一种微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微波介质陶瓷材料，其包括质量百分比为82％～90％的基体材料和质量百分比为10％～18％的改性添加剂；其中，所述基体材料为Zn2SiO4，所述改性添加剂包括第一添加剂TiO2、第二添加剂Al2O3和Co2O3中的一种或两种、第三添加剂MgO和SiO2中的一种或两种、第四添加剂MnCO3。本发明专利技术提供的微波介质陶瓷材料具有介电常数低、品质因数高、高抗热震性以及近零谐振频率温度系数的优异性能，并且其烧结温度较低，能够适应多款器件的应用和器件的跨区域气候环境的使用要求。此外，本发明专利技术提供的微波介质陶瓷材料的制备方法，具有工艺简便，易于批量生产的特点。易于批量生产的特点。易于批量生产的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种微波介质陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于微波介质陶瓷
，尤其涉及一种微波介质陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着通信技术的快速发展，使用的通信频率显著提高，这就要求通信器件(滤波器、双工器等)需实现高频率、小型化、温度稳定。由此促使微波介质陶瓷器件成为通信设备商部署5G的主要方案之一。无线通讯过程中的损耗主要来源于微波介质陶瓷本身带来的损耗，为了满足信息技术和微波器件高性能化这一要求，具有低介电常数εr、高品质因数Q
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f、近零谐振频率温度系数τf的材料成为研究热点。
[0003]硅酸锌介质陶瓷是重要的低介陶瓷材料之一，Zn2SiO4陶瓷的电性能优异(εr～6.6，Q
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f～219000GHz)，但谐振频率温度系数过负(
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61ppm/℃)，且烧结温度偏高(≥1300℃)；在Zn2SiO4陶瓷中掺杂11wt％TiO2后，可将其谐振频率温度系数调至近零(～1ppm/℃)，但由于Zn2SiO4和TiO2两相的热膨胀系数差异较大，导致Zn2SiO4陶瓷中掺杂11wt％TiO2后，陶瓷的抗热震性较差，这严重阻碍了Zn2SiO4陶瓷的实际应用。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种具有高抗热震性、近零谐振频率温度系数的微波介质陶瓷材料及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种微波介质陶瓷材料，包括质量百分比为82％～90％的基体材料和质量百分比为10％～18％的改性添加剂；
[0006]其中，所述基体材料为Zn2SiO4，所述改性添加剂包括第一添加剂、第二添加剂、第三添加剂和第四添加剂，所述第一添加剂为TiO2，所述第二添加剂为Al2O3和Co2O3中的一种或两种，所述第三添加剂为MgO和SiO2中的一种或两种，所述第四添加剂为MnCO3。
[0007]优选地，所述第一添加剂的质量百分比为8％～15％，所述第二添加剂的质量百分比为0.1％～1.0％，所述第三添加剂的质量百分比为0～1.0％，所述第四添加剂的质量百分比为0.3％～1.0％。
[0008]进一步优选地，所述第二添加剂为Al2O3和Co2O3中的两种时，Al2O3的质量百分比为0.1％～1.0％，Co2O3的质量百分比为0～0.2％。
[0009]进一步优选地，所述第三添加剂为MgO和SiO2中的两种时，MgO的质量百分比为0～1.0％，SiO2的质量百分比为0～0.5％。
[0010]本专利技术的另一方面提供了一种如上所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其包括：
[0011]混料：将所述Zn2SiO4基体材料与所述改性添加剂的混合物置于球磨机中进行湿法球磨，获得混合浆料；
[0012]造粒：在所述混合浆料中加入粘结剂，继续湿法球磨，混合充分后进行喷雾造粒，
获得造粒粉；
[0013]烧结：将所述造粒粉干压制成生坯，将所述生坯置于高温炉中进行烧结，获得所述微波介质陶瓷材料。
[0014]优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇水溶液；所述粘结剂的浓度为2wt％；所述粘结剂在所述混合浆料中的质量百分比为0.75％～3％。
[0015]优选地，所述烧结步骤，具体包括：
[0016]将所述造粒粉干压制成生坯，将所述生坯置于高温炉中进行排胶、烧结、保温后获得所述微波介质陶瓷材料。
[0017]进一步优选地，所述排胶温度为500℃～700℃，所述排胶时长为2h～4h，所述烧结温度为1150℃～1250℃，所述保温时长为3h～6h。
[0018]优选地，所述制备方法还包括Zn2SiO4基体材料的制备，具体包括：
[0019]配料：将原料ZnO和SiO2的混合物置于球磨机中进行湿法球磨，获得第一浆料；
[0020]预烧：将所述第一浆料进行干燥、过筛处理后置于高温炉中进行预烧，保温预设时长后获得所述Zn2SiO4基体材料。
[0021]进一步优选地，所述第一浆料的干燥温度为80℃～120℃，所述预烧温度为1050℃～1150℃，所述保温预设时长为2h～3h。
[0022]优选地，所述湿法球磨，球磨介质由直径3mm、5mm、8mm的氧化锆球按质量比1：1：1组成，混合物、球磨介质和去离子水的质量比为1：(2～5)：(4～7)。
[0023]本专利技术实施例提供的微波介质陶瓷材料，包括质量百分比为82％～90％的Zn2SiO4基体材料和质量百分比为10％～18％的改性添加剂，具有低介电常数(εr＝8.2～10.4)、近零谐振频率温度系数(τf＝
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10ppm/℃～10ppm/℃)、高品质因数(Q
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f＝36729GHz～76392GHz)和高抗热震性(ΔT～180℃)的优异性能，并且烧结温度较低。此外，本专利技术实施例还提供了所述微波介质陶瓷材料的制备方法，具有工艺简便，易于批量生产的特点。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例提供的微波介质陶瓷材料的制备方法的流程图；
[0025]图2是本专利技术实施例1提供的微波介质陶瓷材料的Zn2SiO4基体材料的X射线衍射图谱；
[0026]图3是本专利技术实施例4提供的微波介质陶瓷材料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。
[0028]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0029]本专利技术实施例首先提供了一种微波介质陶瓷材料，包括质量百分比为82％～90％的基体材料和质量百分比为10％～18％的改性添加剂；
[0030]其中，所述基体材料为Zn2SiO4，所述改性添加剂包括第一添加剂、第二添加剂、第三添加剂和第四添加剂，所述第一添加剂为TiO2，所述第二添加剂为Al2O3和Co2O3中的一种或两种，所述第三添加剂为MgO和SiO2中的一种或两种，所述第四添加剂为MnCO3。
[0031]优选地，以所述微波介质陶瓷材料的总质量算，所述第一添加剂的质量百分比为8％～15％，所述第二添加剂的质量百分比为0.1％～1.0％，所述第三添加剂的质量百分比为0～1.0％，所述第四添加剂的质量百分比为0.3％～1.0％。
[0032]如上所述的微波介质陶瓷材料：首先，通过引入高介电常数、正谐振频率温度系数的第一添加剂TiO2，可拓展Zn2SiO4基陶瓷材料的介电常数范围，同时将谐振频率温度系数调控至近零范围；其次，通过引入第二添加剂Al2O3和Co2O3中的一种或两种，改变了Zn2SiO4基陶瓷材料的晶粒形状，使材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波介质陶瓷材料，其特征在于，包括质量百分比为82％～90％的基体材料和质量百分比为10％～18％的改性添加剂；其中，所述基体材料为Zn2SiO4，所述改性添加剂包括第一添加剂、第二添加剂、第三添加剂和第四添加剂，所述第一添加剂为TiO2，所述第二添加剂为Al2O3和Co2O3中的一种或两种，所述第三添加剂为MgO和SiO2中的一种或两种，所述第四添加剂为MnCO3。2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，以所述微波介质陶瓷材料的总质量算，所述第一添加剂的质量百分比为8％～15％，所述第二添加剂的质量百分比为0.1％～1.0％，所述第三添加剂的质量百分比为0～1.0％，所述第四添加剂的质量百分比为0.3％～1.0％。3.根据权利要求1或2任一所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述第二添加剂为Al2O3和Co2O3中的两种时，Al2O3的质量百分比为0.1％～1.0％，Co2O3的质量百分比为0～0.2％。4.根据权利要求1或2任一所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述第三添加剂为MgO和SiO2中的两种时，MgO的质量百分比为0～1.0％，SiO2的质量百分比为0～0.5％。5.一种如权利要求1
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4任一所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：混料：将所述Zn2SiO4基体材料与所述改性添加剂的混合物置于球磨机中进行湿法球磨，获得混合浆料；造粒：在所述混合浆料中加入粘结剂，继续湿法球磨，混合充分后进行喷雾造粒，获得造粒粉；烧结：将所述造粒粉干压制...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆焕，彭仕强，叶荣，顾国治，艾晨霞，
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：