一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用技术

一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用，微波介质陶瓷材料为具有层状钙钛矿结构的铝基化合物固溶体，化学式为Sr

【技术实现步骤摘要】
一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于功能材料和微波介质陶瓷
，具体涉及一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]微波介质陶瓷作为介质谐振器、滤波器等微波通信元器件的关鍵材料而受到了广泛的关注。近几年来，随着无线通讯技术的不断发展以及人们需求的不断提高，较低频率下的微波频段逐渐拥挤，微波介质陶瓷的开发逐渐朝着微波高端以及毫米波方向发展。MLnAlO4基微波介质陶瓷(M＝Sr和Ca，Ln＝La、Nd、Sm和Y)由于超低介电损耗而引起了持续的关注。MLnAlO4陶瓷为四方K2NiF4型层状钙钛矿结构，空间群为I4/mmm，谐振频率温度系数(τ
f
)通常为负值。在其与M2TiO4的固溶体中获得了接近零的τ
f
，约20的介电常数(ε
r
)和75000GHz以上的高Qf值。与典型的材料体系：MgTiO3‑
CaTiO3复合材料和含贵金属元素的复合钙钛矿如Ba(Mg
1/3
Ta
2/3
)O3和Ba(Zn
1/3
Ta
2/3
)O3相比，具有接近零τ
f
的MLnAlO4基陶瓷可以满足高Qf值和低成本等要求。低损耗微波介质陶瓷的性能要求一般为：ε
r
＝20～30、Qf＞70000GHz、|τ
f
|≤10ppm/℃，低损耗的微波介质材料已经渗透到了我们日常生活的方方面面，包括无线通讯系统、卫星通讯、智能传输系统等等。这些产业的发展正催促着我们要不断地开发新的低损耗微波介质材料体系以及完善制备工艺。
[0003]申请号为【201910828606.7】的专利申请公开了一种具有层状钙钛矿结构的镓基微波介质陶瓷材料及其制备方法，其表达式为SrLa[Ga1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
]O4(0.2≤x≤0.6)、SrLa[Ga1‑
x
(Zn
0.5
Ti
0.5
)
x
]O4(0.1≤x≤0.5)，成份点SrLa[Ga
0.6
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.4
]O4和SrLa[Ga
0.7
(Zn
0.5
Ti
0.5
)
0.3
]O4分别具有最优的综合微波介电性能：ε
r
＝23.3、Qf＝89400GHz、τ
f
＝
‑
0.8ppm/℃；ε
r
＝23.0、Qf＝76200GHz、τ
f
＝
‑
0.2ppm/℃。尽管谐振频率温度系数得到改善，但是Qf仍然较小，介电损耗较大，一方面限制了其在高端器件中的应用，另一方面所需原料中Ga2O3的价格昂贵，生产成本高，不适合工业化大批量生产，目前市场原料价格Ga2O3：9.52元/克，Al2O3：0.058元/克(数据来源：国药集团化学试剂官网)。
[0004]申请号为【202110759080.9】的专利申请公开了一种层状中高介电常数低损耗微波介质陶瓷及其制备方法，该陶瓷由两种τ
f
相反的陶瓷按照不同的堆叠方式同轴粘合而成，得到最优组分的微波介电性能：ε
r
＝63、Qf＝21050GHz、τ
f
＝
‑
0.8ppm/℃。采用将两种τ
f
相反的陶瓷堆叠形成双层或多层陶瓷来改善微波介电性能，一方面得到的微波介电性能Qf较低，介电损耗较大，不满足低损耗微波介质陶瓷的要求，不能用作高端电子通讯元器件的材料，另一方面以堆叠的方式制备多层陶瓷，不同组分陶瓷之间层与层的相容性是一个难以解决的问题，得到的陶瓷性能不稳定，很难在工业上大批量生产。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种温度稳定型超低损耗
微波介质陶瓷材料、制备方法及应用，采用固相法制备Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4(0≤x≤0.5)，制备的陶瓷粉体颗粒无团聚、成本低、产量高，重复性好，并且制备工艺简单而不繁琐；采用冷等静压的方式压片成型，得到的陶瓷生坯强度更高，更加均匀致密；另一方面，本专利技术采取Al
3+
被(Mg
0.5
Ti
0.5
)
3+
替代形成固溶体的方式，制备得到的Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4陶瓷相结构更加均匀稳定，能够避免层与层之间相容性的问题，本专利技术得到的陶瓷微波介电性能更加优异，有望成为高端通讯元器件的原材料。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料为具有层状钙钛矿结构的铝基化合物固溶体，化学式为Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4，其中，0≤x≤0.5。
[0008]所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1400～1500℃，相对介电常数ε
r
为16.86～20.77，品质因数Qf为76400～112500GHz，谐振频率温度系数τ
f
为
‑
25.56～1.24ppm/℃。
[0009]所述微波介质陶瓷材料的化学式为：Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.8
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.2
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.7
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.3
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.6
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.4
O4或Sr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波介质陶瓷材料为具有层状钙钛矿结构的铝基化合物固溶体，化学式为Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4，其中，0≤x≤0.5。2.根据权利要求1所述的一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1400～1500℃，相对介电常数ε
r
为16.86～20.77，品质因数Qf为76400～112500GHz，谐振频率温度系数τ
f
为
‑
25.56～1.24ppm/℃。3.根据权利要求1或2所述的一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波介质陶瓷材料的化学式为：Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.8
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.2
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.7
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.3
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.6
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.4
O4或Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.5
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.5
O4。4.一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：选用SrCO3、CaCO3、La2O3、Al2O3、MgO和TiO2为原料，将SrCO3、CaCO3、Al2O3、MgO和TiO2在60～90℃下烘干处理12～24h，La2O3在800～900℃下煅烧处理1～2h，去除原料中的水分和二氧化碳，按照Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4(0≤x≤0.5)的化学计量比进行配料，得到处理后的原料；步骤2：将步骤1中处理后的原料进行球磨，以去离子水为球磨介质，以氧化锆为磨球，按照质量比计，将锆球：去离子水：处理后的原料＝(3～4):1:1进行球磨，球磨时间为8～15h，球磨机转速为250～300r/min，得到一次球磨的球磨浆料，将球磨浆料在75～95℃下烘干10～20h并过筛120～300目，得到过筛后的一次球磨料；步骤3：将步骤2过筛后的一次球磨料在1175～1275℃下煅烧，保温时间2～3h，随炉冷却，得到Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4预烧粉体；步骤4：将步骤3得到的Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4预烧粉体进行二次湿法球磨，按照质量比计，将锆球：去离子水：Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4预烧粉体＝(3～4):1:1进行球磨，球磨时间为6～12h，球磨机转速为250～300r/min，得到二次球磨的球磨浆料，将球磨浆料在75～95℃下烘干10～20h后过筛120～300目，得到过筛后的二次球磨料；步骤5：将步骤4中过筛后的二次球磨料经过冷等静压成型，成型压力为180～220MPa，得到陶瓷生坯；步骤6：将步骤5得到的陶瓷生坯在1400～1500℃下进行烧结，保温时间3～4h，随炉冷却，得到最终的Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl1‑
x
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
x
O4微波介质陶瓷。5.根据权利要求4所述的一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：选用SrCO3、CaCO3、La2O3、Al2O3、MgO和TiO2为原料，将SrCO3、CaCO3、Al2O3、MgO和TiO2在60℃下烘干处理12h，La2O3在900℃下煅烧处理1h，去除原料中的水分和二氧化碳，按照Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4的化学计量比进行配料，得到处理后的原料；步骤2：将步骤1中处理后的原料进行球磨，以去离子水为球磨介质，以氧化锆为磨球，按照质量比计，将锆球：去离子水：处理后的原料＝3.5:1:1进行球磨，球磨时间为10h，球磨机转速为250r/min，得到一次球磨的球磨浆料，将球磨浆料在75℃下烘干20h并过筛120目，得到过筛后的一次球磨料；
步骤3：将步骤2过筛后的一次球磨料在1175℃下煅烧，保温时间2h，随炉冷却，得到Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4预烧粉体；步骤4：将步骤3得到的Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4预烧粉体进行二次湿法球磨，按照质量比计，将锆球：去离子水：Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4预烧粉体＝3.5:1:1进行球磨，球磨时间为6h，球磨机转速为250r/min，得到二次球磨的球磨浆料，将球磨浆料在95℃下烘干10h后过筛300目，得到过筛后的二次球磨料；步骤5：将步骤4中过筛后的二次球磨料使用模具预压成直径为12mm，厚度为6.2mm，后经过冷等静压成型，成型压力为180MPa，得到陶瓷生坯；步骤6：将步骤5得到的陶瓷生坯在1450℃下进行烧结，保温时间3h，随炉冷却，得到最终的Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.9
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.1
O4微波介质陶瓷。6.根据权利要求4所述的一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：选用SrCO3、CaCO3、La2O3、Al2O3、MgO和TiO2为原料，将SrCO3、CaCO3、Al2O3、MgO和TiO2在70℃下烘干处理15h，La2O3在900℃下煅烧处理2h，去除原料中的水分和二氧化碳，按照Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.8
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.2
O4的化学计量比进行配料，得到处理后的原料；步骤2：将步骤1中处理后的原料进行球磨，以去离子水为球磨介质，以氧化锆为磨球，按照质量比计，将锆球：去离子水：处理后的原料＝3.6:1:1进行球磨，球磨时间为12h，球磨机转速为250r/min，得到一次球磨的球磨浆料，将球磨浆料在85℃下烘干15h并过筛120目，得到过筛后的一次球磨料；步骤3：将步骤2过筛后的一次球磨料在1200℃下煅烧，保温时间2h，随炉冷却，得到Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.8
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.2
O4预烧粉体；步骤4：将步骤3得到的Sr
0.6
Ca
0.4
LaAl
0.8
(Mg
0.5
Ti
0.5
)
0.2
O4预烧粉体进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓，亢金腾，薛颖，叶荣辉，赵婷，刘壮，宁泽宇，王娇娇，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：