專利名稱：微波介質(zhì)陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能陶瓷領(lǐng)域，特別涉及微波介質(zhì)陶瓷。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷(MWDC)是一種在微波頻段電路中作為介質(zhì)材料的新型功能電子陶瓷，其具有介電常數(shù)高、損耗低、頻率溫度系數(shù)小等特點。微波介質(zhì)陶瓷可以制成介質(zhì)諧振器、雙工器、介質(zhì)濾波器、介電導(dǎo)波回路等微波元器件，應(yīng)用于移動通訊、衛(wèi)星通訊、軍用雷達和衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域，以滿足天饋系統(tǒng)中濾波單元小型化及低損耗等高性能指標的需要。
具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaTiO3-NdAlO3系陶瓷材料具有優(yōu)異的微波介電性能:ε r ^ 45, QXf ^ 44000GHz, τ f ^ 0ppm/°C。但是由于稀土氧化物Nd2O3價格較貴，一定程度上限制了該材料的商業(yè)化應(yīng) 用。相對而言，同系稀土氧化物Sm203、La203的價格比較低廉，可取代Nd2O3并且具有良好的微波介電性能。本專利通過對其配方的改進與制備工藝的優(yōu)化，旨在獲得一種可替代CaTiO3-NdAlO3、有實用價值的新型微波介質(zhì)陶瓷，以滿足通信基站等系統(tǒng)的技術(shù)需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種微波介質(zhì)陶瓷，原材料價格低廉，生產(chǎn)工藝過程簡單，微波介電性能好。
本發(fā)明公開了一種微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)組成的表達式為式(I):
aCaC03-bTi02-cLa203_dSm203-eAl203 (I);
其中，34mol%^ a ^ 42mol%, 36mol% ^ b ^ 44mol%, Omo I % ^ c ^ 16mol%,Omo I % ^ d ^ 16mol%, 6mol% ^ e ^ 14mol% ;且 a+c+d=50mol%, b+e=50mol%。
優(yōu)選的，所述a滿足以下條件:38mol% ^ a ^ 42mol%。
優(yōu)選的，所述b滿足以下條件:40mol% ^ b ^ 44mol%。
優(yōu)選的，所述c滿足以下條件:0.01mol% ^ c ^ 12mol%。
優(yōu)選的,所述d滿足以下條件:0.01mol% < d < 12mol%。
優(yōu)選的，所述e滿足以下條件:6.1mo 1% ( e ( llmol%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷，由CaC03、TiO2, La203、Sm2O3和Al2O3燒結(jié)而成，其化學(xué)組成的表達式為aCaC03-bTi02-cLa203-dSm203_eAl203。所述微波介質(zhì)陶瓷含有的La2O3和Sm2O3為稀土元素氧化物，具有良好的微波介電性能，所述兩種稀土元素氧化物與CaC03、TiO2和Al2O3經(jīng)過燒結(jié)，共同作用得到的微波介質(zhì)陶瓷具有良好的微波介電性能。而且，由于La2O3和Sm2O3相對于Nd2O3價格更便宜，因此本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷價格低廉。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷為37 47，QXf為33000 46000GHz，xf為-21 +8ppm/°C。可廣泛應(yīng)用于性能優(yōu)異的介質(zhì)諧振器、濾波器及雙工器等微波器件的制備，滿足通信基站等系統(tǒng)的技術(shù)需求。
具體實施例方式為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實施例公開了一種微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)組成的表達式為式(I):aCaC03-bTi02-cLa203_dSm203-eAl203 (I);其中，34mol%≤ a ≤ 42mol%, 36mol% ≤ b ≤ 44mol%, Omo I % ≤ c≤16mol%,OmoI% ≤ d ≤16mol%,6mol% ≤ e ≤ 14mol%, a+c+d=50mol%, b+e=50mol%。本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷是以CaC03、TiO2, La203、Sm2O3和Al2O3為原料經(jīng)過制備粉體、粉體造粒、成型及燒結(jié)得到的組合物。在燒結(jié)過程中CaC03、TiO2、La203、Sm2O3和Al2O3相互作用，形成特定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其中包括CaCO3、TiO2、La2O3、Sm2O3和Al2O3O所述化學(xué)組成的表達式為aCaC03-bTi02-cLa203-dSm203-e Al2O3,其中，34mol% ≤ a ≤42mol%,優(yōu)選為 38mol% ≤ a ≤42mol% ；36mol% ≤b≤44mol%,優(yōu)選為 40mol% ≤ b ≤ 44mol% ；0mol% ≤ c ≤ 16mol%,優(yōu)選為 0.01mol% ≤ c ≤12mol% ；Omo I % ≤ d ≤ 16mol%,優(yōu)選為 0.01mol%≤ d ≤ 12mol% ；6mol% ≤ e ≤ 14mol%,優(yōu)選為
6.lmol% ≤ e ≤ llmol% ;且 a+c+d=50mol%, b+e=50mol%。本發(fā)明公開了一種微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:(A)將CaC03、TiO2, La203、Sm2O3和Al2O3進行球磨，烘干后煅燒得到陶瓷體；(B)將所述陶瓷體粉碎后球磨，得到粉體；(C)將所述粉體造粒，干壓成型，得到壓片；(D)將所述壓片在1350 1500°C燒結(jié)，得到微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)組成的表達式為式(I);aCaC03-bTi02-cLa203_dSm203-eAl203 (I);34mol% ≤ a ≤ 42mol%, 36mol%≤ b ≤ 44mol%, Omo I % ≤c ≤16mol%,Omo I % ≤d ≤16mol%, 6mol% ≤ e ≤ 14mol% ；a+c+d=50mol%, b+e=50mol%。本發(fā)明中，首先將CaC03、TiO2, La2O3, Sm2O3和Al2O3進行球磨，烘干后煅燒得到陶瓷體。本發(fā)明對球磨沒有特殊限制，優(yōu)選為在介質(zhì)中利用磨球進行球磨，所述介質(zhì)優(yōu)選為乙醇，所述磨球可以為氧化鋯磨球也可以為瑪瑙球。在球磨過程中原料、磨球和介質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為1:2:1.5。所述球磨的時間優(yōu)選為20 30小時,更優(yōu)選為24 26小時。球磨后的漿料經(jīng)過烘干再進行煅燒，即可得到陶瓷體。所述烘干的溫度優(yōu)選為100 120°C。所述煅燒的溫度優(yōu)選為1100 1300°C，煅燒時間優(yōu)選為I 5小時，更優(yōu)選為2 4小時。所述陶瓷體物相組成簡單。得到陶瓷體后，將其粉碎后球磨，得到粉體。本發(fā)明對粉碎的方法沒有特殊限制，按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法即可，如研缽研碎。粉碎后，優(yōu)選過篩后再球磨，所述過篩時優(yōu)選選用40目的篩網(wǎng)。本發(fā)明對球磨的方法沒有特殊限制，優(yōu)選為在介質(zhì)中利用磨球進行球磨，所述介質(zhì)優(yōu)選為乙醇，所述磨球可以為氧化鋯磨球也可以為瑪瑙球。在球磨過程中陶瓷體、磨球和介質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為1:2:1.5。所述球磨的時間優(yōu)選為20 30小時,更優(yōu)選為24 26小時。球磨后優(yōu)選將漿料經(jīng)過烘干即可得到粉體。
得到粉體后，將其造粒，干壓成型，得到壓片。所述造粒優(yōu)選為將粉體與粘結(jié)劑混合成漿料進行造粒。所述粘結(jié)劑優(yōu)選為質(zhì)量濃度為5 8wt%的聚乙烯醇溶液，所述粘結(jié)劑的用量優(yōu)選為10 15wt%。本發(fā)明對造粒的方法沒有特殊限制。所述干壓成型的壓力優(yōu)選為100 150MPa。所述壓片的形狀沒有特別限制，優(yōu)選為原片，更優(yōu)選為爐12 x 6mm的圓片。得到壓片后，優(yōu)選去除成型的壓片中的粘結(jié)劑，去除粘結(jié)劑的方法優(yōu)選為將壓片在550 650°C下保溫I 3小時。
得到壓片后，將其在1350 1500°C燒結(jié)，得到微波介質(zhì)陶瓷。所述燒結(jié)溫度優(yōu)選為1400 1450°C，所述燒結(jié)時間優(yōu)選為I 3小時。
采用網(wǎng)絡(luò)分析儀(Agilent5071C)及相關(guān)配套夾具測試得到的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能，測試頻率為4.7GHz，結(jié)果表明，本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷具有以下性能:ε r為37 47，QXf為33000 46000GHz，τ f為-21 +8ppm/°C。該陶瓷可以制成介質(zhì)諧振器、介質(zhì)濾波器、雙工器、微波介質(zhì)天線、介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器、介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線等微波器件，這些器件廣泛應(yīng)用于移動通信、天饋系統(tǒng)、雷達、衛(wèi)星定位導(dǎo)等眾多領(lǐng)域。
為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法進行說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
實施例1
取0.41mol 的 CaC03、0.41mol TiO2,0.09mol Sm203、0.09mol 的 Al2O3,計算所需各分析純原料的質(zhì)量；將準確稱量的各原料裝入球磨罐內(nèi)；加入酒精和ZrO2磨球，原料、ZrO2磨球和酒精的質(zhì)量比為1:2:1.5 ;球磨24小時，混合均勻后出料，將其在100 120°C下烘干；然后在1200°C下煅燒2小時，合成陶瓷體，將合成好的上述陶瓷體用研缽研碎后過40目篩，然后再次倒入球磨罐中進行二次球磨24小時；料:球:酒精的比例不變；出料，漿料烘干后過40目篩，得到粉體。
在得到的粉體中加入10wt%的聚乙烯醇溶液進行造粒并過40目篩，所述聚乙烯醇溶液的濃度為6wt% ;將造粒好的粉料放入模具在150MPa壓力下干壓成型為Φ 12 X 6mm的圓片；然后將成型好的圓片在600°C下保溫2小時以除去粘結(jié)劑；最后以相同升溫速率在1400°C下燒結(jié)2小時，得到微波介質(zhì)陶瓷材料。
采用網(wǎng)絡(luò)分析儀(Agilent5071C)及相關(guān)配套夾具測試其微波介電性能，測試頻率為4.7GHz，測試出該陶瓷材料的微波介電性能參加表1，表I為各實施例得到的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能參數(shù)。
實施例2 28
參照實施例1所述的方法，按照不同的原料配比，制備得到微波介質(zhì)陶瓷，原料配比及微波介電性能參數(shù)參見表I。
表I各實施例得到的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)組成的表達式為式(I):aCaC03-bTi02-cLa203-dSm203-eAl203 (I); 其中，34mol% ≤ a ≤ 42mol%，36mol% ≤b ≤ 44mol%, Omo I % ≤ c ≤ 16mol%，Omo I % ≤ d ≤ 16mol%，6mol% ≤e ≤ 14mol%，a+c+d=50mol%，b+e=50mol%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述a滿足以下條件:38mol% ≤ a≤ 42mol%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述b滿足以下條件:40mol%≤ b ≤44mol%0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述c滿足以下條件:0.01mol% ≤ c ≤12mol%0
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述d滿足以下條件:0.01mol%≤d ≤12mol%0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述e滿足以下條件:6.1mo1% ≤ e ≤ llmol%0
全文摘要
本發(fā)明提供一種微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)組成表達式為aCaCO3-bTiO2-cLa2O3-dSm2O3-eAl2O3；其中，34mol%≤a≤42mol%，36mol%≤b≤44mol%，0mol%≤c≤16mol%，0mol%≤d≤16mol%，6mol%≤e≤14mol%，a+c+d=50mol%，b+e=50mol%。本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷價格低廉，微波介電性能好，可廣泛應(yīng)用于性能優(yōu)異的介質(zhì)諧振器、濾波器及雙工器等微波器件的制備，滿足通信基站等系統(tǒng)的技術(shù)需求。
文檔編號C04B35/465GK103145412SQ20131008922
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者袁亮亮, 任海東, 成國權(quán) 申請人:羅森伯格(上海)通信技術(shù)有限公司