一种微波介质陶瓷材料、微波介质陶瓷天线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微波介质陶瓷材料、微波介质陶瓷天线及其制备方法，所述微波介质陶瓷材料的化学组成为x TiO

【技术实现步骤摘要】
一种微波介质陶瓷材料、微波介质陶瓷天线及其制备方法
本专利技术属于微波介质陶瓷材料及其制造使用领域，具体涉及一种微波介质陶瓷材料、一种微波介质陶瓷天线及其制备方法。
技术介绍
传统的天线制备工艺在电路互联，产品封装上存在很大不足，已经不能满足现代科技对高性能、低成本、体积小、重量轻的新一代设备的要求。通过调整微波介质陶瓷的材料体系、烧结温度、成型工艺可以提高材料的高频高Q，使用电导率高的金属材料作为导体，有利于提高电路系统的品质因数，同时微波介质陶瓷材料可适应大电流和耐高温的特定环境，可以应用于通讯、宇航、军事等领域。另外现有的微波介质陶瓷天线没有系列化，温度系数大，以及体积大重量大导致了天线的使用范围比较窄。综上所说，近零的温度系数，低损耗，体积小重量轻，尺寸公差小，各个方向的收缩率一致，性能稳定的微波介质陶瓷天线材料及其制备方法是研究的重中之重。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种满足近零的温度系数、具有可调的介电常数及损耗低于4×10-4的微波介质陶瓷材料、由该微波介质陶瓷材料制成的微波介质天线、以及该微波介质天线的制备方法。第一方面，本专利技术提供一种微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料的化学组成为xTiO2-(1-x)Zn2SiO4，其中1.0wt％≤x≤20.0wt％。由于TiO2的介电常数εr＝100，τf＝450×10-6/℃，在Zn2SiO4陶瓷粉中加入少量的TiO2粉可以提高材料的介电常数，以及调节系统的温度系数。根据本专利技术，将TiO2与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷Zn2SiO4复合，通过调节复合材料中TiO2的质量百分比来实现调控复合材料的介电常数和温度系数，最终获得温度系数近零、介电常数可调的微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料的介电常数为6.5～10.0，品质因数30000～52000GHz，谐振频率温度系数-45.5～-0.2ppm/℃，介电损耗正切角小于4.0×10-4，可以作为微波介质陶瓷天线材料来形成微波介质陶瓷天线。第二方面，本专利技术提供一种微波介质陶瓷天线，所述微波介质陶瓷天线由上述微波介质陶瓷材料组成。该微波介质陶瓷天线由上述微波介质陶瓷材料组成，因此同样具有温度系数近零、介电常数可调的性能，具体而言，所述微波介质陶瓷天线的介电常数为6.5～10.0，品质因数30000～52000GHz，谐振频率温度系数-45.5～-0.2ppm/℃，介电损耗正切角小于4.0×10-4。而且该微波介质陶瓷天线易于制备，价格便宜，重量轻，尺寸公差小，各方向收缩一致，便于批次化生产。第三方面，本专利技术提供上述微波介质陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：将TiO2粉和Zn2SiO4陶瓷粉按照xTiO2-(1-x)Zn2SiO4的质量百分比混合后造粒，装入模具中压制成型得到坯体；将所得坯体于1300～1400℃烧结3.0～5.0小时，得到所述微波介质陶瓷天线。根据本专利技术，通过将TiO2粉与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷复合，具体而言按质量比将TiO2粉和陶瓷粉球磨混合、烘干、造粒、压制成型，在1300～1400℃烧结制成微波介质陶瓷天线材料。由于TiO2的介电常数εr＝100，τf＝450×10-6/℃，在Zn2SiO4陶瓷粉中加入少量的TiO2粉可以提高材料的介电常数，以及调节系统的温度系数；在材料的微波性能得到控制以后，装入设计好的模具，控制成型压力及成型动作，可以调节天线坯体各个方向的收缩率，制得尺寸公差小，精度高的微波介质天线。本微波介质陶瓷天线制备过程方便，原料便宜，重复性好，对环境无污染，便于批量生产，是一种应用前景广阔的微波介质陶瓷天线。较佳地，所述Zn2SiO4陶瓷粉通过如下方法制备：按Zn2SiO4化学式将Zn源、Si源湿磨混合，得到原料混合物；将所得原料混合物干燥、过筛，得到前驱体粉料；和将所得前驱体粉料于1050～1150℃预烧2.0～6.0小时，得到Zn2SiO4陶瓷粉。较佳地，所述Ti源为纯度大于99.0％的TiO2，所述Zn源为纯度大于99.0％的ZnO，所述Si源为纯度大于99.0％的SiO2，优选地，所有原料使用前都进行除铁。较佳地，使用粘结剂进行造粒，优选地，所述粘结剂为质量百分比为6.0～8.0％的聚乙烯醇缩丁醛溶液、聚乙烯醇溶液中的至少一种。较佳地，所述模具由45#模具钢经过800℃退火处理而得，模具外形尺寸为26.8×26.8mm，模具中沉孔直径为Φ3.17mm，通孔直径Φ1.09mm。较佳地，所述压制成型中的压力在1吨/cm2～2吨/cm2之间连续可调；优选地，成型过程中保压1～3秒钟，并保护脱模。附图说明图1为实施例制备的微波介质陶瓷天线材料的介电性能随X值变化的图谱。图2中左图为微波介质陶瓷天线平面图，右图为侧视图，R1指倒角半径是1毫米。图3为微波介质陶瓷天线三维图。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术人意识到，Zn2SiO4陶瓷是一种具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷，而TiO2的介电常数εr＝100，τf＝450×10-6/℃，在Zn2SiO4陶瓷粉中加入少量的TiO2粉可以提高材料的介电常数，以及调节系统的温度系数。在此公开一种微波介质陶瓷材料，其化学组成可表示为xTiO2-(1-x)Zn2SiO4，其中1.0wt％≤x≤20.0wt％。该微波介质陶瓷材料由TiO2与Zn2SiO4以一定的比例复合而成，具有优异的介电性能，可作为微波介质陶瓷天线材料以制备微波介质陶瓷天线。例如，该微波介质陶瓷材料的介电常数为6.5～10.0，品质因数为20000～52000GHz(优选为30000～52000GHz)，谐振频率温度系数为-45.5～-0.2ppm/℃。若微波介质陶瓷材料中TiO2的比例小于1.0wt％，则谐振频率温度系数为-61ppm/℃以下，导致微波介质陶瓷材料的频率稳定性下降，若TiO2的比例大于等于20.0wt％，则微波介质陶瓷材料的烧结温度超过1400℃，导致微波介质陶瓷烧结不致密，品质因数偏小。更优选地，1wt％≤x≤20wt％，进一步优选为5wt％≤x≤15wt％。在此还公开一种微波介质陶瓷天线，其可由上述微波介质陶瓷材料制成。微波介质陶瓷天线的尺寸和形状可根据需要选择。一个示例中，微波介质陶瓷天线的尺寸为22.0×22.0mm。微波介质陶瓷天线上可具有沉孔和通孔。沉孔直径可为Φ2.6mm。通孔直径可为Φ0.9mm。沉孔数量可为2个。通孔数量可为1个，天线倒角半径为1mm。以下，具体说明本公开的制备微波介质陶瓷天线材料及其天线的方法。本公开的一实施方式中，通过将化学原料TiO2粉与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷(Zn2SiO4陶瓷)复合得到微波介质陶瓷天线材料xTiO2-(1-x)Zn2SiO4。一个示例中，按所需质量比x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料的化学组成为x TiO

【技术特征摘要】
1.一种微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料的化学组成为xTiO2-(1-x)Zn2SiO4，其中1.0wt%≤x≤20.0wt%。


2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料在室温下的介电常数为6.5～10.0，介电损耗正切角小于4×10-4，品质因数为30000～52000，优选为30000～52000GHz，谐振频率温度系数为-45.5～-0.2ppm/℃。


3.一种微波介质陶瓷天线，其特征在于，所述微波介质陶瓷天线由权利要求1或2所述的微波介质陶瓷材料组成。


4.根据权利要求3所述的微波介质陶瓷天线，其特征在于，所述微波介质陶瓷天线上有2个Φ2.6mm的沉孔，1个Φ0.9的通孔，天线尺寸22.0×22.0mm。


5.一种权利要求3或4所述的微波介质陶瓷天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将TiO2粉和Zn2SiO4陶瓷粉按照xTiO2-(1-x)Zn2SiO4的质量百分比混合后造粒，装入模具中压制成型得到坯体；
将所得坯体于1300～1400℃烧结3.0～5.0小时，得到所述微波介质陶瓷天线。


6.根据权利要求5所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵相毓，林慧兴，张奕，姚晓刚，何飞，顾忠元，姜少虎，
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：上海;31