复相微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及一种复相微波介质陶瓷材料及其制备方法。本发明专利技术通过在复相陶瓷主体中掺杂氧化铝晶须，由于氧化铝晶须具有较高的机械强度和较高的弹性模量，将其适量加入复相陶瓷主体中具有补强增韧的作用，可极大地改善复相陶瓷主体的抗弯强度和抗热震性能。本发明专利技术提供的复相微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，其介电常数ε

【技术实现步骤摘要】
复相微波介质陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种复相微波介质陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着移动通讯与卫星通讯技术的迅速发展，用于介质谐振器与滤波器等微波介质陶瓷已经成为近年来功能陶瓷最活跃的研究领域之一。其中钛酸镁(MgTiO3)基陶瓷作为一种传统的微波介质陶瓷，具有低介电常数、高品质因子等优良微波介电性能。但是，因为陶瓷其固有脆性，在快速加热或者由高温极速冷却的过程中容易产生微裂纹，随着微裂纹迅速增多和扩展，可能导致微波介质陶瓷器件失效、剥离等灾难性破坏。此外，随着通讯事业朝着微型化、集成化、高频化的方向发展，对于高介微波介质材料的开发需求也越来越高。因此，开发一种高综合性能的微波介质陶瓷材料成为一个十分重要的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复相微波介质陶瓷材料及其制备方法，旨在解决现有复相微波介质陶瓷材料存在的综合性能有待提升的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术一方面，提供了一种复相微波介质陶瓷材料，其包括复相陶瓷主体和分散在所述复相陶瓷主体中的掺杂剂，所述复相陶瓷主体包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝，所述掺杂剂包括氧化铝晶须。本专利技术通过在包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝的复相陶瓷主体中掺杂氧化铝晶须，由于氧化铝晶须具有较高的机械强度和较高的弹性模量，将其适量加入复相陶瓷主体中具有补强增韧的作用，可极大地改善复相陶瓷主体的抗弯强度和抗热震性能。本专利技术提供的复相微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，其介电常数εr为30-50，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为±10ppm/℃，品质因数Qf≥40000，抗弯强度≥200MPa，热震温度为110℃，可靠性更强，可满足介质谐振器与滤波器等微波元器件向小型化发展的要求，还能够适应昼夜温差大等恶劣的工作环境，具有良好的应用前景。本专利技术另一方面，提供了一种复相微波介质陶瓷材料的制备方法，其包括如下步骤：提供复相陶瓷主体和掺杂剂，所述复相陶瓷主体包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝，所述掺杂剂包括氧化铝晶须；将所述复相陶瓷主体与所述掺杂剂进行混合处理，经成型处理和烧结处理，得到复相微波介质陶瓷材料。本专利技术提供的制备方法步骤简单，易于实施，制备得到的复相微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，其介电常数εr为30-50，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为±10ppm/℃，品质因数Qf≥40000，抗弯强度≥200MPa，热震温度为110℃，可靠性更强。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。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。在本专利技术的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。需要理解的是，本专利技术实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本专利技术实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术公开的范围之内。具体地，本专利技术实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。本专利技术实施例提供了一种复相微波介质陶瓷材料，其包括复相陶瓷主体和分散在复相陶瓷主体中的掺杂剂，该复相陶瓷主体包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝，该掺杂剂包括氧化铝晶须。本专利技术实施例通过在包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝的复相陶瓷主体中掺杂氧化铝晶须，由于氧化铝晶须具有较高的机械强度和较高的弹性模量，将其适量加入复相陶瓷主体中具有补强增韧的作用，可极大地改善复相陶瓷主体的抗弯强度和抗热震性能。本专利技术实施例提供的复相微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，其介电常数εr为30-50，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为±10ppm/℃，品质因数Qf≥40000，抗弯强度≥200MPa，热震温度为110℃，可靠性更强，可满足介质谐振器与滤波器等微波元器件向小型化发展的要求，还能够适应昼夜温差大等恶劣的工作环境，具有良好的应用前景。氧化铝有多种同质异晶体，包括α、β、γ、θ、ρ等，其中，α、β、γ是最主要的三种；氧化铝晶须具有强度高、弹性模量高的优点，呈白色，具有针状或纤维状结构，断面一般为六角形。在一些实施例中，选择纯度大于99.9％的纤维状α-氧化铝晶须，且直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm。纤维状α-氧化铝晶须属三方晶系，具有结构紧密、活性低、在所有温度下稳定、电学性能最好的优点。此外，通过选择直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm的氧化铝晶须，与其它尺寸的氧化铝晶须相比，可与氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝形成的复相陶瓷形成协同作用的体系，进一步提升所得复相微波介质陶瓷材料的整体性能和抗热震性能。具体地，典型而非限制性的氧化铝晶须直径为0.50μm、0.55μm、0.60μm、0.65μm、0.70μm、0.75μm、0.80μm、0.85μm、0.90μm、0.95μm、1.0μm；典型而非限制性的氧化铝晶须长度为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm。在一些实施例中，复相陶瓷主体的组成式为xCaO-ySm2O3-zTiO2-mAl2O3，其中，30％≤x≤40％，25％≤y≤40％，10％≤z≤20％，5％≤m≤20％，且x+y+z+m＝100％。复相陶瓷主体中，各成分的摩尔比例很大程度上影响着所得复相微波介质陶瓷材料的介电性能和综合性能。本专利技术实施例通过优化x、y、z和m的取值，可使氧化钙(CaO)、氧化钐(Sm2O3)、二氧化钛(TiO2)和氧化铝(Al2O3)组成的复相陶瓷主体材料具备良好的综合性能，同时可与纤维状α-氧化铝晶须发生协同作用，共同形成综合性能优异的复相微波介质陶瓷材料，使其介电常数εr为30-50，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为±10ppm/℃，品质因数Qf≥40000，抗弯强度≥200MPa，热震温度为110℃。本专利技术实施例提供的复相微波介质陶瓷材料可通过以下制备方法制备得到。相应地，本专利技术实施例还提供了一种复相微波介质陶瓷材料的制备方法，其包括如下步骤：...

【技术保护点】
1.一种复相微波介质陶瓷材料，其特征在于，包括复相陶瓷主体和分散在所述复相陶瓷主体中的掺杂剂，所述复相陶瓷主体包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝，所述掺杂剂包括氧化铝晶须。/n

【技术特征摘要】
1.一种复相微波介质陶瓷材料，其特征在于，包括复相陶瓷主体和分散在所述复相陶瓷主体中的掺杂剂，所述复相陶瓷主体包括氧化钙、氧化钐、二氧化钛和氧化铝，所述掺杂剂包括氧化铝晶须。


2.根据权利要求1所述的复相微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝晶须为纤维状α-氧化铝晶须，其直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm；和/或
所述氧化铝晶须的重量占所述复相陶瓷主体重量的5％-15％。


3.根据权利要求1所述的复相微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述复相陶瓷主体的组成式为xCaO-ySm2O3-zTiO2-mAl2O3，其中，30％≤x≤40％，25％≤y≤40％，10％≤z≤20％，5％≤m≤20％，且x+y+z+m＝100％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的复相微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述复相微波介质陶瓷材料的介电常数εr为30-50，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为±10ppm/℃，品质因数Qf≥40000，抗弯强度≥200MPa，热震温度为110℃。


5.一种复相微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供复相陶瓷主体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆焕，王秀红，艾晨霞，梁小健，王斌华，徐海新，
申请(专利权)人：无锡市高宇晟新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32