[发明专利]一种超低介电损耗钙镁硅系微波介质陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有超低介电损耗的钙镁硅系微波介质陶瓷的制备方法，其化学组成为Ca₂MgSi₂O₇。该微波介质陶瓷的制备方法为：将CaCO₃、MgO和SiO₂按照化学表达式中的化学计量比进行配料、球磨、烘干、过筛；将制得的粉料焙烧后，再二次球磨、烘干，干燥后加粉料15％重量百分比的石蜡进行造粒，过60目筛，压制成坯体；坯体在排蜡时于550℃保温3h，之后以5℃/min的速率升温至1260～1320℃烧结，保温4小时，制得超低介电损耗的钙镁硅系微波介质陶瓷。本发明成功地获得了介电损耗低至1.24×10^‑4，品质因数为8015.94GHz，介电常数为9.8641的微波介质陶瓷，可应用于微波电路中的介质基板材料。本发明制备工艺简单，过程无污染，是一种很有前途的微波介质材料。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组分，特别涉及了一种具有特定排蜡工艺和烧结工艺、最后获得具有超低介电损耗的钙镁硅系微波介电陶瓷的制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷作为一种新型的功能陶瓷，在谐振器、滤波器、介质天线等微波器件中得到了广泛应用。随着现在通信技术的飞速发展，对信息交换的需求也在迅速增加，这就要求信息的传输速率越来越高。介电材料的信号传播速度V和介电常数ε_r之间满足关系式：V＝C/ε_r^0.5，信号传输延迟时间T_d和介电常数ε_r之间满足关系式：Td＝ε_r^0.5l/C。为了减少信号传输过程中的信号延迟，提高信息传输速率，作为微波电路中为其它元器件提供支撑的基板材料，就要求具有非常低的介电常数，这样可以减小基板与电极之间的交互耦合，进而提高电信号的传输速率，同时，基板材料的介电损耗越低，信号在传输过程中越不容易损失。因此，具有低介电损耗的低介电常数微波介质陶瓷材料越来越受到人们的关注。

硅酸盐系微波陶瓷由于具有正四面体([SiO₄]^4-)的框架结构，在此框架结构中，离子键占45％，共价键占55％，受强度大的共价键的影响，材料的介电常数比其他陶瓷体系都低，因而引起了大家广泛的研究。钙镁硅系陶瓷就是硅酸盐系微波陶瓷的一种。Ca₂MgSi₂O₇首次是通过掺杂稀土离子来改善其荧光粉特性进行研究的，其作为硅酸盐材料的介电性能在2014年首次报道，在1280℃烧结时其微波介电性能为介电常数(ε_r)为7.6,介电损耗tanδ为2.5×10^-3。不同排蜡时间对陶瓷的形貌有很大的影响，最佳的排蜡保温时间可以使得陶瓷微观形貌致密，气孔较少。为此，在本发明中采用优化的固相法来制备钙镁硅微波介质陶瓷，测量了不同排蜡保温时间(90-300min)下的介电损耗值，最终确定最佳的排蜡保温时间，使得介电损耗降低了一个数量级，为1.24×10^-4，最终获得了具有很低介电损耗的微波性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有超低介电损耗和低介电常数的微波介质陶瓷的制备方法。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种超低介电损耗的钙镁硅系微波介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)将CaCO₃、MgO、SiO₂作为原料，按化学式Ca₂MgSi₂O₇进行配料，将粉料放入球磨罐中，加入去离子水及氧化锆球，球磨8小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料置于110℃烘干，待原料烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

(3)将步骤(2)得到的混合均匀的粉料装入坩埚后在1200℃下预烧4小时；