一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料，涉及信息功能材料领域。该陶瓷材料包括主材与改性添加物。主材由经过稀土Ln

【技术实现步骤摘要】
一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及信息功能材料领域，且特别涉及一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]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。随着移动通信和雷达技术的进步，微波电子元器件逐渐向高频方向发展，低介电常数的微波介质陶瓷材料越来越成为研究热点。但目前的微波介质陶瓷材料的介电常数均较高，或者介电常数较低但谐振频率温度系数却较高，性能不稳定。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料及其制备方法，以满足微波器件对其使用材料的低介电常数、低谐振频率温度系数的需求。
[0004]本专利技术采用以下方案来实现目的。
[0005]一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料，包括主材和改性添加物。所述主材由经过稀土Ln
a
O
b
掺杂的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
与预烧后的SnO2·
TiO2混合物组成掺杂Ln
a
O
b
的Mg
2+x
Si
5+x
Al<br/>4-2x
O
18
·
y(SnO2·
TiO2)，其中0&lt;x&lt;0.5，0&lt;y&lt;0.20，Ln选自Y、Ce、Sm、Pr、La、Dy、Ho、Er或者Nd；所述主材在所述低介电常数陶瓷材料中的质量分数为98～99.5wt％；所述改性添加物在所述低介电常数陶瓷材料中的质量分数为0.5～2wt％。
[0006]进一步地，稀土Ln
a
O
b
掺杂的摩尔比例为Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
摩尔量的1～3％。
[0007]进一步地，所述改性添加物选自Sb2O3、ZrO2、SrCO3、NiO、Nb2O5、SnO2和TiO2中的一种或几种。
[0008]进一步地，各个所述改性添加物在所述低介电常数陶瓷材料中所占的质量分数范围是：Sb2O3为0～1.2％，ZrO2为0～1.0％，SrCO3为0～0.8％，NiO为0～1.5％，Nb2O5为0～2.0％，SnO2为0～1.1％，TiO2为0～1.6％。
[0009]本专利技术还提供一种如上所述的低介电常数陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1，固相法合成稀土Ln
a
O
b
掺杂的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
：将Ln
a
O
b
、氢氧化镁、氧化铝、二氧化硅按配比混合，并磨成均匀粉粒，然后在空气气氛中1100℃～1300℃的温度范围煅烧2～4小时，得到Ln
a
O
b
掺杂的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
；
[0011]S2，固相法合成SnO2·
TiO2混合物：将氧化锡及二氧化钛按配比混合，并磨成均匀粉粒，再在空气气氛中1200℃～1250℃的温度范围煅烧1～2小时，得到SnO2·
TiO2混合物；
[0012]S3，将步骤S1获得的Ln
a
O
b
掺杂的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
、步骤S2获得的SnO2·
TiO2混合物以及改性添加物按配方要求混合，并磨成均匀粉粒，获得粉末态的所述低介电常数陶瓷
材料。
[0013]进一步地，步骤S1、S2和S3中，所述磨成均匀粉粒，具体为将固体物料置入球磨机中，加水进行湿法球磨，通过控制球磨强度和球磨时间来控制球磨后的粉粒的D50粒径为0.6-2.1um，球磨后进行干燥处理。
[0014]进一步地，上述的制备方法还包括以下步骤：
[0015]S4，在步骤S3得到的粉末态的所述低介电常数陶瓷材料中加入粘合剂、增塑剂和分散剂，球磨1～2小时，获得浆料，再干燥后获得粉料，将粉料压制成生坯；
[0016]S5，排胶：将生坯加热至500℃～650℃，保温16～32小时，得到坯体；
[0017]S6，烧结：排胶后的坯体，在空气气氛中，1320～1420℃内保温3～5小时；
[0018]S7，退火：烧结后，在950℃～1050℃范围内，保温2～3小时，得到成型的低介电常数陶瓷材料。
[0019]进一步地，步骤S4中，所述粘合剂为聚乙烯醇，所述增塑剂为聚乙二醇，所述分散剂为羧酸铵盐。
[0020]进一步地，步骤S5的排胶过程，控制升温速度小于10℃/小时；步骤S6的烧结过程，控制升温速度为150℃～200℃/小时。
[0021]根据上述制备方法得到成型的低介电常数陶瓷材料，其室温介电常数介于4.5～6.5，温度系数τf(-40～85℃)：
±
10ppm/℃，Qf值≥60000GHz。
[0022]本专利技术最后还提出一种如上所述低介电常数陶瓷材料的应用途径，应用于制作微波器件，所述微波器件包括叠层天线、介质天线、滤波器和谐振器。
[0023]本专利技术主材中的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
，取x＝0则其化学式为Mg2Si5Al4O
18
。Mg2Si5Al4O
18
陶瓷在微波频段内具有优异的介电性能，其介电常数约为5.5，并随着其合成原料中SiO2量的增加而变小，具有较好的谐振频率温度系数为-30ppm/℃以内，但其Qf值约40000，相对较低影响了它的实际应用，通过用稀土Ln
a
O
b
(其中Ln选自Y、Ce、Sm、Pr、La、Dy、Ho、Er、Nd等)进行改性后，可减少Mg2Si5Al4O
18
晶相内部缺陷，大大提高了其Qf值，最高可达120000。SnTiO3是一种具有钙钛矿结构的铁电性材料，难以合成，但按SnO2与TiO2摩尔数1:1进行预烧后获得SnO2·
TiO2混合物，具备稳定的化学性质与物理性质，能有效改善Mg2Si5Al4O
18
陶瓷的温度系数，并且让温度系数变得可调。将两者材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波器件用的低介电常数陶瓷材料，包括主材和改性添加物，其特征在于：所述主材由经过稀土Ln
a
O
b
掺杂的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
与预烧后的SnO2·
TiO2混合物组成掺杂Ln
a
O
b
的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
·
y(SnO2·
TiO2)，其中0&lt;x&lt;0.5，0&lt;y&lt;0.20，Ln选自Y、Ce、Sm、Pr、La、Dy、Ho、Er或者Nd；所述主材在所述低介电常数陶瓷材料中的质量分数为98～99.5wt％；所述改性添加物在所述低介电常数陶瓷材料中的质量分数为0.5～2wt％。2.根据权利要求1所述的低介电常数陶瓷材料，其特征在于：Ln
a
O
b
掺杂的摩尔比例为Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
摩尔量的1～3％。3.根据权利要求1所述的低介电常数陶瓷材料，其特征在于：所述改性添加物选自Sb2O3、ZrO2、SrCO3、NiO、Nb2O5、SnO2和TiO2中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的低介电常数陶瓷材料，其特征在于，各个所述改性添加物在所述低介电常数陶瓷材料中所占的质量分数范围是：Sb2O3为0～1.2％，ZrO2为0～1.0％，SrCO3为0～0.8％，NiO为0～1.5％，Nb2O5为0～2.0％，SnO2为0～1.1％，TiO2为0～1.6％。5.一种如权利要求1～4任意一项所述的低介电常数陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，固相法合成稀土Ln
a
O
b
掺杂的Mg
2+x
Si
5+x
Al
4-2x
O
18
：将Ln
a
O
...

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