[发明专利]一种低介电损耗氧化铝陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种低介电损耗Al₂O₃陶瓷材料，是一种环境友好型的微波介电陶瓷材料，可用于微波通讯等领域。

背景技术

Al₂O₃陶瓷是一种重要的介质材料，具有电绝缘性能好、介电常数低、介电损耗低、导热率较高、机械强度较高，以及耐高温、耐磨及耐化学腐蚀等特点，且价格低廉，工艺成熟，在电子、通信、电真空等领域有着广泛的用途。但是，随着通讯等技术的高速发展，对材料的要求日益严苛，Al₂O₃陶瓷材料的不足越来越明显。最突出的问题之一就是介电损耗偏大。虽然从理论上看，提高Al₂O₃的纯度就可以降低Al₂O₃陶瓷材料的介电损耗，但是在实际应用中，高纯的Al₂O₃粉体并不一定能保证高Q × f值或低介电损耗，材料的制备工艺过程更加重要。这是因为：Al₂O₃陶瓷材料中的介电损耗由本征损耗（intrinsic loss）和非本征损耗（extrinsic loss）两部分构成。导致Al₂O₃陶瓷材料总介电损耗大的主要因素是非本征损耗，而非本征损耗与材料制备过程中产生的结构缺陷如杂质、晶界、空位、气孔、微裂纹及晶粒取向等密切相关。因此，优化制备工艺以降低Al₂O₃陶瓷材料的介电损耗便日益受到关注。而其中的“掺杂”工艺，即在Al₂O₃陶瓷材料中添加上适量的化合物，更因其可控性好、操作性强成为国内外研究开发的热点。比如，N.M.Alord等人通过在Al₂O₃陶瓷材料中添加0.5wt%TiO₂，使tanδ由2.7×10^-5降至2.0×10^-5（Q × f值达452790GHz）。C.L.Huang等人采用高纯的纳米Al₂O₃粉体为原料并添加0.5wt%TiO₂，将Q × f值进一步提高至680000GHz（14GHz下）。在国内，电子科技集团公司第十二研究所的张巨先在Al₂O₃陶瓷材料中掺入少量MgO，利用二次烧结降低体积气孔率，使tanδ大幅降低至1×10^-5（9503MHz下）。不过，MgO、TiO₂掺杂虽然常见，但有一个缺点，就是Mg²⁺、Ti⁴⁺与Al³⁺价态不同，当MgO、TiO₂掺杂固溶到Al₂O₃晶格中时，容易形成空位缺陷，导致介电损耗增加，性能不稳定。

发明内容

本发明目的在于提供一种低介电损耗Al₂O₃陶瓷材料，解决现有技术中Al₂O₃陶瓷介电损耗（tanδ）较高的问题，同时掺杂物固溶过程中不容易产生空位缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：以高纯Al₂O₃粉体（>99.95%）作为原料，选用CaTiO₃作为掺杂物，湿法球磨混合后，在一定温度下干燥，再经研磨、过筛得到混合干粉。将所得混合干粉干压成型后，放置于电炉中升温至预定温度保温一定的时间, 冷却后就得到致密的Al₂O₃陶瓷材料样品

上述技术方案的配方为：每100gAl₂O₃粉体原料中CaTiO₃的掺杂量为0.1~0.5g。

上述技术方案的混合工艺参数为：球磨时间为12-24h，球磨介质为去离子水和氧化锆球，料：水：球=1:2:3。

上述技术方案的干燥工艺参数为：干燥温度为100-120℃。