一種低介電常數微波介質陶瓷及其製備方法

2023-07-23 00:28:06

一種低介電常數微波介質陶瓷及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低介電常數微波介質陶瓷及其製備方法，微波介質陶瓷的配方組成為：(1-a)(Mg0.4Zn0.6)2SiO4-aCaTiO3，其中a＝0.05～0.2；先通過原料MgO、ZnO、SiO2、CaCO3和TiO2分別合成(Mg0.4Zn0.6)2SiO4和CaTiO3，並將兩者按照一定的比例在無水乙醇中混合球磨，出料烘乾後加入一定質量分數的PVA，經造粒、壓片、燒結即製得本發明的陶瓷材料。與現有技術相比，本發明通過調節(Mg0.4Zn0.6)2SiO4與CaTiO3的混合比例，可以使陶瓷材料的諧振頻率溫度係數τf在一定範圍內可調；較好的製備工藝使得材料的性能得到改善；三相混合燒結使得緻密化燒結溫度比單相低得多；由於Mg2SiO4、Zn2SiO4具有較高的Q值，在1180℃燒結溫度下Q×f＞40000GHz，具有較低的介電損耗。本發明材料由於具有低介電損耗，可以應用於衛星通訊、軍用雷達等方面。
【專利說明】一種低介電常數微波介質陶瓷及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電子信息功能材料與元器件領域，尤其是涉及一種低介電常數微波介質陶瓷及其製備方法。
【背景技術】
[0002]微波介質陶瓷是移動通訊技術快速發展的關鍵材料，也是近二十多年來發展起來的一種新型的功能陶瓷材料。它是指應用於微波頻率(主要是300MHz~30GHz頻段)電路中作為介質材料並完成一種或多種功能的陶瓷材料，是製造微波介質濾波器和諧振器的關鍵材料。近年來，信息容量大的衛星通信(SLC)、衛星直播電視(SLUIV)等系統得到迅速發展與應用，便捷的汽車電話、可攜式電話等個人及集團移動通信系統也已進入日常生活。
[0003]微波介質陶瓷具有高介高損耗、低介低損耗的規律，故低介體系因其高品質因數而被應用於對介質損耗要求比較嚴格的領域，如衛星通訊、軍用雷達等方面。在微波頻率下，介質損耗(介質損耗因數tan δ )要小，或者品質因數Q要高(Ι/tan δ )。一般要求tan δ 1000。高Q有利於獲得良好的濾波特性及通訊質量。諧振頻率溫度係數Tf要為零或近於零，零τ f可保證元器件的中心頻率不隨溫度變化而產生漂移，提高器件的工作穩定性。 [0004]目前相對介電常數在20以下的微波介電陶瓷主要有Al2O3-TiO2系、MgTiO3-TiO2系、R2Ba (CUhAx) O5系、MO-SiO2 (M = Ca，Mg，Zn)體系。其中矽酸鹽系微波陶瓷體系主要包括 CaO-SiO2, MgO-SiO2 和 ZnO-SiO2,典型化合物為 CaSiO3, Ca3Si2O7, Mg2SiO4 和Zn2SiO4[楊輝，張啟龍.低溫共燒微波介質陶瓷及其器件的研究進展[J].矽酸鹽學報，2008,36(6) =866-876] ?在此基礎上，形成系列改性複合化合物陶瓷。而CaTiO3具有鈣鈦礦結構，相對介電常數εr約為160，QXf值約為13000，諧振頻率溫度係數τ f約為 800ppm/ V [Cheng-Liang Huang, Chung-Long Pan, Shen-JiunnShium, Liquid phasesintering of MgTiO3-CaTiO3 microwave dielectric ceramics, Materials Chemistryand Physics, 78 (2002) 111-115]。對於 Mg2SiO4 和 Zn2SiO4,其 QXf 值可以達到 200000，介電損耗tan5很小，諧振頻率溫度係數τ f在-60ppm/°C附近[K.X.Song, X.M.Chen,C.V.Zhen, Microwave dielectric characteristics of ceramics in Mg2SiO4-Zn2SiO4system, Ceramics International.34 (2008) 917-920]。將兩種微波介電性能良好且諧振頻率溫度係數相反的材料進行複合可以製備出Tf可調的復相微波介質陶瓷。目前許多微波介質陶瓷大都存在燒結溫度過高且不具有諧振頻率溫度係數τ f可調的特性，品質因數Q值過低等缺點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種低介電常數微波介質陶瓷及其製備方法，該微波介質陶瓷具有低介電常數，具有優良微波性能且諧振頻率溫度係數Tf根據實際應用要求可調至特定值。[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]—種低介電常數微波介質陶瓷，其配方組成為:
[0008](1-a) (Mg0.4ZnQ.6)2Si04_aCaTi03，其中 a = 0.05 ~0.2 ;
[0009]該低介電常數微波介質陶瓷的介電常數為6~10，QXf > 40000GHz，諧振頻率溫
度係數在一定範圍內可調。
[0010]一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0011](I)原料選取:選取純度大於99.9%的MgO、ZnO、SiO2, CaCO3> TiO2作為製備低介電常數微波介質陶瓷的原料；
[0012](2)製備(Mg0.4Zn0.6) 2Si04 與 CaTiO3 粉料:
[0013]按照(Mga4Zna6)2SiO4的配方組成稱量原料MgO、ZnO及SiO2配成第一組混合原料，按照CaTiO3的配方組成稱量原料CaCO3與TiO22配成第二組混合原料，將兩組混合原料分別進行第一次球磨，烘乾後，高溫煅燒，兩組混合原料分別反應，得到(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3 粉料；
[0014](3)製備(1-a) (Mga4Zna 6) 2Si04-aCaTi03 混合粉料:
[0015]將合成的粉料(Mga4Zna6)2SiO4及CaTiO3按照摩爾比(1-a): a稱料混合，其中a=0.05~0.2，進行第二次球磨，之後烘乾，得到(1-a) (Mg0.4Zn0.6)2Si04-aCaTi03混合粉料；
[0016](4)在製備的(1-a) (Mg0.4Zn0.6)2Si04-aCaTiO3混合粉料中加入濃度為8~10wt%的PVA溶液，並在80~120MPa壓力下壓製成直徑為10~12mm的陶瓷圓柱體，其中PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0017](5)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在1120~1240°C下以3~5°C /min的速率升溫並保溫2~4h，隨後以2~4°C /min的速度冷卻至室溫，並將燒結成瓷的樣品表面拋光，得到低介電常數微波介質陶瓷。
[0018]第一次球磨與第二次球磨均是在球磨機中進行中，在進行球磨的過程中，均加入氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，其中，待研磨的物料與氧化鋯球的質量比為1:1.2~I: 1.5，待研磨的物料與無水乙醇的質量比1: 1.2~1: 1.5。
[0019]第一次球磨或第二次球磨進行時的轉速為300~400r/min,球磨的時間為16~24h。
[0020]步驟⑵或步驟(3)中所述的烘乾的溫度為80~120°C。
[0021]步驟⑵所述的高溫煅燒的溫度為1100~1200°C，高溫煅燒的時間為2~4h。
[0022]矽酸鹽體系中的Mg2Si04、Zn2SiO4S 10以下的低介電常數，且QX f值可以達到200000，是典型的低介電常數低損耗材料，諧振頻率溫度係數τ f均為-60ppm/°C，其燒結溫度高於1200°C，將兩者複合成MZS (即(Mga4Zn0.6) 2Si04)之後其燒結溫度可以降低至1100°C左右。為了使矽酸鹽材料具有諧振頻率溫度係數可調的特性，將CaTiO3與Mg2Si04、Zn2SiO4進行複合，由於CaTiO3的諧振頻率溫度係數τ f值為800ppm/°C，所以通過調節CaTiO3與MZS的摩爾比可以調節MZS-CaTiO3體系材料的諧振頻率溫度係數。因為CaTiO3的摩爾比例較低，因此MZS-CaTiO3體系仍具有低介電常數低損耗的性質。
[0023]由於(Mg0.4Zn0.6) 2Si04與CaTiO3複合過程比較複雜，先要分別單獨製備出(Mga4Zna6)2SiO4 複合材料和 CaTiO3,再將(Mga4Zna6)2SiO4 與 CaTiO3 進行 0-3 複合，而且二者要能夠充分地混合均勻。不能開始就將各個氧化物混合均勻燒結，這樣會使得中間的反應較為複雜不能控制而對微波性能帶來較大的影響。在燒結時，爐內會形成溫度梯度，而本微波材料的微波性能對溫度較為敏感，因此需要在爐內放置一塊氧化鋁板以固定每次燒結的位置，使得燒結時不會因溫區的差異導致微波性能結果產生影響。
[0024]與現有技術相比，本發明通過調節(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3的混合比例，可以使陶瓷材料的諧振頻率溫度係數Tf在一定範圍內可調；較好的製備工藝使得材料的性能得到改善；三相混合燒結使得緻密化燒結溫度比單相低得多；本發明提供的復相微波介質陶瓷其燒結溫度較低，比單相低得多，且容易合成與燒結，製備工藝簡單，具有良好的綜合微波介電性能，由於米用娃酸鹽材料Mg2SiO4及Zn2SiO4,該復相微波介質陶瓷材料介電常數為6~10，在1180°C燒結溫度下QXf > 40000GHz，是明顯的低介電常數低損耗材料。諧振頻率溫度係數Tf根據(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3摩爾比的不同在一定範圍內可調。由於高的品質因數，所以其具有選頻性號且信號傳輸質量高的優點，適用於作為電子電路中的多層微波諧振器、振蕩器濾波器、微波天線、微波基板等材料，可以應用於衛星通訊、軍用雷達等方面。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為實施例1~實施例5製備得到的微波介質陶瓷的XRD圖譜；
[0026]圖2為實施例1製得的微波介質陶瓷的SEM圖譜；
[0027]圖3為實施例5製得的微波介質陶瓷的SEM圖譜；
[0028]圖4為實施例1中在1120~1240°C範圍內採用不同溫度燒結製得的微波介質陶瓷的QXf值的變化示意圖；
[0029]圖5為實施例1~實施例5製備得到的微波介質陶瓷(1-a)(Mga4Zntl.6) 2Si04-aCaTi03 的 τ f 值隨 a 變化示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0031]實施例1
[0032](I)稱量原料MgO、ZnO、SiO2按摩爾比0.8: 1.2: I的比例配成第一組混合原料，稱量原料CaCO3與TiO2按摩爾比1:1的比例配成第二組混合原料，按混合原料與氧化鋯球的質量比為1: 1.2，與無水乙醇的質量比1: 1.5的比例，向第一組混合原料與第二組混合原料中同時加入氧化鋯球和無水乙醇，第一組混合原料與第二組混合原料分別在360r/min的速度下進行混合球磨24h，120°C烘乾後，分別裝入剛玉坩堝中，在1200°C下煅燒4h，升溫速率為2 V /min，第一組混合原料充分反應形成化合物(Mga4Zna6)2SiO4，第二組混合原料充分反應形成化合物CaTiO3 ；
[0033](2)將合成的粉料(Mga4Zna6)2SiO4及CaTiO3進行二次研磨烘乾後，研磨與烘乾的條件與步驟(1)相同，按照摩爾比0.88: 0.12稱料混合，在轉速為360r/min的球磨機中以氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，連續球磨24h，在120°C的烘箱中烘乾，得到0.88 (Mga4Zna6)2SiO4-0.12CaTi03 混合粉料；
[0034](3)在0.88 (Mga4Zna6)2SiO4-0.12CaTi03混合粉料中加入濃度為9財％的PVA溶液進行造粒，並在IOOMPa壓力下壓製成直徑為IOmm的陶瓷圓柱體，其中，PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0035](4)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在550°C下保溫5h以除去粘合劑(PVA)，然後在1120~1240°C範圍內，以3°C /min的速率升溫並保溫4h，隨後以2V /min的速度冷
卻至室溫；
[0036](5)將燒結成瓷的樣品表面進行機械拋光。
[0037]將在1180°C下燒結，(Mga4Zna6)2SiO4與0&1103摩爾比為0.88: 0.12的樣品進行微波介電性能測試，本實施例將在1180°C下燒結，製得的微波介質陶瓷的XRD圖譜如圖1中的(d)所示，本實施例將在1180°C下燒結，製得的微波介質陶瓷的SEM圖譜如圖2所示。本實施例將在1180°C下燒結，製得的微波介質陶瓷的諧振頻率溫度係數τ f為-21.8ppm/°C，如圖5所示。
[0038]本實施例中，在1120~1240°C範圍內採用不同溫度燒結製得的微波介質陶瓷的QXf值的變化如圖4所示，從圖中可以看出，在1180°C下燒結，在諧振頻率&為11.65GHz下，介電常數ε ^為7.83，品質因數QXf值為47765GHz，在1220°C時，製備的微波介質陶瓷的QXf值最高。
[0039]實施例2
[0040](I)稱量原料MgO、ZnO、SiO2按摩爾比0.8: 1.2: I的比例配成第一組混合原料，稱量原料CaCO3與TiO2按摩爾比1:1的比例配成第二組混合原料，按混合原料與氧化鋯球的質量比為1: 1.2，與無水乙醇的質量比1: 1.5的比例，向第一組混合原料與第二組混合原料中同時加入氧化鋯球和無水乙醇，第一組混合原料與第二組混合原料分別在360r/min的速度下進行混合球磨24h，120°C烘乾後，分別裝入剛玉坩堝中，在1200°C下煅燒4h，升溫速率為2 V /min，第一組混合原料充分反應形成化合物(Mga4Zna6)2SiO4，第二組混合原料充分反應形成化合物CaTiO3 ；
[0041](2)將合成的粉料(Mga4Zna6)2SiO4及CaTiO3進行二次研磨烘乾後，研磨與烘乾的條件與步驟(1) 相同，按照摩爾比0.90: 0.10稱料混合，在轉速為360r/min的球磨機中以氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，連續球磨24h，在120°C的烘箱中烘乾，得到
0.90 (Mga4Zna6)2SiO4-0.1OCaTiO3 混合粉料；
[0042](3)在0.90 (Mga4Zna6)2SiO4-0.1OCaTiO3混合粉料中加入PVA溶液進行造粒，並在I OOMPa壓力下壓製成直徑為IOmm的陶瓷圓柱體，其中，PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0043](4)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在550°C下保溫5h以除去粘合劑，然後在1180°C下，以3°C /min的速率升溫並保溫4h，隨後以2V /min的速度冷卻至室溫；
[0044](5)將燒結成瓷的樣品表面進行機械拋光。
[0045]本實施例製得的微波介質陶瓷進行微波介電性能測試，在諧振頻率A為
11.95GHz下，介電常數為7.42，品質因數QXf值為58555GHz，諧振頻率溫度係數Tf為-25.9ppm/°C，如圖5所示。本實施例製得的微波介質陶瓷的XRD圖譜如圖1中的(c)所
/Jn ο
[0046]實施例3
[0047](I)稱量原料MgO、ZnO、SiO2按摩爾比0.8: 1.2: I的比例配成第一組混合原料，稱量原料CaCO3與TiO2按摩爾比1:1的比例配成第二組混合原料，按混合原料與氧化鋯球的質量比為1: 1.2，與無水乙醇的質量比1: 1.5的比例，向第一組混合原料與第二組混合原料中同時加入氧化鋯球和無水乙醇，第一組混合原料與第二組混合原料分別在360r/min的速度下進行混合球磨24h，120°C烘乾後，分別裝入剛玉坩堝中，在1200°C下煅燒4h，升溫速率為2 V /min，第一組混合原料充分反應形成化合物(Mga4Zna6)2SiO4，第二組混合原料充分反應形成化合物CaTiO3 ；
[0048](2)將合成的粉料(Mga4Zna6)2SiO4及CaTiO3進行二次研磨烘乾後，研磨與烘乾的條件與步驟(1)相同，按照摩爾比0.92: 0.08稱料混合，在轉速為360r/min的球磨機中以氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，連續球磨24h，在120°C的烘箱中烘乾，得到0.92 (Mga4Zna6)2SiO4-0.08CaTi03 混合粉料；
[0049](3)在0.92 (Mga4Zna6)2SiO4-0.08CaTi03混合粉料中加入PVA溶液進行造粒，並在IOOMPa壓力下壓製成直徑為IOmm的陶瓷圓柱體，其中，PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0050](4)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在550°C下保溫5h以除去粘合劑，然後在1180°C下，以3°C /min的速率升溫並保溫4h，隨後以2V /min的速度冷卻至室溫；
[0051](5)將燒結成瓷的樣品表面進行機械拋光。
[0052]本實施例製得的微波介質陶瓷進行微波介電性能測試，在諧振頻率A為
12.22GHz下，介電常數為6.93，品質因數QXf值為47658GHz，諧振頻率溫度係數Tf為-37.2ppm/°C，參加圖5。本實施例製得的微波介質陶瓷的XRD圖譜如圖1中的(b)所示。
[0053]實施例4
[0054]一種低介電常數微波·介質陶瓷，其配方組成為:
[0055]0.94 (Mg0 4Zn0 6) 2Si04_0.06CaTi03 ；
[0056]該低介電常數微波介質陶瓷的介電常數為6~10，QXf > 40000GHz，諧振頻率溫
度係數在一定範圍內可調。
[0057]—種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0058](I)原料選取:選取純度大於99.9%的MgO、ZnO、SiO2, CaCO3> TiO2作為製備低介電常數微波介質陶瓷的原料；
[0059](2)製備(Mg0.4Zn0.6) 2Si04 與 CaTiO3 粉料:
[0060]按照(Mga4Zna6)2SiO4的配方組成稱量原料MgO、ZnO及SiO2配成第一組混合原料，按照CaTiO3的配方組成稱量原料CaCO3與TiO22配成第二組混合原料，將兩組混合原料分別進行第一次球磨，烘乾後，高溫煅燒，兩組混合原料分別反應，得到(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3 粉料；
[0061 ] (3)製備 0.94 (Mg0.4Zn0.6) 2Si04_0.06CaTi03 混合粉料:
[0062]將合成的粉料(Mga4Zna6)講04及CaTiO3按照摩爾比0.94: 0.06稱料混合，進行第二次球磨，之後烘乾，得到0.94(Mga4Zna6)2SiO4-0.06CaTi03混合粉料；
[0063](4)在製備的0.94(Mga4Zna6)2SiO4-0.06CaTi03混合粉料中加入PVA溶液並在IOOMPa壓力下壓製成直徑為IOmm的陶瓷圓柱體，其中PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0064](5)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在1120~1220°C下以3°C /min的速率升溫並保溫4h，隨後以2°C /min的速度冷卻至室溫，並將燒結成瓷的樣品表面拋光，得到低介電常數微波介質陶瓷。
[0065]第一次球磨與第二次球磨均是在球磨機中進行中，在進行球磨的過程中，均加入氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，其中，待研磨的物料與氧化鋯球的質量比為1: 1.2，待研磨的物料與無水乙醇的質量比1: 1.5。第一次球磨或第二次球磨進行時的轉速為300~400r/min，球磨的時間為16~24h。步驟⑵或步驟(3)中烘乾的溫度為80~120°C。步驟⑵高溫煅燒的溫度為1200°C，高溫煅燒的時間為2~4h。
[0066]本實施例製得的微波介質陶瓷的XRD圖譜如圖1中的(a)所示。
[0067]實施例5
[0068]一種低介電常數微波介質陶瓷，其配方組成為:
[0069]0.86 (Mg0.4Zn0.6)2Si04_0.HCaTiO3 ；
[0070]該低介電常數微波介質陶瓷的介電常數為6~10，QXf > 40000GHz，諧振頻率溫
度係數在一定範圍內可調。
[0071]一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0072](I)原料選取:選取純度大於99.9%的MgO、ZnO、SiO2, CaCO3> TiO2作為製備低介電常數微波介質陶瓷的原料；
[0073](2)製備(Mg0.4Zn0.6) 2Si04 與 CaTiO3 粉料:
[0074]按照(Mga4Zna6)2SiO4的配方組成稱量原料MgO、ZnO及SiO2配成第一組混合原料，按照CaTiO3的配方組成稱量原料CaCO3與TiO22配成第二組混合原料，將兩組混合原料分別進行第一次球磨，烘乾後，高溫煅燒，兩組混合原料分別反應，得到(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3 粉料；
[0075](3)製備 0.86 (Mg0.4Zn0.6) 2Si04_0.HCaTiO3 混合粉料:
[0076]將合成的粉料(Mga4Zna6)講04及CaTiO3按照摩爾比0.86: 0.14稱料混合，進行第二次球磨，之後烘乾，得到0.86 (Mga4Zna6)2SiO4-0.HCaTiO3混合粉料；
[0077](4)在製備的0.86 (Mga4Zna6)2SiO4-0.HCaTiO3混合粉料中加入PVA溶液並在IOOMPa壓力下壓製成直徑為IOmm的陶瓷圓柱體，其中PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0078](5)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在1120~1220°C下以3°C /min的速率升溫並保溫4h，隨後以2°C /min的速度冷卻至室溫，並將燒結成瓷的樣品表面拋光，得到低介電常數微波介質陶瓷。
[0079]第一次球磨與第二次球磨均是在球磨機中進行中，在進行球磨的過程中，均加入氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，其中，待研磨的物料與氧化鋯球的質量比為1: 1.2，待研磨的物料與無水乙醇的質量比1: 1.5。第一次球磨或第二次球磨進行時的轉速為300~400r/min，球磨的時間為16~24h。步驟⑵或步驟(3)中烘乾的溫度為80~120°C。步驟⑵高溫煅燒的溫度為1200°C，高溫煅燒的時間為2~4h。
[0080]本實施例製得的微波介質陶瓷的XRD圖譜如圖1中的(e)所示，本實施例製得的微波介質陶瓷的SEM圖譜如圖3所示。
[0081]實施例6
[0082]一種低介電常數微波介質陶瓷，其配方組成為:
[0083]0.8 (Mg0 4Zn0 6) 2Si04-0.2CaTi03 ；[0084]該低介電常數微波介質陶瓷的介電常數為6~10，QXf > 40000GHz，諧振頻率溫
度係數在一定範圍內可調。
[0085]一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0086](I)原料選取:選取純度大於99.9%的MgO、ZnO、SiO2, CaCO3> TiO2作為製備低介電常數微波介質陶瓷的原料；
[0087](2)製備(Mg0.4Zn0.6) 2Si04 與 CaTiO3 粉料:
[0088]按照(Mga4Zna6)2SiO4的配方組成稱量原料MgO、ZnO及SiO2配成第一組混合原料，按照CaTiO3的配方組成稱量原料CaCO3與TiO22配成第二組混合原料，將兩組混合原料分別進行第一次球磨，烘乾後，高溫煅燒，兩組混合原料分別反應，得到(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3 粉料；
[0089](3)製備 0.8 (Mg0.4Zn0.6) 2Si04_0.2CaTi03 混合粉料:[0090]將合成的粉料(Mga4Zna 6)講04及CaTiO3按照摩爾比0.8: 0.2稱料混合，進行第二次球磨，之後烘乾，得到0.8 (Mga4Zna6)2SiO4-0.2CaTi03混合粉料；
[0091](4)在製備的0.8 (Mga4Zna6)2SiO4-0.2CaTi03混合粉料中加入濃度為8被％的PVA溶液並在80MPa壓力下壓製成直徑為Ilmm的陶瓷圓柱體，其中PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0092](5)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在1120°C下以4°C /min的速率升溫並保溫3h，隨後以3°C /min的速度冷卻至室溫，並將燒結成瓷的樣品表面拋光，得到低介電常數微波介質陶瓷。
[0093]第一次球磨與第二次球磨均是在球磨機中進行中，在進行球磨的過程中，均加入氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，其中，待研磨的物料與氧化鋯球的質量比為1: 1.3，待研磨的物料與無水乙醇的質量比1: 1.2。第一次球磨或第二次球磨進行時的轉速為300r/min，球磨的時間為24h。步驟(2)或步驟(3)中烘乾的溫度為80°C。步驟(2)高溫煅燒的溫度為1200°C，高溫煅燒的時間為4h。
[0094]實施例7
[0095]一種低介電常數微波介質陶瓷，其配方組成為:
[0096]0.95 (Mg0 4Zn0 6) 2Si04_0.05CaTi03 ；
[0097]該低介電常數微波介質陶瓷的介電常數為6~10，QXf > 40000GHz，諧振頻率溫
度係數在一定範圍內可調。
[0098]一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0099](I)原料選取:選取純度大於99.9%的MgO、ZnO、SiO2, CaCO3> TiO2作為製備低介電常數微波介質陶瓷的原料；
[0100](2)製備(Mg0.4Zn0.6) 2Si04 與 CaTiO3 粉料:
[0101]按照(Mga4Zna6)2SiO4的配方組成稱量原料MgO、ZnO及SiO2配成第一組混合原料，按照CaTiO3的配方組成稱量原料CaCO3與TiO22配成第二組混合原料，將兩組混合原料分別進行第一次球磨，烘乾後，高溫煅燒，兩組混合原料分別反應，得到(Mga4Zna6)2SiO4與CaTiO3 粉料；
[0102](3)製備 0.95 (Mga4Zna6)2SiO4-0.05CaTiO3 混合粉料:
[0103]將合成的粉料(Mga4Zna6)講04及CaTiO3按照摩爾比0.95: 0.05稱料混合，進行第二次球磨，之後烘乾，得到0.95 (Mga4Zna6)2SiO4-0.05CaTi03混合粉料；
[0104](4)在製備的0.95 (Mga4Zna6)2SiO4-0.05CaTi03混合粉料中加入濃度為10被％的PVA溶液並在120MPa壓力下壓製成直徑為12mm的陶瓷圓柱體，其中PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ；
[0105](5)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在1240°C下以5°C /min的速率升溫並保溫4h，隨後以4°C /min的速度冷卻至室溫，並將燒結成瓷的樣品表面拋光，得到低介電常數微波介質陶瓷。
[0106]第一次球磨與第二次球磨均是在球磨機中進行中，在進行球磨的過程中，均加入氧化鋯球及無水乙 醇作為研磨介質，其中，待研磨的物料與氧化鋯球的質量比為1: 1.5，待研磨的物料與無水乙醇的質量比1: 1.2。第一次球磨或第二次球磨進行時的轉速為400r/min，球磨的時間為16h。步驟⑵或步驟(3)中烘乾的溫度為100°C。步驟⑵高溫煅燒的溫度為1200°C，高溫煅燒的時間為3h。
【權利要求】
1.一種低介電常數微波介質陶瓷，其特徵在於，其配方組成為:
(1-a) (Mga4Zna6) 2Si04_aCaTiO3,其中 a = 0.05 ~0.2 ; 該低介電常數微波介質陶瓷的介電常數為6~10，QXf > 40000GHz，諧振頻率溫度係數在一定範圍內可調。
2.一種如權利要求1所述的低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: (1)原料選取:選取純度大於99.9%的MgO、ZnO、SiO2, CaCO3> TiO2作為製備低介電常數微波介質陶瓷的原料；
(2)製備(Mga4Zna6)2SiO4與 CaTiO3 粉料: 按照(Mga4Zna6)2SiO4的配方組成稱量原料Mg0、Zn0及SiO2配成第一組混合原料，按照CaTiO3的配方組成稱量原料CaCO3與TiO22配成第二組混合原料，將兩組混合原料分別進行第一次球磨，烘乾後，高溫煅燒，兩組混合原料分別反應，得到(Mga4Zna6) 2Si04與CaTiO3粉料；
(3)製備(1-a)(Mg0.4ZnQ.6)2Si04-aCaTi03 混合粉料: 將合成的粉料(Mga4Zna6)2SiO4及CaTiO3按照摩爾比(l_a): a稱料混合，其中a =`0.05~0.2，進行第二次球磨，之後烘乾，得到(1-a) (Mg0.4Zn0.6)2Si04-aCaTi03混合粉料； (4)在製備的(Ι-a)^。.4211(|.6)講04-&0&1103混合粉料中加入濃度為8~10被(％的？￥八溶液，並在80~120MPa壓力下壓製成直徑為10~12mm的陶瓷圓柱體，其中PVA溶液佔混合粉料與PVA溶液總質量的5% ； (5)燒結成瓷:將壓制好的陶瓷圓柱體在1120~1240°C下以3~5°C/min的速率升溫並保溫2~4h，隨後以2~4°C /min的速度冷卻至室溫，並將燒結成瓷的樣品表面拋光，得到低介電常數微波介質陶瓷。
3.根據權利要求2所述的一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，第一次球磨與第二次球磨均是在球磨機中進行中，在進行球磨的過程中，均加入氧化鋯球及無水乙醇作為研磨介質，其中，待研磨的物料與氧化鋯球的質量比為1: 1.2~1: 1.5，待研磨的物料與無水乙醇的質量比1: 1.2~1: 1.5。
4.根據權利要求2所述的一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，第一次球磨或第二次球磨進行時的轉速為300~400r/min,球磨的時間為16~24h。
5.根據權利要求2所述的一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，步驟(2)或步驟(3)中所述的烘乾的溫度為80~120°C。
6.根據權利要求2所述的一種低介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述的高溫煅燒的溫度為1100~1200°C，高溫煅燒的時間為2~4h。
【文檔編號】C04B35/20GK103864406SQ201410049177
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】沈波, 王巍, 唐林江, 翟繼衛 申請人:同濟大學