一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料及其制备方法，涉及信息功能材料领域。该陶瓷材料由主晶相及改性添加物组成。主晶相包括MgTiO

A ceramic material with high QF and low dielectric constant and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于信息功能材料领域，具体涉及一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
微波介质陶瓷材料是近年来迅速发展起来的一类新型功能陶瓷材料。它具有低介电损耗、高介电常数ε及介电常数温度系数τf稳定等特点。它是介质谐振器、滤波器、振荡器、双工器、天线、介质基板等在内的新型微波电路和器件的核心基础材料，在现代微波通信和卫星导航系统和设备中有广泛的应用。近年来，由于微波技术设备向小型化、集成化、低功耗，尤其是向民用的大批量、低价格化方向迅速发展，目前已经开发出一大批适用于各个微波频段的微波介质陶瓷材料。为克服不同微波频段应用带来的众多问题，亟需开发具备高品质因数Qf、中低介电常数(ε<20)和介电常数温度系数τf近零可调的微波介质材料体系。低介电损耗即高的品质因数Qf有利于降低器件的功耗和提高器件工作频率的可选择性，较低的介电常数ε能减小介质陶瓷与金属电极之间的交互耦合损耗，而近零的介电常数温度系数τf有助于提高器件工作的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料及其制备方法，其应用于制作微波器件时，具有高品质因数Qf、低介电常数(ε<15)、介电常数温度系数τf近零可调以及高强度的特点。为实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案。本专利技术提供一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料，由主晶相及改性添加物组成；所述主晶相包括MgTiO3、以及掺杂于所述MgTiO3中的Ca的氧化物或酸盐和Si的氧化物或酸盐；所述改性添加物选自BaCO3、CaCO3、MnCO3、MnO2、Zn3(B2O6)、La2O3、Co3O4和Al2O3中的一种或几种。优选地，所述主晶相和所述改性添加物的质量分数之比为(90～95％):(5～10％)。优选地，所述Ca的氧化物或酸盐以及所述Si的氧化物或酸盐的总和占所述主晶相的质量分数为0.001～0.015％。优选地，所述的陶瓷材料烧结后，介电常数ε介于10～14，介电常数温度系数τf(-40～85℃)：±10ppm/℃，品质因数Qf值≥100000GHz。本专利技术还提供一种如上所述的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将氢氧化镁、二氧化钛、碳酸钙以及二氧化硅混合，加入水，球磨，干燥，再在空气气氛中1150℃～1250℃的条件下煅烧2～4小时，得到所述主晶相；S2，将所述主晶相及所述改性添加物混合，加入水，混合并砂磨；然后干燥，得到陶瓷材料粉末。优选地，上述的制备方法还包括以下步骤：S3，将步骤S2得到的陶瓷材料粉末加入粘合剂、增塑剂、分散剂，球磨，获得浆料；S4，将上述浆料干燥，得到粉料；S5，将粉料压制成型，制成生坯器件；S6，排胶：将生坯器件置于500℃～650℃的温度中保温24小时以排除有机物；S7，烧结：将排胶后的坯体在空气气氛中，1260～1300℃的条件下保温3～5h；S8，退火：在950℃～1050℃的条件下保温2～3小时，得到成型后的陶瓷材料。优选地，步骤S1中，氢氧化镁、二氧化钛、碳酸钙和二氧化硅的质量比为(55～62)：(75～85)：(0.1～0.5)：(0.1～1.5)。优选地，步骤S1中，按混合后得到的固体混合物与水的质量比为1：(1.0～2.0)的比例加入水。优选地，步骤S2中，按所述主晶相和所述改性添加物混合后的物料与水的质量比为1：(0.6～1.0)的比例加入水。本专利技术的陶瓷材料，适用于制作毫米波器件。本专利技术的有益效果是：钛酸镁(又称偏钛酸镁)是近年来在微波陶瓷领域应用广泛的介电材料，其介电常数ε介于16～22。制备MgO-TiO2系陶瓷材料会产生三种不同形式的化合物：正钛酸镁(Mg2TiO4)、偏钛酸镁(钛酸镁)和二钛酸镁(MgTi2O5)。正钛酸镁和二钛酸镁会降低陶瓷的微波介电性能。SiO2其介电常数很低，只有4左右，经SiO2改性后的钛酸镁，其介电常数降到10这个水平，并且有着高的Qf值及良好的介电常数温度系数τf。本专利技术的陶瓷材料是一种无铅环保型材料，在以固相法合成主晶相的过程中，采用以CaCO3、SiO2预先掺杂，以Mg(OH)2和TiO2合成MgTiO3作为主晶相材料。经过合理设计配方，优化合成工艺，制备出粉体平均粒径为500～700nm，利用该粉体制成的电子陶瓷器件可在1260～1300℃的温度范围内成瓷，其介电常数ε介于10～14之间，介电常数温度系数τf(-40～85℃)：±10ppm/℃，品质因数Qf≥100000GHz。该材料均匀性好，满足毫米波器件制作要求。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术提供一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料，由主晶相及改性添加物组成。主晶相包括MgTiO3、以及掺杂于MgTiO3中的Ca的氧化物或酸盐和Si的氧化物或酸盐。改性添加物选自BaCO3、CaCO3、MnCO3、MnO2、Zn3(B2O6)、La2O3、Co3O4和Al2O3中的一种或几种。钛酸镁MgTiO3(又称偏钛酸镁)是近年来在微波陶瓷领域应用广泛的介电材料，其介电常数ε介于16～22。SiO2其介电常数很低，只有4左右，经SiO2改性后的钛酸镁，其介电常数降到10这个水平，并且有着高的Qf值及良好的介电常数温度系数τf，适用于制作毫米波器件。掺杂的Ca的氧化物或酸盐和Si的氧化物或酸盐的总和占主晶相的质量分数为0.001～0.015％。主晶相和改性添加物的质量分数之比为(90～95％)：(5～10％)。在满足此关系式的基础上，改性添加物中每个组分占陶瓷材料的优选添加质量比为：BaCO3为0～5％，CaCO3为0～5％，MnCO3为0～0.3％，MnO2为0～0.3％，Zn3(B2O6)为0～0.3％，La2O3为0～0.3％，Co3O4为0～0.3％，Al2O3为0～0.5％。陶瓷材料烧结后，介电常数ε介于10～14，介电常数温度系数τf(-40～85℃)：±10ppm/℃，品质因数Qf值≥100000GHz，该材料均匀性好，适用于制作毫米波器件。本专利技术还提供上述陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1，制备主晶相粉末。将氢氧化镁、二氧化钛、碳酸钙以及二氧化硅混合。各原料质量比例为，氢氧化镁：二氧化钛：碳酸钙：二氧化硅＝(55～62)：(75～85)：(0.1～0.5)：(0.1～1.5)，优选氢氧化镁和二氧化钛按摩尔比1:1配料。再以质量计，按(氢氧化镁+二氧化钛+碳酸钙+二氧化硅)：去离子水＝1：(1.0～2.0)的优选比例加入去离子水。投入球磨机中球磨。用喷雾干燥塔或其他方法进行干燥。再在空气炉中1150℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料，由主晶相及改性添加物组成；其特征在于：所述主晶相包括MgTiO

【技术特征摘要】
1.一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料，由主晶相及改性添加物组成；其特征在于：所述主晶相包括MgTiO3、以及掺杂于所述MgTiO3中的Ca的氧化物或酸盐和Si的氧化物或酸盐；所述改性添加物选自BaCO3、CaCO3、MnCO3、MnO2、Zn3(B2O6)、La2O3、Co3O4和Al2O3中的一种或几种。


2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述主晶相和所述改性添加物的质量分数之比为(90～95％)：(5～10％)。


3.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述Ca的氧化物或酸盐以及所述Si的氧化物或酸盐的总和占所述主晶相的质量分数为0.001～0.015％。


4.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述的陶瓷材料烧结后，介电常数ε介于10～14，介电常数温度系数τf(-40～85℃)：±10ppm/℃，品质因数Qf值≥100000GHz。


5.一种如权利要求1或2所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将氢氧化镁、二氧化钛、碳酸钙以及二氧化硅混合，加入水，球磨，干燥，再在空气气氛中1150℃～1250℃的条件下煅烧2～4小时，得到所述主晶相；
S2，将所述主晶相及所述改性添加物混合，加入水，混合并砂磨；然后干燥，得到陶瓷材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军志，杨和成，陈贤旺，
申请(专利权)人：厦门松元电子有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35