[发明专利]基于冷烧结技术制备的高性能低介微波陶瓷及方法

说明书

本发明公开了一种基于冷烧结技术制备高性能低介微波陶瓷及方法，方法包括以下步骤：(1)称取适量BaF₂原料并与不高于25wt％的去离子水进行混合；(2)将步骤(1)所得的固液混合粉末置于圆柱体模具中，同时放入热压机中进行冷烧结，获得陶瓷生坯；(3)将步骤(2)的陶瓷生坯置入80‑200℃烘箱中烘干至恒重；(4)将步骤(3)的陶瓷生坯放入高温烧结炉中，在700‑950℃退火处理获得致密的BaF₂微波介质陶瓷。利用本发明制备的BaF₂陶瓷致密度可高达98％，其品质因数相比较于传统固相烧结法可提高53.4％以上，在5G高频段通讯领域中天线基板，谐振器等电子元器件中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通讯与电子陶瓷材料制造技术领域，具体涉及一种基于冷烧结技术制备且具有高性能、低介电常数的微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷作为移动通讯元器件(如谐振器、滤波器、介质基片、介质天线)中的关键材料，广泛应用于微波技术的许多技术领域，如移动电话、卫星基站、卫星广播、雷达等。

近年来，随着无线通讯技术的迅猛发展以及微波低频段资源的逐渐枯竭，无线通讯所用频段正逐渐由ISM频段扩展到毫米波频段。为了满足毫米波频段的通讯要求，具有低介电常数(ε_r10)和高品质因数(Qf40000GHz)的微波介质陶瓷的研究与开发受到人们广泛关注。低ε_r可以降低微波信号传输的延迟，提高微波器件信号响应与传输速度；高Qf值可以增强器件的选频特性与降低能量传递损耗。此外，随着人们对信息传输内容、速度及质量等要求的不断提高，新一代高频通讯技术如5G移动通信，物联网(IoT)技术等不断涌现。因此，亟需开发一批具有低介电常数高品质微波介质陶瓷材料。

BaF₂是一类具有低介电常数和高品质因数的材料，前期在BaF₂单晶的研究结果表明其介电常数在7附近，Qf值可达50000GHz以上。然而，BaF₂单晶价格十分昂贵，无法广泛推广使用。另一方面，BaF₂晶粒表面自由能较低，利用传统固相法烧结的BaF₂陶瓷又无法实现理想的致密化(致密度小于90％)。冷烧结技术是近年来新兴的一种新型陶瓷致密化技术，将特定陶瓷粉体与特定溶剂(如水、乙醇等)混合后可在一定温度与压力条件下实现陶瓷的致密化烧结。因此，基于冷烧结技术开发新型BaF₂陶瓷制备工艺，获得低成本、高性能的BaF₂陶瓷成为一个重大应用需求。基于此，提出本发明技术方案。

发明内容

针对BaF₂陶瓷致密度与微波介电性能提升的需求，本发明提供了一种基于冷烧结技术制备的高性能低介BaF₂微波陶瓷及其方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于冷烧结技术制备高性能低介微波陶瓷的方法，其按如下步骤进行：

(1)混料：称取适量BaF₂原料并与不高于25wt％的去离子水进行混合；

(2)冷烧结：将所得的固液混合粉末置于圆柱体模具中，同时放入热压机中进行冷烧结。

(3)烘干：将步骤(2)的陶瓷生坯置入80-200℃烘箱中烘干至恒重，排除样品中可能残余的水分；

(4)退火处理：将步骤(3)的陶瓷生坯放入高温烧结炉中，在700-950℃退火处理获得致密的BaF₂微波介质陶瓷。

作为优选方案，步骤(4)之后，还包括：(5)后续磨削抛光：将步骤(4)的BaF₂陶瓷块体表面分别在800目、1000目、1500目砂纸上打磨，获得表面光洁的陶瓷。