一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途技术

本发明专利技术提供一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途，所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg

【技术实现步骤摘要】
一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途


[0001]本专利技术涉及电子陶瓷元器件
，特别是涉及一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途。

技术介绍

[0002]随着2019年工信部正式向三大通信运营商和中国广电的5G商用牌照发放，中国正式进入了5G时代。中国移动有两个主要的5G频段，分别是n41和n79频段，它们对应的频率范围为2.515GHz
‑
2.675GHz和4.8GHz
‑
4.9GHz；中国电信和中国联通的5G频段为n78，对应频率范围是3.4GHz
‑
3.5GHz和3.5GHz
‑
3.6GHz。这些频段都可归于Sub
‑
6GHz频段，即频率在6GHz之下。另外，n257和n258等24.25GHz～29GHz毫米波频段以及更高频段，目前也在积极布局中，为6G通讯到来准备着。
[0003]随着信息通讯时代的发展与升级，大数据、物联网、5G/6G、人工智能、无人驾驶、即时通信等新技术的兴起，国家与个人对通讯系统与设备的信息快速处理能力与通信质量的要求越来越高，这使得微波介质陶瓷材料由高介电常数向着超低介电常数(ε
r
)、高品质因数(以Q
×
f值衡量，Q为品质因数，f为介质谐振频率)与近零谐振频率温度系数(τf)三者兼容以及原材料材料无毒害污染与低成本的方向发展。现代通信技术离不开微波器件，而微波毫米波介质陶瓷又是生产微波器件不可缺少的材料之一，在全球定位系统(GPS)、蓝牙、介质滤波器、介质基板、天线等领域已经有着广泛的应用。微波毫米波介质陶瓷的质量直接关系到终端设备的最终尺寸和性能。
[0004]因此，在具有高Q值、τf值近零的基础上，低成本、无污染、制备工艺简洁的微波介质陶瓷是目前科研人员极力研究的目标。现有的堇青石结构类陶瓷材料品质因数较低，谐振温度系数数值大的负值，不能满足现有与未来微波毫米波通讯功能器件的介质材料使用。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途，用于解决现有技术中堇青石微波毫米波陶瓷材料品质因数低、介电常数高和谐振频率温度系数不稳定以及谐振频率温度系数绝对值大的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过包括以下技术方案获得的。
[0007]本专利技术的专利技术目的之一在于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式为Mg
1.8
Ni
0.2
‑
x
Co
x
Al4Si5O
18
，其中0.05≤x≤0.15。
[0008]优选地，所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1400～1430℃，品质因数为49634～66539GHz，温度系数为
‑
28.97～
‑
16.92ppm/℃，介电常数为4.34～4.424。
[0009]本专利技术的专利技术目的之二在于提供一种复合材料，所述复合材料包括所述微波介质陶瓷材料和TiO2，以所述复合材料总重量为基准，所述TiO2的含量为2～10wt％。
[0010]优选地，所述复合材料的化学式为Mg
1.8
Ni
0.1
Co
0.1
Al4Si5O
18
‑
TiO2，所述复合材料的
烧结温度为1320～1420℃，品质因数为66539～52116GHz，温度系数为
‑
21.54～+2.67ppm/℃，介电常数为4.4～5.41。
[0011]本专利技术的专利技术目的之三在于提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将镁源、铝源、镍源、钴源和硅源按化学式计量比分散于反应介质中，一次研磨，烘干，得粉料；(2)预烧所述粉料，二次研磨，烘干，得掺杂Ni
2+
和Co
2+
的陶瓷原料；(3)烧结所述掺杂Ni
2+
和Co
2+
的陶瓷原料，得所述微波介质陶瓷材料。
[0012]本专利技术的专利技术目的之四在于提供一种复合材料的制备方法，将微波介质陶瓷材料和TiO2混合均匀，三次研磨，烘干，得掺杂TiO2的复合陶瓷原料；烧结所述掺杂TiO2的复合陶瓷原料，即制得所述复合材料。
[0013]本专利技术的专利技术目的之五在于提供一种复合材料作为功能介质在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中的用途。
[0014]如上所述，本专利技术的微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途，具有以下有益效果：通过Ni
2+
和Co
2+
协同置换占据镁堇青石晶格中的部分Mg
2+
晶格位置，之后再向Ni
2+
和Co
2+
的共掺杂堇青石型晶体结构材料的最佳浓度添加TiO2来调节陶瓷的温度系数，使其近零，得到复合材料；本专利技术的复合材料具有好的微波性能，改善了现有的各类堇青石陶瓷材料温度稳定性差的缺陷及品质因数，降低了烧结温度，并使其温度系数近零；该复合材料具有温度稳定高Qf值，有望在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中做电子元器件作为的功能介质使用。
附图说明
[0015]图1显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的XRD图。
[0016]图2显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料在不同烧结温度下的块体密度曲线图。
[0017]图3显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的相对密度曲线。
[0018]图4显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的相对介电常数随组分x的变化曲线。
[0019]图5显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的品质因数Qf随组分x的变化曲线。
[0020]图6显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的谐振频率温度系数τ
f
数值随组分x的变化曲线。
[0021]图7显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的XRD图。
[0022]图8显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的相对介电常数随TiO2掺杂量的变化曲线。
[0023]图9显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的品质因数Qf随TiO2掺杂量的变化曲线。
[0024]图10显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的
谐振频率温度系数随TiO2掺杂量的变化曲线。
具体实施方式
[0025]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实本文档来自技高网...

【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，所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg
1.8
Ni
0.2
‑
x
Co
x
Al4Si5O
18
，其中0.05≤x≤0.15。2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波质陶瓷材料的烧结温度为1400～1430℃，品质因数为49634～66539GHz，温度系数为
‑
28.97～
‑
16.92ppm/℃，介电常数为4.34～4.424。3.一种复合材料，其特征在于：所述复合材料包括如权利要求1或2所述的微波介质陶瓷材料和TiO2，以所述复合材料总重量为基准，所述TiO2的含量为2～10wt％。4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料的化学式为Mg
1.8
Ni
0.1
Co
0.1
Al4Si5O
18
‑
TiO2，所述复合材料的烧结温度为1320～1420℃，品质因数为66539～52116GHz，温度系数为
‑
21.54～+2.67ppm/℃，介电常数为4.4～5.41。5.一种如权利要求1或2所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将镁源、铝源、镍源、钴源和硅源按化学式计量比分散于反应介质中，一次研磨，烘干，得粉料；(2)预烧所述粉料，二次研磨，烘干，得掺杂Ni
2+
和Co
2+
的陶瓷原料；(3)烧结所述掺杂Ni
2+
和Co
2+
的陶瓷原料，得所述微波介质陶瓷材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋开新，杨浩岳，毛敏敏，修志宇，刘兵，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：