[发明专利]一种低损耗微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以成分为特征的陶瓷组合物，具体涉及一种低损耗微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷广泛应用于微波介质谐振器、滤波器、移相器、介质基片、介质波导回路、微波电容、双工器、天线等微波元器件，是移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)等现代微波通信技术的关键材料。在厘米、毫米波段应用中，要求介电材料在微波频段的高频端具有超高的Q值，即超低的介电损耗。因此，高频端微波介质陶瓷材料的研制倍受关注。

近几十年中，微波介质陶瓷BaTi₄O₉和铅基钙钛矿系CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂等材料体系被开发出来。但其烧结温度高、品质因数随制备条件变化较大、制备困难，并且原料成本较高。因此，为了满足实际应用需求，迫切需要开发一种工艺简单、成本低、损耗低的微波介质陶瓷。

钛酸镁基系列陶瓷材料由于具有较高的品质因数，并且原料丰富、成本低廉，受到了广泛的关注。MgTiO₃陶瓷作为一种传统的微波介质材料，在毫米波段仍然具有其优异的微波介电性能：高的品质因数(160,000GHz)，适当的介电常数(17)，但烧结温度高达1450℃，且烧结范围窄；同时，近几年，Belous等人报道Mg₂TiO₄在1450℃下烧结，微波介电性能：Q×f＝150000GHz，ε_r＝14，τ_f≈-50ppm/℃；2010年，Huang等人报道Mg_1.8Ti_1.1O₄作为一种新型微波材料具有较好的介电性能：Q×f＝141000GHz，ε_r＝15.74，τ_f≈-52.4ppm/℃。但其烧结温度较高：1450℃。因此，降低其烧结温度，提高品质因数值，调节频率温度系数是研究者们努力的方向。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术钛酸镁基系列陶瓷材料的缺点和不足，提供一种可以进一步降低其烧结温度、提高品质因数值、调节频率温度系数、制备工艺简单、微波介电性能优越的低损耗微波介质陶瓷。

本发明通过如下技术方案予以实现：

(1)将MgO、TiO₂、ZnO、NiO按化学计量式(Mg_1-xM_x)_1.8Ti_1.1O₄，其中0.01≤x≤0.1，M＝Zn或Ni，进行配料；以料∶去离子水∶锆球的质量比为1∶1∶1.5的比例加入聚酯罐中，球磨4～24小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放置干燥箱中，于100～120℃烘干，烘干后过40目筛；

(3)将步骤(2)烘干、过筛后的粉料放入中温炉，于900～1150℃预烧，保温2～8小时；

(4)将步骤(3)预烧后的粉料加入质量百分比为8％～10％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛，用粉末压片机以4～8MPa的压力压成生坯；

(5)将步骤(4)的生坯于1250℃-1450℃烧结，保温2～8小时，制成低损耗微波介质陶瓷。

(6)将步骤(5)制得的微波介质陶瓷进行物理及介电性能检测。

所述步骤(1)的球磨设备为行星式球磨机，转速为1000转/分。

所述步骤(3)的预烧温度为900℃，保温4小时。

所述步骤(4)的粉料中加入质量百分比含量为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，在4MPa的压力下将粉末压成直径为10mm，厚度为5mm的生坯。

所述步骤(5)的生坯烧结温度为1375℃，保温4小时。