一种高频低损耗微晶玻璃材料的制造方法技术

一种高频低损耗微晶玻璃介质材料的制造方法，属于微晶玻璃领域。本发明专利技术提供的系统为ＭｇＯ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］－ＳｉＯ↓［２］－ＴｉＯ↓［２］－ＣｅＯ↓［２］系统。具体组成范围（重量比）为：ＳｉＯ↓［２］（２８－３５），ＴｉＯ↓［２］（１８－２７），Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］（１８－２５），ＭｇＯ（５－１０），ＣｅＯ↓［２］（１３－１９）。玻璃熔制温度为１４８０－１５００℃，保温３小时，退火温度为７００℃，保温１小时。第一段晶化温度为８６０±１０℃，第二段晶化温度为１１７０－１２４０℃。经上述工艺制得的微晶玻璃，在１ＧＨｚ以上频率，介电常数大于９小于１５，介电损耗在６×１０↑［－４］以下。是一类实用的高频低损耗微晶玻璃介质材料。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Method for producing high frequency low loss microcrystalline glass material

The invention relates to a method for manufacturing high frequency and low loss microcrystalline glass medium material, belonging to the field of glass ceramics. The present invention provides a system for MgOAl: 2 O: 3: 2: TiO SiO 2 CeO: 2 system. The specific composition range (weight ratio): SiO: 2 (2835), TiO (1827): 2, Al: 2 O: 3 (1825), MgO (5): CeO, 2 (13 to 19). Glass melting temperature of 1480-1500 degrees, insulation for 3 hours, annealing temperature of 700 degrees, insulation for 1 hours. The first section of the crystallization temperature is 860 + 10 C, second C for 11701240 crystallization temperature. After the process of glass ceramics prepared by the above 1GHz, the dielectric constant is greater than 9 and less than 15, the dielectric loss in the 6 x 10 = - 4 of the following. It is a kind of practical high frequency and low loss glass ceramics dielectric material.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于。更确切地说，本专利技术提供的方法制备的高频低损耗微晶玻璃材料在频率大于1GHz条件下，介电常数(ε)介于9～15之间，介电损耗低于6×10-4。属于微晶玻璃领域。本申请专利技术人就添加TiO2的MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃向中国专利局提出了申请(申请号为96116647.9)。通过TiO2加入量的调节，使制成的以α-堇青石为主相的微晶玻璃具有高频低损耗的特点，使介电常数从6提高到7.5，介电损耗小于2×10-4。晶相依次由α-堇青石和镁铝钛酸盐组成。德国专利DE2700333专利技术人提出了MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-LnO2系统微晶玻璃材料，具体组分为31-45SiO2，20-30Al2O3，5-15MgO，15-25TiO2以及13.0-17.0LnO2均为(wt％)，其中LnO2为CeO2、La2O3、Pr2O3和Nd2O3四种稀土氧化物。制备的微晶玻璃材料在1GHz频率下，介电常数为10，介电损耗(3～5)×10-4。显然四种氧化物的同时掺杂(即使实施例4加入其中二种)，使系统变得复杂，工艺上的重复性、稳定性和均匀性均难以保证。而且介电常数仅为10，能否进一步提高而介电损耗又不增加，这成为从事微晶玻璃材料研究和开发的科研工作者关心的问题之一。本专利技术的目的在本专利技术人原有MgO-Al2O3-SiO2-TiO2系统微晶玻璃研究基础上，TiO2含量进一步提高并加入CeO2一种稀土氧化物，使金红石为主晶相，并与α-堇青石和其他晶相组成新系统，使介电常数介于9～15之间，而介电损耗控制在允许的范围以内。为实现上述目的，根据本专利技术的制备方法，其特征之一在于调节TiO2/SiO2的比例，TiO2含量提高，金红石相增加。特征之二在TiO2/SiO2的比例逐渐增加的同时而使CeO2的含量也逐步增加，出现硅钛铈矿相和α-堇青石。本专利技术提供的制备方法，具体描述如下(1)本专利技术主要采用国产化工原料，其微晶玻璃组成(wt％)为SiO2MgOAl2O3TiO2CeO228-35 5-10 18-25 18-27 13-19与CN96116647.9相比较，TiO2含量从15～20提高到18～27，这增加了工艺上的难度。其解决的方法是相应减少SiO2含量。(2)按配比称取碳酸镁、氢氧化铝、钛白粉、氧化铈以及石英砂等原料，混合成玻璃配合料。配合料放入坩锅内，在1480-1510℃熔融保温3小时后，浇注成形。送入退火炉，在700℃左右保温退火1小时。晶化分二阶段进行，第一段晶化温度为860℃，第二段为1170-1240℃，保温时间分别为1.5小时和5小时。第二段晶化温度变化影响材料的介电性能，所以必需严格控制。本专利技术的特点是使用原料来源是丰富而廉价的化工原料，只需控制一价碱金属含量＜0.5％即可。特点之二是配料，混合，熔制，晶化工艺条件要求简单，采用常规微晶玻璃工艺。特点之三是能有效地控制析出高介电常数的金红石相和低介电损耗的α-堇青石相以及硅钛铈矿相，获得介电常数从9-15的系列微晶玻璃。主要性能如表1所示。表1本专利技术提供的微晶玻璃性能 实施例1玻璃组成(wt％)为 SiO2MgO Al2O3TiO2CeO235 1024 18 13以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1510℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。然后从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1240℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃介质材料。介电常数为9.0，介电损耗＜4×10-4，其它性能如表1所示。实施例2玻璃组成(wt％)为 SiO2MgOAl2O3TiO2CeO233 8 20 2316以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1500℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。然后从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1240℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃介质材料。介电常数为11.0，介电损耗＜5×10-4，其它性能如表1所示。实施例3玻璃组成(wt％)为SiO2MgO Al2O3TiO2CeO2285 25 2418以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1480℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。然后从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1170℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃介质材料。介电常数为13.5，介电损耗＜5×10-4，其它性能如表1所示。实施例4玻璃组成同例3以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1480℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。然后从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1240℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃介质材料。介电常数为14.0，介电损耗＜6×10-4，其它性能如表1所示。实施例5玻璃组成(wt％)为 SiO2MgO Al2O3TiO2CeO230 618 2719以石英砂、碳酸镁、氢氧化铝、氧化铈和钛白粉为原料，按上述组分称量、混合、然后在1480℃，熔融保温3小时，熔制好的玻璃浇铸在模具中快速冷却成原始玻璃，于700℃退火1小时冷却至室温。然后从室温升至860℃，经1.5小时保温处理，再升温至1240℃保温5小时，冷却至室温即成高频低损耗微晶玻璃介质材料。介电常数为15.0，介电损耗＜6×10-4，其它性能如表1所示。权利要求1.，属于添加CeO2的SiO2-MgO-Al2O3-TiO2系统。其特征在于(1)各组分的重量百分含量是SiO2MgOAl2O3TiO2CeO228-35 5-10 18-25 18-27 13-19(2)玻璃熔制温度温度为1480～1500℃，保温3小时，退火温度为700℃，保温1小时。(3)二阶段晶化，第一段晶化温度为860±10℃，第二段晶化温度为1170-1240℃。保温时间分别为1.5小时和5小时。第二段晶化温度变化影响材料的介电性能。(4)微晶玻璃依次由金红石相、α-堇青石相以及硅钛铈矿相三种主要晶相构成。(5)调节TiO2/SiO2的比例，TiO2含量提高，金红石相增加；TiO2/SiO2比例逐渐增加同时CeO2含量也逐步增加，出现硅钛铈矿和α-堇青石。2.根据权利要求1所述的微晶玻璃制造方法，其特征在于(1)玻璃组成(wt％)为SiO2MgO Al2O3TiO2CeO235 10 24 18 13(2)熔制温度为1510℃，保温3小时(3)第一段晶化温度为860℃，保温1.5小时；第二段晶化温度为1240℃，保温5小时。3.根据权利要求1所述的微晶玻璃制造方法，其特征在于(1)玻璃组成(wt％)为SiO2MgO Al2O3TiO2CeO233 8 202316(2)熔制温度为1500℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频低损耗微晶玻璃材料的制造方法，属于添加ＣｅＯ↓［２］的ＳｉＯ↓［２］－ＭｇＯ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］－ＴｉＯ↓［２］系统。其特征在于：（１）各组分的重量百分含量是：ＳｉＯ↓［２］ ＭｇＯ Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］ ＴｉＯ↓［２ ］ ＣｅＯ↓［２］２８－３５ ５－１０ １８－２５ １８－２７ １３－１９（２）玻璃熔制温度温度为１４８０～１５００℃，保温３小时，退火温度为７００℃，保温１小时。（３）二阶段晶化，第一段晶化温度为８６０±１０℃，第二段晶化温度 为１１７０－１２４０℃。保温时间分别为１．５小时和５小时。第二段晶化温度变化影响材料的介电性能。（４）微晶玻璃依次由金红石相、α－堇青石相以及硅钛铈矿相三种主要晶相构成。（５）调节ＴｉＯ↓［２］／ＳｉＯ↓［２］的比例，ＴｉＯ↓［２］ 含量提高，金红石相增加；ＴｉＯ↓［２］／ＳｉＯ↓［２］比例逐渐增加同时ＣｅＯ↓［２］含量也逐步增加，出现硅钛铈矿和α－堇青石。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗澜，张干城，赵强，项建军，王文华，沈崇德，王开泰，李汉良，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]