微波介质陶瓷材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种微波介质陶瓷材料及其制备方法、应用，涉及陶瓷材料的技术领域，包括主料和改性剂，其中，主料包括ZnGa2O4，改性剂包括MnCO3和In2O3的组合物。本发明专利技术解决了现有技术的ZnGa2O4陶瓷材料的谐振频率温度系数和品质因数不理想的技术问题，能够达到介电常数在10左右、品质因数逾130000GHz、谐振频率温度系数在

【技术实现步骤摘要】
微波介质陶瓷材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料的
，尤其是涉及一种微波介质陶瓷材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]低介电常数微波介质材料具有低时延、低耦合等特性，适合微波基板方面的应用。ZnGa2O4陶瓷是一种新型低介电常数微波介质陶瓷备选材料，具有较低的烧结温度(1400℃)，较宽的烧结范围(1300～1500℃)，介电常数约9.8，品质因数约83000GHz。然而，ZnGa2O4陶瓷的谐振频率温度系数约
‑
71ppm/℃，不利于基板在不同工作温度下的稳定使用；同时，为减小信号衰减，需要提升ZnGa2O4陶瓷的品质因数。
[0003]有研究发现，在ZnGa2O4的四面体位用Mn取代Zn可以将谐振频率温度系数调节至约
‑
12ppm/℃，品质因数调节至约181000GHz，虽然性能优异，但是谐振频率温度系数仍为负值；有学者报道，在ZnGa2O4中用Sc取代Ga位可以将谐振频率温度系数向正值方向调节，并且提升品质因数。
[0004]虽然两相复合可以将ZnGa2O4陶瓷的谐振频率温度系数调节至正值，但是引入的其他相有可能会破坏尖晶石结构中八面体位的离子有序度，导致品质因数急剧恶化。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种微波介质陶瓷材料，性能出色，能够达到介电常数在9.5～10.5、品质因数逾130000GHz、谐振频率温度系数在
±r/>10ppm/℃之间以及抗热震温差超过160℃的效果。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，工艺简单且高效，成功率高。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种微波介质陶瓷材料的应用，能够有效提高微波基板的工作性能。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]第一方面，一种微波介质陶瓷材料，包括主料和改性剂；
[0011]所述主料包括ZnGa2O4；
[0012]所述改性剂包括MnCO3和In2O3的组合物。
[0013]进一步的，所述微波介质陶瓷材料具有如下通式：
[0014]Zn1‑
x
Mn
x
Ga2‑
y
In
y
O4；
[0015]优选地，x的取值范围为0.03～0.06；
[0016]优选地，y的取值范围为0.025～0.045。
[0017]进一步的，所述微波介质陶瓷材料的介电常数为9.5～10.5；
[0018]优选地，所述微波介质陶瓷材料的品质因数在130000GHz以上；
[0019]优选地，所述微波介质陶瓷材料的谐振频率温度系数为
‑
10～10ppm/℃；
[0020]优选地，所述微波介质陶瓷材料的抗热震温差超过160℃。
[0021]第二方面，一种上述任一项所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]ZnO、Ga2O3、MnCO3以及In2O3按比例混合后经研磨、预烧、造粒、成型、排胶以及烧结，得到所述微波介质陶瓷材料。
[0023]进一步的，所述微波介质陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
[0024](a)ZnO、Ga2O3、MnCO3以及In2O3按比例混合，得到混合物，经第一研磨，得到第一粉体；
[0025](b)步骤(a)的第一粉体经第一干燥和第一过筛，再预烧，得到预烧后的粉体；
[0026](c)步骤(b)的预烧后的粉体经第二研磨，得到第二粉体；
[0027](d)步骤(c)的第二粉体经第二干燥和造粒，得到造粒粉体，再经第二过筛，成型，得到坯体；
[0028](e)步骤(d)的坯体经排胶和烧结，得到所述微波介质陶瓷材料。
[0029]进一步的，所述第一研磨和第二研磨均独立地包括球磨；
[0030]优选地，所述球磨包括湿法球磨；
[0031]优选地，所述湿法球磨的介质包括水；
[0032]优选地，所述球磨的时长为5～7h，转速为300～350rpm。
[0033]进一步的，所述第一干燥和第二干燥的温度均独立地为120～150℃；
[0034]优选地，所述第一干燥和第二干燥的时间均独立地为3～5h；
[0035]优选地，所述第一过筛为过60目筛；
[0036]优选地，所述第二过筛为过100目筛。
[0037]进一步的，所述预烧的温度为1000～1050℃，预烧的时间为2～3h；
[0038]优选地，所述预烧的升温速率为3℃/min；
[0039]优选地，所述造粒的粘结剂包括聚乙烯醇溶液和石蜡中的至少一种；
[0040]优选地，所述粘结剂的加入量为8～10wt％；
[0041]优选地，所述聚乙烯醇溶液包括8wt％聚乙烯醇溶液；
[0042]优选地，所述成型的方法包括干压成型；
[0043]优选地，所述干压成型的压力为90～110Mpa。
[0044]进一步的，所述排胶的温度为550～600℃，排胶的时间为1.5～2h；
[0045]优选地，所述烧结的温度为1350～1420℃，烧结的时间为3～4h；
[0046]优选地，烧结过程的升温速率为3℃/min。
[0047]第三方面，一种上述任一项所述的微波介质陶瓷材料在微波基板中的应用。
[0048]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0049]本专利技术提供的微波介质陶瓷材料，以MnCO3和In2O3的组合物作为改性剂，无需引入其他温度补偿材料就可实现对谐振频率温度系数向正值方向的调节，用离子取代的方式实现对谐振频率温度系数的调节，并通过改变八面体Ga位阳离子的短程有序度来调控品质因数，从而实现了对ZnGa2O4陶瓷材料的谐振频率温度系数和品质因数的有效调节，达到了陶瓷材料具有高品质因数、近零谐振频率温度系数以及抗热震性能优异的技术效果，具体为，通过Mn取代主料ZnGa2O4的Zn四面体位的前提下，选取离子半径和离子极化率与Sc
3+
离子接
近的In
3+
离子来部分取代主料ZnGa2O4的八面体Ga位，利用In
3+
部分取代Ga
3+
以提高尖晶石结构中阳离子的短程有序性，从而提高品质因数。
[0050]本专利技术提供的微波介质陶瓷材料的制备方法，工艺简单且高效，成功率高。
[0051]本专利技术提供的微波介质陶瓷材料的应用，能够有效提高微波基板的工作性能。
具体实施方式
[0052]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于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，包括主料和改性剂；所述主料包括ZnGa2O4；所述改性剂包括MnCO3和In2O3的组合物。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具有如下通式：Zn1‑
x
Mn
x
Ga2‑
y
In
y
O4；优选地，x的取值范围为0.03～0.06；优选地，y的取值范围为0.025～0.045。3.根据权利要求1或2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的介电常数为9.5～10.5；优选地，所述微波介质陶瓷材料的品质因数在130000GHz以上；优选地，所述微波介质陶瓷材料的谐振频率温度系数为
‑
10～10ppm/℃；优选地，所述微波介质陶瓷材料的抗热震温差超过160℃。4.一种权利要求1
‑
3任一项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：ZnO、Ga2O3、MnCO3以及In2O3按比例混合后经研磨、预烧、造粒、成型、排胶以及烧结，得到所述微波介质陶瓷材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：(a)ZnO、Ga2O3、MnCO3以及In2O3按比例混合，得到混合物，经第一研磨，得到第一粉体；(b)步骤(a)的第一粉体经第一干燥和第一过筛，再预烧，得到预烧后的粉体；(c)步骤(b)的预烧后的粉体经第二研磨，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙轲，王秀红，黄名政，
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：