[发明专利]一种小型导航天线用环保型微波介质陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型导航天线用环保型微波介质陶瓷材料；应用于小型导航天线接收发卫星通信系统中介质谐振器、滤波器以及振荡器、手机天线和GPS全球定位系统等微波元器件中。

背景技术

目前，随着中国航天科技、卫星通讯的快速发展，届时将形成多波段的固定广播通信卫星、专用广播卫星、直播卫星、移动广播卫星、移动通信卫星和专用GPS全球定位，安全导航卫星。以及以IP 业务为主的数据业务对传输带宽需求的进一步增长，更长波长 波段的小型导航天线开发和应用越来越成为人们关注的重点。同时也带动了对相应的微波谐振器、滤波器、振荡器、微波电容器等相关微波元器件的需求。卫星通讯广播通常应用的频率为Ｓ、Ｌ、Ｃ、Ｋｕ、波段，对于应用于型的小型导航天线微波介质陶瓷要求具有低的介电常数（15～35）、高品质因数稳定的谐振频率温度特性和体积小，价格便宜等。

CaCO₃·TiO₂·MgO ·ZnO· Al₂O₃材料是一种性能优异的钛酸盐微波陶瓷，通过掺杂及其它手段可以获得具有合适的且可调的介电常数，高品质因数和良好的的谐振频率温度特性。在现有技术中CaCO₃·TiO₂· MgO ·ZnO· Al₂O₃一般采用氧化物与添加剂混合固相反应发制备，经过配方称量、球磨、造粒、成型、装钵、排胶和烧结以及金属化处理等工序，最后进行陶瓷性能的检测。该方法工艺简单，易于工业化生产，且材料性能稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种小型导航天线用环保型微波介质陶瓷材料，使其具有低的烧成温度节能、低介电常数、高品质因数稳定的谐振频率温度特性。其应用于小型导航天线介质谐振器、滤波器、振荡器、GPS全球定位，安全导航系统中，可以使体积小价格便宜。

本发明所要解决的技术方案如下：

一种小型导航天线用环保型微波介质陶瓷材料，制造原料中含有主要粉末成分：碳酸钙（CaCO₃）；二氧化钛（TiO₂）；氧化镁（MgO）；氧化锌（ZnO）；三氧化二铝（Al₂O₃）以及微量添加物：二氧化硅（SiO₂）、五氧化二钒(V₂O₅)组分,各组分的含量为：

碳酸钙24～30%；二氧化钛24～36 %；

氧化镁23～33%；氧化锌10～15%；

三氧化二铝1～6 %；

二氧化硅0.8～1.4%；五氧化二钒0.6～1.7%；

其具体制造方法是：

①先将粉末碳酸钙、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、三氧化二铝和二氧化硅、五氧化二钒按组分要求称重，放入球磨机的料筒中球磨搅拌4-6小时；

②将磨好的料浆添加15%PVA水溶液搅拌1-2小时进行自动造粒；

③干压成型，压制成型的成型压力500-800MPa，并且装钵；

④在1200-1280℃下保温2～4小时，排胶烧结一次完成即制得所说的小型导航天线用微波介质陶瓷。

在一般在钛酸盐中，高温烧结会导致氧缺位V0的形成。这些带正电荷的氧缺位能够吸附自用电子。为补偿自用电子，保持结构内的电中性，氧缺位附近的Ti⁴⁺将俘获多余的电子产生Ti³⁺离子，Ti³⁺在室温及高温空气烧结中是稳定的，而被俘获的电子与Ti⁴⁺结构教松，在电场作用下很容易跃迁到导带参与导电，从而使系统的介电性能恶化，电阻率降低，损耗增大。并且从烧成样品的外观可以看出样品出现"黑芯"的现象。我公司科技人员经过研究发现这是因为钛离子变价从 Ti⁴⁺被还原为 Ti³⁺；高温烧结及Ti⁴⁺的还原是含钛介质陶瓷损害增大的重要原因，要想办法降低烧结温度的同时，抑制Ti⁴⁺变价，保证陶瓷电性能的稳定。