[发明专利]一种基于高能球磨法制备AWO4单相陶瓷的方法

说明书

本发明公开了一种基于高能球磨法制备AWO₄单相陶瓷的方法，包括如下步骤：S1、通过高能球磨法在30 min内制备AWO4(A=Ca,Ba)单相粉体；S2、将所得的AWO4(A=Ca,Ba)单相粉体经过30 h球磨后，细化得到110~120 nm大小的纳米粉体；S3、将所得的纳米粉体在900~1000 oC下低温制备出高致密度的AWO4(A=Ca,Ba)单相陶瓷。本发明首次仅采用高能球磨工艺制备AWO₄粉体，制备所得的单纯陶瓷的致密度极好，且具有较好的微波介电性能。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种基于高能球磨法制备AWO₄单相陶瓷的方法。

背景技术

近年随着通信技术（雷达、移动通信等）的不断发展，对于微波电路系统的发展已经逐渐向小巧、轻便、高能化发展。在多层结构片式元器件的制备中，考虑到在设计是电路的多层结构，越来越多的人采用低温共烧陶瓷技术( Low Temperature Co-FiredCeramics, LTCC )。这样在电路中既使组装密度有所提高，还利于小巧、轻便、高能化，同时能够提高系统的稳定性与可靠性。微波介质陶瓷作为LTCC技术的基础材料，应具有适中的介电常数(_r)、较高的品质因数(Q× f )、接近零的谐振频率温度系数(_f)，此外其制备工艺还应易于产业化。目前，美国、日本、德国等国家的LTCC技术相当成熟，针对微波陶瓷已成功设计并进行了工业产业化生产，且部分LTCC生产厂家在国际上已处于领先的优势，他们可提供出配套的系列产品，但国内对于LTCC技术生产还仍处于起步阶段，几乎没有自主知识产权的LTCC材料的体系的产品设计。在微波介质陶瓷的制备中，很多材料的介电性能良好，却因在烧结时的温度过高而阻碍生产。因此在随着元器件体积的进一步小型化发展下，如今在功能介质陶瓷材料方面的研究热点已经逐渐转为微波介质陶瓷材料的低温烧结的研究与开发，这也是微波器件小型化和集成化发展的必然趋势。

钨矿在自然界中主要以两种形式存在，根据A²⁺离子半径形成不同的结构：一种是A²⁺离子半径较小的形成单斜黑钨矿结构 (Fe, Zn, Mg )WO₄等；另一种较大的A²⁺离子半径易形成四方相白钨矿结构(Ca, Ba, Sr)WO₄。在无机材料领域AWO₄ (A = Ca, Ba, Sr)白钨矿是非常重要的材料之一，在发光及微波中应用广泛，且具应用潜能较大。对于AWO₄微波性能及应用目前已在微波介质陶瓷中进行研究，尤其在白钨矿中CaWO₄具有较高的品质因数。而对于CaWO₄微波介质陶瓷的制备，大多数制备工艺都需要很高的合成温度，例如传统的固相法、水热法、溶胶-凝胶法等制备工艺。Kim等研究了AWO₄基陶瓷的晶体结构、堆积密度等对微波介电性能的影响。Wang等报道了添加矢量的Na₂W₂O₇，可使CaWO₄的烧结温度降低到850 ^oC，且与Ag电极共烧，并通过添加TiO₂改善了谐振频度温度稳定系数。Yoon等在AWO₄ (A=Ca, Ba, Sr, Mg, Zn, Mn) 系陶瓷的微波介电性能研究中，得出AWO₄的微波介电性能：_r= 8~15，Q × f =48,000~70,000 GHz，_f= −50 ~ -80 ppm/°C，但其烧结温度大致为1150~1290 ^oC，但对于LTCC低温共烧技术，这一烧结温度显然太高。故要想在低温下烧结得到单相AWO₄白钨矿质陶瓷并获得良好微波介电性能是目前待以解决的重要问题。