[发明专利]一种具有核壳结构的硅酸盐陶瓷及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201610014545.7 申请日: 2016-01-11
公开(公告)号: CN105645942B 公开(公告)日: 2018-04-20
发明(设计)人: 王焕平;朱钦塨;徐时清;张宁月;杨清华;雷若姗 申请(专利权)人: 中国计量学院
主分类号: C04B35/22 分类号: C04B35/22;C04B35/622
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司33200 代理人: 韩介梅
地址: 310018 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 结构 硅酸盐 陶瓷 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种硅酸盐陶瓷及其制备方法,属于材料科学技术领域。

背景技术

现代无线通讯技术对人类社会的发展起到了极大的推动作用。近年来,随着信息量的日益增大,对需要传送的信息容量以及传输速度要求越来越高。为解决低频段的拥挤并扩大频率资源,无线通信正朝更高频段的方向发展;相应的微波技术也向着更高频率,即向着毫米波和亚毫米波的方向发展。

目前,以高速传输数据并能传送图像与视频为特征的第四代(4G)移动通信系统已经得到广泛应用;在电视接收系统(TVRO,2-5 GHz)、直接广播系统(DBS,11-13 GHz)等民用领域,其频率使用范围已经超过了10 GHz;特别是在军事通信领域,由于雷达技术的高速发展,使得无线通讯的频率发展到了X波段(8.2-12.4 GHz)与K波段(12-40 GHz)。无线通信使用频率的提高,要求作为信息技术基本组成元素的电子元器件具有较高的自谐振中心频率(f0)。高的自谐振中心频率对应着低的介电常数(εr)。低介电常数能减小材料与电极之间的交互耦合损耗,并提高电信号的传输速率;发展低介电常数(εr≤10)材料以满足高频和高速的要求,已成为当今电子材料如何适应高频应用的一个挑战。

硅酸盐系微波介质陶瓷也是目前应用最广的低介电常数材料之一,如MgO-SiO2系、ZnO-SiO2系、CaO-SiO2系等。Cheng等(J Alloy Comp, 2012, 513: 373-377)报道了Mg2SiO4陶瓷的介电常数为6-7,但发现该体系的烧结温度区间非常窄。Zou等(Jap J Appl Phy, 2006, 45: 4143-4145)研究发现,ZnO-SiO2即使在高温下也很难烧结致密,只有当SiO2过量时可细化晶粒、阻止晶粒的异常长大,可以获得介电常数为6.23,Q×f为52,500GHz,τf为-55.2ppm/℃的良好介电性能。Wang等(Ceram Int, 2008, 34: 1405-1408)发现,无论是采用传统的固相法还是溶胶-凝胶法,均无法获得致密结构的CaSiO3陶瓷,陶瓷在烧结后存在大量气孔,从而影响了CaSiO3陶瓷的微波介电性能。Sun等(Mat Sci Eng B, 2007, 138: 46-50)通过Mg2+对Ca2+的取代,获得具有良好微波介电性能的CaMgSi2O6陶瓷;然而,其烧结温度局限在1290-1310℃之间。

从上述国内外研究结果可知,硅酸盐系微波介质陶瓷具有低的介电常数和良好的品质因数,但其烧成温度范围较窄,从而影响到微波器件产品的一致性。特别是CaSiO3陶瓷在烧结后即便存在大量气孔,但仍然具有良好的微波介电性能;因此,拓宽CaSiO3陶瓷的烧结温度范围、提高其烧结致密度,对提高硅酸盐陶瓷的微波介电性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有核壳结构的硅酸盐陶瓷及其制备方法,通过核壳结构使该陶瓷具有较低的烧结温度、较宽的烧成温度范围以及优良的微波介电性能。

本发明的具有核壳结构的硅酸盐陶瓷,它的核层为CaSiO3相、壳层为Ca(Mg1-x-yAlxZny)(Si1-x/2Alx/2)2O6相,其中0.04 ≤ x ≤ 0.12,0 ≤ y ≤ 0.2,壳层物质与核层物质的摩尔比为0.001~0.1:1。

本发明的具有核壳结构硅酸盐陶瓷的制备方法,包括以下步骤:

(1)称取相同摩尔数的CaCO3和SiO2放入球磨罐中,然后以无水乙醇为介质、氧化锆球为磨介,球磨混合6~24小时;

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