太赫茲波段低損耗系數(shù)鎂鈦鋅系統(tǒng)陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陶瓷介質材料及其制備方法，更具體地說，涉及一種太赫茲波段 低損耗系數(shù)陶瓷介質材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 陶瓷材料可以工作于頻譜中的各個波段，目前已經(jīng)成功開發(fā)出微波波段陶瓷，光 學波段陶瓷，針對太赫茲波段的陶瓷尚未開展系統(tǒng)性研究。太赫茲波段位于微波波段與光 波波段之間，長期以來，由于缺乏有效的輻射源和檢測方法，人們對于該波段電磁輻射性質 的了解非常有限，以至于該波段被稱為電磁波譜中的"空隙"，成為電磁波譜中有待進行全 面研究的最后一個頻率窗口。上世紀90年代，太赫茲發(fā)射源和探測器取得了一系列突破， 引發(fā)了太赫茲科學與技術的快速發(fā)展。自由電子激光器和超快激光技術的發(fā)展，為太赫茲 脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使太赫茲輻射的產(chǎn)生機理、檢測和應用技術的研 究得到快速發(fā)展。太赫茲技術已經(jīng)取得了突破性的進展，已經(jīng)開發(fā)出一系列太赫茲有源 器件，如量子級聯(lián)激光器、半導體激光、諧振隧道二極管和半導體超晶格晶體等，同樣針對 無源太赫茲器件也進行了廣泛的研究，如太赫茲透鏡、濾波器和調節(jié)器等。但傳統(tǒng)太赫茲 材料，如金屬、高分子材料等，由于自身機械特性和耐高溫性差等特點限制了其應用范圍。 Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷做為一種傳統(tǒng)的微波陶瓷，在微波波段具有高介電常數(shù)和高品質因 數(shù)的特點；利用寬帶8-F共焦式太赫茲時域光譜測試系統(tǒng)對其太赫茲波段電磁性能進行 測試，發(fā)現(xiàn)在〇. 3~lTHz波段損耗系數(shù)低，可用于透鏡、濾波器等太赫茲器件制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種太赫茲波段低損耗系數(shù) Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明通過如下技術方案予以實現(xiàn)。
[0005] -種太赫茲波段低損耗系數(shù)Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷，其組分及其原料重量百分比 為 42-52% 4MgC03 ?Mg(OH) ? 5H20、4-8%Ti02、45-47%ZnO; 制備方法如下： (1)將原料按重量百分比42-52%4MgC03 .Mg^H) *51120、4--8%1102、45--47%211〇配料； (2) 將步驟（1)的配料進行混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨4. 5小 時，將球磨后的原料于紅外干燥箱中l(wèi)l〇°C烘干，過250孔/cm2分樣篩； (3)將步驟（2)中粉料先按3°C/min的升溫速率加熱至500°C，再按:T4°C/min的升 溫速率加熱至1190°C，制得預燒熔塊； (4)將步驟（3)的熔塊在瑪瑙研缽中研磨粉碎成粉末，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和 去離子水，繼續(xù)球磨5小時，于110°C干燥，過250孔/cm2分樣篩，加入6~7wt%石蠟造粒，在 80Mpa壓強下壓制生述； (5) 將步驟（4)的胚體先按3°C/min的升溫速率加熱至500°C，再按:T4°C/min的升 溫速率加熱至134(T1360°C燒結，保溫4小時，冷卻后制得陶瓷介質； (6)測試步驟（5)的Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷的太赫茲波段的電磁性能。
[0006]所述步驟（1)的原料 4MgC03 ?Mg(0H)?5H20、Ti02和ZnO的純度大于 99. 9%。
[0007] 所述步驟（4)胚體為①lOmmXO. 5mm的圓柱體。
[0008] 所述步驟（6)的測試系統(tǒng)為寬帶8-F共焦式太赫茲時域光譜測試系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是，提供了一種能夠工作在0.3~1太赫茲波段下的 Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷，在134(Tl360°C溫度下燒結，在0. 3~ITHz下具有折射率n~ 4. 13， 損耗系數(shù)a〈10cm1的電磁性能。其低損耗系數(shù)能滿足透鏡、濾波器等太赫茲器件的特殊 要求。此外，該制備工藝簡單，過程無污染，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0010] 圖1 :Mg0-Ti02-Zn0在0? 3~ITHz的折射率曲線圖； 圖2 :Mg0-Ti02-Zn0在0? 3~ITHz的損耗系數(shù)曲線圖。
【具體實施方式】
[0011] 以下結合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0012] 本發(fā)明采用純度大于99. 9%的化學原料的4MgC03 ?Mg(OH) ? 5H20、Ti02和ZnO制 備太赫茲波段低損耗系數(shù)Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷，具體實施方案如下： (1) 將原料按重量百分比 48. 855% 4MgC03*Mg(0H) *51120、4. 6495%Ti02、46. 4955%ZnO 配料； (2) 將步驟（1)的配料進行混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨4. 5小 時，將球磨后的原料于紅外干燥箱中l(wèi)l〇°C烘干，過250孔/cm2分樣篩； (3)將步驟（2)中粉料先按3°C/min的升溫速率加熱至500°C，再按:T4°C/min的升 溫速率加熱至1190°C，制得預燒熔塊； (4)將步驟（3)的熔塊在瑪瑙研缽中研磨粉碎成粉末，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和 去離子水，繼續(xù)球磨5小時，于110°C干燥，過250孔/cm2分樣篩，加入6~7wt%石蠟造粒，在 80Mpa壓強下壓制生述； (5) 將步驟（4)的胚體先按3°C/min的升溫速率加熱至500°C，再按:T4°C/min的升 溫速率加熱至134(T1360°C燒結，保溫4小時，冷卻后制得陶瓷介質； (6)測試步驟（5)的Mg0-Ti02-Zn0系統(tǒng)陶瓷的太赫茲波段的電磁性能。本發(fā)明實施例 的測試方法如下：使用千分尺進行測量樣品的厚度；利用寬帶8-F共焦式太赫茲時域光 譜測試系統(tǒng)測試Mg0-Ti02-Zn0陶瓷電磁性能獲得折射率和損耗系數(shù)。
[0013] 其余具體實施例在下面列表中予以描述： 表1是具體實施例的相關工藝參數(shù)和太赫茲頻段的電磁性能測試結果。
[0014]表1
上述實例中，分別給出了三種配方和不同燒結溫度的實施方案。熔塊預燒過程中形成 主晶相，陶瓷微觀晶相結構影響太赫茲波的傳播，從而本發(fā)明得到了低損耗系數(shù)太赫茲陶 瓷系列。實施例5為最佳制備方案，附圖中給出了測試結果，折射率在0. 3~lTHz之間約為 4. 13 (圖1)，損耗系數(shù)小于lOcnT1 (圖2)?；谝陨咸攸c，本發(fā)明制成的陶瓷系統(tǒng)可在太赫 茲波段中用于透鏡、濾波器等太赫茲器件的制備。
[0015] 雖然本發(fā)明以較佳的實施例揭示如上，但其并非用以限定本發(fā)明；任何本領域的 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以對所述發(fā)明進行各種改動和潤飾，因 此，本發(fā)明的保護范圍應當視本申請的專利范圍所限定的為準。
【主權項】
1. 一種太赫茲波段低損耗系數(shù)MgO-TiO2-ZnO系統(tǒng)陶瓷，其特征在于，其組分及其原料 重量百分比為 42-52% 4MgC03 ? Mg(OH) ? 5H20、4-8% Ti02、45-47% ZnO。2. -種權利要求1的太赫茲波段低損耗系數(shù)MgO-TiO2-ZnO系統(tǒng)陶瓷的制備方法，其特 征在于，包括如下步驟： (1)將原料按重量百分比42-52% 4MgC03 .Mg(OH) *51120、4--8% Ti02、45-47% ZnO配 料； (2) 將步驟（1)的配料進行混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨4. 5小 時，將球磨后的原料于紅外干燥箱中IKTC烘干，過250孔/cm2分樣篩； (3) 將步驟（2)中粉料先按3°C /min的升溫速率加熱至500°C，再按:T4°C /min的升 溫速率加熱至1190°C，制得預燒熔塊； (4) 將步驟（3)的熔塊在瑪瑙研缽中研磨粉碎成粉末，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和 去離子水，繼續(xù)球磨5小時，于IKTC干燥，過250孔/cm 2分樣篩，加入6~7wt%石蠟造粒，在 80Mpa壓強下壓制生述； (5) 將步驟（4)的胚體先按3°C /min的升溫速率加熱至500°C，再按:T4°C /min的升 溫速率加熱至134(T1360°C燒結，保溫4小時，冷卻后制得陶瓷介質； (6) 測試步驟（5)的MgO-TiO2-ZnO陶瓷的太赫茲波段的電磁性能。3. 根據(jù)權利要求1的一種太赫茲波段低損耗系數(shù)MgO-TiO2-ZnO系統(tǒng)陶瓷的制備方法， 其特征在于，所述步驟（1)的原料4MgC0 3 ? Mg (OH) ? 5H20、TiO2和ZnO的純度大于99. 9%。4. 根據(jù)權利要求1的一種太赫茲波段低損耗系數(shù)MgO-TiO2-ZnO系統(tǒng)陶瓷的制備方法， 其特征在于，所述步驟（4)胚體為OKtoimXO. 5mm的圓柱體。5. 根據(jù)權利要求1的一種太赫茲波段低損耗系數(shù)MgO-TiO2-ZnO系統(tǒng)陶瓷的制備方法， 其特征在于，所述步驟（6)的測試系統(tǒng)為寬帶8-F共焦式太赫茲時域光譜測試系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太赫茲波段（0.3~1.0THz）低損耗系數(shù)鎂鈦鋅系統(tǒng)陶瓷，其組分及其原料重量百分比為:42-52%4MgCO3·Mg(OH)·5H2O、4-8%TiO2、45-47%ZnO。制備過程中先在1190℃制備熔塊，經(jīng)二次球磨后，于1340~1360℃燒成MgO-TiO2-ZnO系統(tǒng)陶瓷。本發(fā)明折射率n為4.13，低損耗系數(shù)α＜10cm-1，其低損耗系數(shù)及高可靠性能夠用于透鏡、濾波器等太赫茲器件的制備。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/453
【公開號】CN104973861
【申請?zhí)枴緾N201410142331
【發(fā)明人】王爽, 蘇皓
【申請人】天津職業(yè)技術師范大學
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月10日