[发明专利]一种微波介质陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别是涉及一种微波介质陶瓷材料的制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于300MHz～300GHz的微波频率范围内具有极好介电性能的陶瓷材料并且应用于微波频段电路中作为介质材料完成一种或多种功能的新型功能电子陶瓷材料，在微波电路中发挥着介质隔离、介质波导以及介质谐振等功能。

由于钙钛矿结构(1-x)CaTiO₃-xLaAlO₃(简称CTLA，其中x表示摩尔百分比)基微波介质陶瓷材料具有较高介电常数(30＜ε_r＜45)、接近于零的谐振频率温度系数(τ_f～0)和相当高的品质因数(Q×f＞30000)，引起了业界的广泛关注和研究。然而，对于成本更为低廉的CaTiO₃-LaAlO₃基微波介质陶瓷材料，业界的研究主要停留在其微观结构和介电性能的相互关系上，对于其制备方法的研究很少。

目前，国内外厂商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行星式或搅拌式球磨机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，进而压制成型、固相烧结成介质陶瓷材料。这种传统的制备方法主要有以下缺陷：高温烧结过程中粉体反应活性较差，需要很高的烧结温度(1500～1650摄氏度)和很长的烧结时间(12～24小时)，导致了极高的生产能耗，即使采用液相烧结法来降低烧结温度，降低的程度也有限(1450摄氏度)，还会不同程度的破坏成品的介电性能；反应合成的陶瓷粉体粒径较大，粒度分布宽，难于实现烧结高度致密化，并且其均匀性也只有通过延长混合时间来保证，即难于获得具备稳定优良微波介电性能的介质陶瓷材料；并且忽略了易挥发元素Ca在烧结过程中造成的“缺陷效应”对产品微波性能造成的不良影响。

因此，需要提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，以解决现有技术中制备微波介质陶瓷材料过程中烧结温度过高、烧结时间较长以及难于实现烧结致密化的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，能够在制备微波介质陶瓷材料过程中降低烧结温度、缩短烧结时间和抑制易挥发元素Ca造成的“缺陷效应”。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微波介质陶瓷材料的制备方法，包括：将碳酸钙、氧化铝、氧化镧和二氧化钛的混合粉料进行机械均匀混合，形成粉体颗粒；将粉体颗粒进行第一次高能球磨，以将粉体颗粒均匀细化；将第一次高能球磨后的粉体在密闭容器中高温煅烧，形成前驱体粉料；将前驱体粉料进行第二次高能球磨，以将前驱体粉料进一步均匀细化，形成陶瓷粉体。

其中，第二次高能球磨步骤之后还包括：喷雾造粒，在陶瓷粉体中添加浓度为5％、质量百分比为5％～10％的聚乙烯醇水溶液，将陶瓷粉体制成具球状流动性的粉体颗粒。

其中，喷雾造粒步骤之后还包括：压制成型，将具球状流动性的粉体颗粒制成所需形状的压坯。

其中，压坯通过压力机以手动或自动填料方式进行双面压制成型，或者通过一次注射成型技术进行一次注射成型。

其中，压制成型步骤之后还包括：烧结，将压坯进行连续烧结，形成陶瓷毛坯，其中，最高烧结温度为1300～1500摄氏度，保温时间为3～6小时。

其中，烧结步骤之后还包括：机械加工和样品检测，将陶瓷毛坯进行表面处理得到样品，并测量样品的介电性能指标。

其中，按照化学式(1-x)Ca_1+yTiO₃-x[La_1-zRe_zAlO₃]使其中的摩尔百分比x、y和z分别满足0.1mol％≤x≤0.7mol％，0.1mol％≤y≤0.5mol％和0.01mol％≤z≤0.1mol％，碳酸钙和氧化铝的纯度均大于99.5％，二氧化钛和氧化镧的纯度不小于99.9％。

其中，将碳酸钙、氧化铝、氧化镧和二氧化钛的混合粉料进行机械均匀混合的步骤包括：在球罐中加入二氧化锆磨球作为研磨介质，加入无水乙醇或去离子水作为有机溶剂将混合粉料进行机械均匀混合，并且在形成粉体颗粒后，除去有机溶剂进行干燥处理，其中，混合粉料、研磨介质、有机溶剂三者重量比例为1∶3∶3且占球罐容积的60％～80％，混合时间为1～3小时。

其中，将粉体颗粒进行第一次高能球磨步骤中，球料比为8∶1～10∶1，球磨时间为1～3小时，转速为600～800转/分钟。