q×f的范围为3,600GHz～16,000GHz，谐振频率温度系数(TCF)的范围为‑46.1ppm/℃～‑59.5ppm/℃。该方法制备的LiMgPO4微波陶瓷材料在微波射频***(例如5G/6G通讯***)等中可以作为基片、谐振天线等电子元器件材料使用。相比于常规陶瓷烧结(HTCC与LTCC)技术，该方法不仅可以在较低的温度范围内实现致密化，还可以减少其制备加工过程中碳排放和能源消耗。

Description

一种低温节能制备LiMgPO4微波陶瓷材料的方法
技术领域
本发明涉及通讯电子电路元器件材料与低碳节能生产技术领域，具体涉及一种成分为LiMgPO4微波陶瓷材料的低碳节能制造方法。
背景技术
微波介质陶瓷是一种以微波通讯应用为背景的的多功能介质陶瓷材料，它通常在射频电子电路通讯***中作为介质天线、介质谐振器、介质滤波器、介质基板和微带线介质等电子元器件材料使用。随着5G/6G移动通讯技术的发展，为了进一步给5G/6G通信技术以提供更快、更可靠的宽带访问，更大的容量和更短的响应延时，迫切需要开发工作在5G/6G频段下的高品质集成陶瓷组件。根据电磁传播理论，在毫米波频率下，信号传输的延时取决于介质材料的介电常数。电磁信号通过介质材料的介电常数越低，信号传输与响应的延时越小。在5G/6G通讯网络中，通讯基站与终端介质材料的介电常数大小对整体***信号延时起到关键性作用。另外，器件在工作环境温度下的温度稳定性与介电损耗也是保证器件工作可靠性的重要参数。因此，这些5G/6G器件使用的微波介质陶瓷材料应具有低介电常数，高品质因数，近零谐振频率温度系数，以及可集成到5G***中的功能。现阶段，大多数微波介质陶瓷均使用常规高温固相烧结(HTCC)和低温共烧(LTCC)技术制造，不能直接集成到聚合物电路板中。为了克服上述问题以及降低生产能耗，本发明使用低温热压烧结技术将所需的集成陶瓷组件在低于聚合物熔点(通常<300℃)的温度下进行致密化以及与银电极共烧，以得到能够满足5G器件应用的微波陶瓷材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成分为LiMgPO4微波陶瓷材料的低温节能制备方法，实现在≤300℃条件下制备出晶粒细小均匀且相对密度≥82％的致密化陶瓷。该方法得到LiMgPO4微波陶瓷材料的介电常数(εr)范围为5.4～6.5，品质因数Q×f数值的范围为3,600GHz～16,000GHz，谐振频率温度系数(TCF)的范围为-46.1ppm/℃～-59.5ppm/℃。相比传统的高温固相烧结(HTCC)和低温共烧(LTCC)技术，该方法具有烧结温度低、烧结时间短、能耗低的特点。同时因为其低温烧结的特性，在过程中不易产生杂相。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低温节能制备LiMgPO4微波陶瓷材料的方法，LiMgPO4与不高于20wt％的水或者醋酸混合，形成固液混合物，再采用热压方法，通过调节烧结温度(ST)、保温时间(T)和施加压力(P)实现其致密化成陶瓷，其中：ST为150℃，200℃，250℃或300℃；T＝30min，60min或90min；P＝350MPa或600MPa；通过该方法获得的LiMgPO4陶瓷，其介电常数(εr)范围为5.1～6.5，品质因数Q×f的范围为3,600GHz～16,000GHz，谐振频率温度系数(TCF)的范围为-46.1ppm/℃～-59.5ppm/℃。
上述技术方案涉及四个工艺参数：烧结温度、保温时间、压力与溶剂种类。本方法主要按以下参数顺序叙述：1)烧结温度，低于300℃；2)烧结时间，低于1.5小时；3)压力，低于600MPa，发；4)溶剂，水和醋酸。该方法制备的LiMgPO4微波陶瓷材料的介电常数(εr)范围为5.1～6.5，品质因数Q×f数值的范围为3,600GHz～16,000GHz，谐振频率温度(TCF)的范围为-46.1ppm/℃～-59.5ppm/℃该材料在微波射频***(例如5G/6G通讯***)等中可以作为基片、谐振天线等电子元器件材料使用。
该陶瓷的制备原料为碱式碳酸镁((MgCO3)4˙Mg(OH)2˙5H2O)、碳酸锂(Li2CO3)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)。其低碳节能制备方法为：首先将原料(碱式碳酸镁、碳酸锂和磷酸二氢铵)以一定的化学计量比称量，球磨均匀，干燥，预烧合成LiMgPO4化合物粉末；然后加入15wt％的水混合均匀；将半干半湿的混合物在置入模具，在热压机中加热到某一温度、施压600MPa，热压60分钟，冷却取出样品在120℃下干燥24小时，得到致密的LiMgPO4陶瓷材料。该低温节能制备方法在烧结温度低于300℃的低温条件下就可制备出晶粒细小均匀且相对密度大于82％的陶瓷。相比于常规陶瓷烧结(HTCC与LTCC)技术，该方法不仅可以在较低的温度范围内实现致密化，还可以减少其制备加工过程中碳排放和能源消耗。
作为进一步的改进方案，进一步包括以下步骤：
(1)配料：首先按化学式LiMgPO4中的Li、Mg、P元素的化学计量比，称取各原料：Li2CO3(纯度99.99％)、(MgCO3)4˙Mg(OH)2˙5H2O(纯度99.99％)、NH4H2PO4(纯度99.99％)；
(2)混料：将各原料倒入球磨罐中，异丙醇做球磨介质，球磨混合4小时，得到泥浆状原料；
(3)烘干：将球磨后的浆料倒出，置入烘箱中在80℃下干燥，得到混合料干粉；
(4)煅烧：将上一步得到混合料干粉，置入高温炉中预烧4h，预烧温度为500℃，并将所得粉末，在800℃下在此煅烧4h，得到最终的LiMgPO4块体，研磨并过300目尼龙筛。
(5)混料：在上述混合物中加入15wt％的去离子水或醋酸溶液(1M)，混合均匀成面团状含水混合物；
(6)低温烧结：将上一步得到的含水混合物浆料置入形状模具中，移模具在热压机中，加热到不同烧结温度点，施压600MPa下，热压30分钟、60分钟、90分钟，得到致密化陶瓷；
(7)干燥：将上一步得到的致密化陶瓷样品，在120℃的烘干箱中进一步干燥24小时以除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷成品。
上述技术方案中，本发明获得的LiMgPO4陶瓷材料都具有低介电常数，高品质因数。低介电常数可以缩短电磁等信号的传播延迟时间并使导体之间的交叉耦合最小化，高品质因数可以减少电信号的能量损失，提高谐振滤波器的选频精度。本发明在低于300℃的温度下，低于1.5小时内，实现LiMgPO4陶瓷致密化，低能耗，低污染。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用低温节能技术烧结致密化LiMgPO4陶瓷材料，相比于传统陶瓷高温和低温固相烧结，其制备工艺简单，烧结温度更低，时间短，节约能耗，减少污染，特别是Li+挥发污染。
(2)本发明无需PVA粘结剂，以去离子水作为触媒，将粉体和水混合置入模具中，在低于300℃和600MPa的压力下烧结，即可制备出晶粒细小均匀且相对密度≥82％的LiMgPO4陶瓷。
附图说明
图1为本发明实例1～4，7，8，制备得到的LiMgPO4(缩写LMP)微波陶瓷材料XRD图谱；
图2为本发明实例1～6制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料相对密度附图；
图3为本发明实例3，7，8制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料相对密度附图；
图4为本发明实例2，7，8，9～11制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料相对密度附图；
图5为本发明实例1～6制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料介电常数(εr)附图；
图6为本发明实例3，7，8制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料介电常数(εr)附图；
图7为本发明实例2，7，8，9～11制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料介电常数(εr)附图；
图8为本发明实例1～6制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料品质因数(Q×f)附图；
图9为本发明实例3，7，8制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料品质因数(Q×f)附图；
图10为本发明实例2，7，8，9～11制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料品质因数(Q×f)附图；
图11为本发明实例1～6制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料谐振频率温度系数(TCF)附图；
图12为本发明实例3，7，8制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料谐振频率温度系数(TCF)附图；
图13为本发明实例2，7，8，9～11制备得到的LiMgPO4微波陶瓷材料谐振频率温度系数(TCF)附图；
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
本发明提供一种成分为LiMgPO4微波陶瓷材料及其低碳节能制备方法，具体参见以下实施例。
实例1：制备150℃-600MPa-30min的LiMgPO4微波陶瓷材料
称重LiMgPO4粉末1.40g(称取步骤1、2、3、4制备成功的LiMgPO4粉末)，量取去离子水(LiMgPO4粉体质量的15％，即0.21ml)，滴加入LiMgPO4粉体中并研磨均匀，形成含水混合料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，把含水混合料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至150℃，保温30min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步以除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例1制备得到的产物进行XRD分析，如附图1所示，实例1制备得到的产物的XRD图仅含有纯相，可以很好地与LiMgPO4的晶体结构数据库的标准PDF卡(PDF#32-0574)匹配，这说明实例1成功制备LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例1制备得到的产物进行相对密度计算，如附图2所示，实例1制备得到的产物的相对密度为82％。对实例1制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图5所示，实例1制备得到的产物的εr为5.4。对实例1制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图8所示，实例1制备得到的产物的Q×f为6,900GHz。对实例1制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图11所示，实例1制备得到的产物的TCF为-46.1ppm/℃。如附图结果可知，实例1制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例2：制备200℃-350MPa-30min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加350MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至200℃，保温30min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例2制备得到的产物进行XRD分析，如附图1所示，实例2制备得到的产物的XRD图显示是纯相，可以很好地与晶体结构数据库的标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例2成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例2制备得到的产物进行相对密度计算，如附图2所示，实例2制备得到的产物的相对密度为85％。对实例2制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图5所示，实例2制备得到的产物的εr为5.6。对实例2制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图8所示，实例2制备得到的产物的Q×f为14,000GHz。对实例2制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图11所示，实例2制备得到的产物的TCF为-52.6ppm/℃。如附图结果可知，实例2制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例3：制备250℃-600MPa-30min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至250℃，保温30min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例3制备得到的产物进行XRD分析，如附图1所示，实例3制备得到的产物的XRD图仅含纯相，可以很好地与晶体结构数据库的标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例3成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例3制备得到的产物进行相对密度计算，如附图2所示，实例3制备得到的产物的相对密度为90％。对实例3制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图5所示，实例2制备得到的产物的εr为6.1。对实例3制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图8所示，实例3制备得到的产物的Q×f为12,000GHz。对实例3制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图11所示，实例3制备得到的产物的TCF为-56.0ppm/℃。如附图结果可知，实例3制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例4：制备300℃-600MPa-30min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至300℃，保温30min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例4制备得到的产物进行XRD分析，如附图1所示，实例4制备得到的产物的XRD图仅含纯相，可以很好地与晶体结构数据库的标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例4成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例4制备得到的产物进行相对密度计算，如附图2所示，实例4制备得到的产物的相对密度为87％。对实例4制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图5所示，实例4制备得到的产物的εr为6.0。对实例4制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图8所示，实例4制备得到的产物的Q×f为11,000GHz。对实例4制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图11所示，实例4制备得到的产物的TCF为-53.6ppm/℃。如附图结果可知，实例4制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例5：制备200℃-350MPa-30min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加350MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至200℃，保温30min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例5制备得到的产物进行XRD分析，制备得到的产物的XRD图仅含纯相，参考附图1中的实例2，可以很好地与标准晶体结构数据库PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例5成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例5制备得到的产物进行相对密度计算，如附图2所示，实例5制备得到的产物的相对密度为85％。对实例5制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图5所示，实例5制备得到的产物的εr为5.6。对实例5制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图8所示，实例5制备得到的产物的Q×f为14,000GHz。对实例5制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图11所示，实例5制备得到的产物的TCF为-50.3ppm/℃。如附图结果可知，实例5制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例6：制备200℃-600MPa-60min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至200℃，保温60min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例7制备得到的产物进行XRD分析，实例6制备得到的产物的XRD图仅含纯相，参考附图1中的实例2，可以很好地与晶体结构数据库标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例7成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例7制备得到的产物进行相对密度计算，如附图2所示，实例6制备得到的产物的相对密度为90％。对实例6制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图5所示，实例6制备得到的产物的εr为6.1。对实例6制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图8所示，实例6制备得到的产物的Q×f为10,000GHz。对实例4制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图11所示，实例4制备得到的产物的TCF为-55.8ppm/℃。如附图结果可知，实例6制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好,与银电极兼容，在器件上具有应用前景。
实例7：制备250℃-600MPa-60min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至250℃，保温60min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例7制备得到的产物进行XRD分析，如附图1所示，实例8制备得到的产物的XRD图仅含纯相，可以很好地与晶体结构数据库标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例7制备得到的产物进行相对密度计算，如附图3所示，实例8制备得到的产物的相对密度为93.％。对实例8制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图6所示，实例7制备得到的产物的εr为6.5。对实例8制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图9所示，实例7制备得到的产物的Q×f为16,000GHz。对实例7制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图12所示，实例7制备得到的产物的TCF为-58.0ppm/℃。如附图结果可知，实例7制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例8：制备250℃-600MPa-90min的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的去离子水滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至250℃，保温90min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例10制备得到的产物进行XRD分析，如附图1所示，实例8制备得到的产物的XRD图仅含纯相，可以很好地与晶体结构数据库标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例8成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例9制备得到的产物进行相对密度计算，如附图3所示，实例8制备得到的产物的相对密度为89％。对实例9制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图6所示，实例8制备得到的产物的εr为6.2。对实例8制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图9所示，实例8制备得到的产物的Q×f为3,600GHz。对实例8制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图12所示，实例8制备得到的产物的TCF为-47.0ppm/℃。如附图结果可知，实例8制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例9：制备200℃-600MPa-30min-acetic acid的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的醋酸加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至200℃，保温30min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例6制备得到的产物进行XRD分析，实例9制备得到的产物的XRD图仅含纯相，参考附图1中的实例3，可以很好地与标准晶体结构数据库PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例6成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例6制备得到的产物进行相对密度计算，如附图4所示，实例9制备得到的产物的相对密度为89％。对实例9制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图7所示，实例6制备得到的产物的εr为6.1。对实例9制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图10所示，实例9制备得到的产物的Q×f为11,000GHz。对实例9制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图13所示，实例9制备得到的产物的TCF为-54.9ppm/℃。如附图结果可知，实例9制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例10：制备250℃-600MPa-60min-acetic acid的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的醋酸溶剂滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至250℃，保温60min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例10制备得到的产物进行XRD分析，实例10制备得到的产物的XRD图仅含纯相，参考附图1中的实例7，可以很好地与晶体结构数据库标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例9成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例10制备得到的产物进行相对密度计算，如附图4所示，实例10制备得到的产物的相对密度为93％。对实例9制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图7所示，实例10制备得到的产物的εr为6.5。对实例10制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图10所示，实例10制备得到的产物的Q×ff为15,000GHz。对实例10制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图13所示，实例10制备得到的产物的TCF为-59.5ppm/℃。如附图结果可知，实例10制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
实例11：制备250℃-600MPa-90min-acetic acid的LiMgPO4微波陶瓷样品
称量LiMgPO4粉末1.40g，再取粉体质量的15％(即0.21ml)的醋酸溶剂滴加入粉体中并研磨均匀，形成浆料。选用内孔直径为12mm的钢质模具，模具使用前先用脱脂棉花蘸上无水乙醇分别将模具内壁、顶杆、垫块擦拭干净，待模具干燥后，再称取适量的浆料放入模具中，使用单轴压力机施加600MPa的压力，并按10℃/min的升温速率将模具加热至250℃，保温90min，冷却、退模，取出样品。所获样品在120℃的烘干箱中干燥24小时进一步除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷材料。对实例11制备得到的产物进行XRD分析，实例11制备得到的产物的XRD图仅含纯相，参考附图1中的实例8，可以很好地与晶体结构数据库标准PDF卡PDF#32-0574(LiMgPO4)匹配，说明实例11成功制备了LiMgPO4微波陶瓷材料。对实例11制备得到的产物进行相对密度计算，如附图4所示，实例11制备得到的产物的相对密度为80％。对实例9制备的产物进行介电常数(εr)测试，如附图7所示，实例11制备得到的产物的εr为5.1。对实例11制备的产物进行品质因数(Q×f)测试，如附图10所示，实例11制备得到的产物的Q×f为10,000GHz。对实例11制备的产物进行谐振频率温度系数(TCF)测试，如附图13所示，实例11制备得到的产物的TCF为-49.0ppm/℃。如附图结果可知，实例11制备得到的产物的相对密度高，微波介电性能好。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种低温节能制备LiMgPO4微波陶瓷材料的方法，其特征在于：LiMgPO4与不高于20wt％的水或者醋酸混合，形成固液混合物，再采用热压方法，通过调节烧结温度(ST)、保温时间(T)和施加压力(P)实现其致密化成陶瓷，其中：ST为150℃，200℃，250℃或300℃；T＝30min，60min或90min；P＝350MPa或600MPa；通过该方法获得的LiMgPO4陶瓷，其介电常数(εr)范围为5.1～6.5，品质因数Q×f的范围为3,600GHz～16,000GHz，谐振频率温度系数(TCF)的范围为-46.1ppm/℃～-59.5ppm/℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：首先按化学式LiMgPO4中的Li、Mg、P元素的化学计量比，称取各原料：Li2CO3(纯度99.99％)、(MgCO3)4˙Mg(OH)2˙5H2O(纯度99.99％)、NH4H2PO4(纯度99.99％)；
(2)混料：将各原料倒入球磨罐中，异丙醇做球磨介质，球磨混合4小时，得到泥浆状原料；
(3)烘干：将球磨后的浆料倒出，置入烘箱中在80℃下干燥，得到混合料干粉；
(4)煅烧：将上一步得到混合料干粉，置入高温炉中预烧4h，预烧温度为500℃，并将所得粉末，在800℃下在此煅烧4h，得到最终的LiMgPO4块体，研磨并过300目尼龙筛；
(5)混料:称量LiMgPO4粉末并加入15wt％的去离子水，混合均匀成成面团状含水混合物；
(6)低温烧结：将上一步得到的含水混合物置入形状模具中，移模具在热压机中，加热到不大于300℃的某个烧结温度点，施加600MPa压力给模具，热压30、60、90分钟，得到致密化陶瓷；
(7)干燥：将上一步得到的致密化陶瓷样品，在120℃的烘干箱中进一步干燥24小时以除去残留的水分，得到LiMgPO4陶瓷成品。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111995390A (zh) * 2020-09-08 2020-11-27 中物院成都科学技术发展中心 一种超低温烧结新型微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN113213911A (zh) * 2021-06-16 2021-08-06 杭州电子科技大学 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN114163241A (zh) * 2021-10-21 2022-03-11 杭州电子科技大学 一种低温热压制备的高性能低介微波介质陶瓷及其方法
CN115947596A (zh) * 2023-01-16 2023-04-11 西安交通大学 一种基于微波冷烧结的微波介质陶瓷材料及低碳制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012144177A1 (ja) * 2011-04-21 2012-10-26 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池用負極及びその負極を用いたリチウムイオン二次電池
CN104973857A (zh) * 2015-07-31 2015-10-14 华南理工大学 一种低介电常数聚阴离子型微波介质陶瓷及制备方法
CN110183227A (zh) * 2019-04-29 2019-08-30 杭州电子科技大学 一种Li2MoO4-Mg2SiO4基复合陶瓷微波材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012144177A1 (ja) * 2011-04-21 2012-10-26 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池用負極及びその負極を用いたリチウムイオン二次電池
CN104973857A (zh) * 2015-07-31 2015-10-14 华南理工大学 一种低介电常数聚阴离子型微波介质陶瓷及制备方法
CN110183227A (zh) * 2019-04-29 2019-08-30 杭州电子科技大学 一种Li2MoO4-Mg2SiO4基复合陶瓷微波材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SETH S. BERBANO ET AL.: "Cold sintering process of Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 solid electrolyte", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY》 *
陈康: "非化学计量比LiMgPO4基微波介质陶瓷介电性能的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技I辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111995390A (zh) * 2020-09-08 2020-11-27 中物院成都科学技术发展中心 一种超低温烧结新型微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111995390B (zh) * 2020-09-08 2022-02-22 中物院成都科学技术发展中心 一种超低温烧结新型微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN113213911A (zh) * 2021-06-16 2021-08-06 杭州电子科技大学 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN113213911B (zh) * 2021-06-16 2022-07-01 杭州电子科技大学 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN114163241A (zh) * 2021-10-21 2022-03-11 杭州电子科技大学 一种低温热压制备的高性能低介微波介质陶瓷及其方法
CN114163241B (zh) * 2021-10-21 2022-09-02 杭州电子科技大学 一种低温热压制备的高性能低介微波介质陶瓷及其方法
CN115947596A (zh) * 2023-01-16 2023-04-11 西安交通大学 一种基于微波冷烧结的微波介质陶瓷材料及低碳制备方法
CN115947596B (zh) * 2023-01-16 2023-12-05 西安交通大学 一种基于微波冷烧结的微波介质陶瓷材料及低碳制备方法

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