【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子陶瓷及其制备，具体涉及一种具有橄榄石结构的高熵陶瓷及其制备方法。
技术介绍
1、随着5g技术的推广与6g技术的布局，微波通信技术将向毫米波段延伸，微波介质陶瓷材料在极高频的毫米波段下需要满足以下要求：1、具有较低的介电常数(εr≤15)以缩短芯片间信号传输的延迟时间；2、高的品质因数q×f(低的介电损耗，通常要求大于30000ghz)来帮助提高器件信号强度与谐振频率分辨率；3、近零的谐振频率温度系数(|τf|≤10ppm/℃)来保证微波器件的温度稳定性。
2、橄榄石型(化学通式为abco4)微波介质陶瓷是一类低介电高品质因数的材料，其中镁橄榄石mg2sio4具有超高的q×f值，但mg2sio4及其改性系列的硅基橄榄石陶瓷具有很高的烧结温度(1250℃～1500℃)，不利于低温共烧技术的应用；锗基橄榄石如camggeo4、ca2geo4、mg2geo4、naygeo4等烧结温度相对硅基橄榄石而言稍低(1200℃～1450℃)，但原材料geo2价格昂贵，不利于大规模生产；而低εr高q×f的磷基橄榄石limgpo4原材料价格便宜，且可与ag电极实现低温兼容共烧(≤950℃)，具有很大的应用前景。
3、但值得注意的是，limgpo4陶瓷具有较大的负τf值(-55～-60ppm/℃)，需要通过添加正τf值的材料与之复合来调控温度稳定性。可当这些复合材料的|τf|≤10ppm/℃时，其q×f值也急剧恶化，往往不到30000ghz。人们随后探索其它磷基橄榄石的微波介电特性，以期找到综合性能更好的橄榄石
4、可与ag低温共烧，且不需要额外添加正τf值材料便可获得综合微波介电性能优良的橄榄石型微波介质陶瓷仍然是一个技术难点。对limgpo4陶瓷进行离子取代改性是解决上述技术难题的最直接技术方案。目前，人们常采用一种或两种二价阳离子取代b位mg2+的方式对limgpo4进行改性，例如limg0.9zn0.1po4(j.eur.ceram.soc.,2012,32(10):2359-2364)、limg0.95co0.05po4(ceram.int.,2014,40:14865-14869)、limg0.95ni0.05po4(ceram.int.,2014,40:12983-12988.)、limg0.96mn0.04po4(mater.lett.,2019,255:126565)、limg0.9zn0.06ni0.04po4(j.eur.ceram.soc.,2022,42:5684-5690)、limg0.96ca0.04po4(materials letters,2019,255:126565)等。上述改性后的limgpo4基陶瓷可获得更高的q×f值，然而τf值却没有得到有效改善，甚至部分改性陶瓷的τf值反而出现恶化的现象。
5、近些年以来，高熵陶瓷因其高熵效应所表现出独特的物理性质，从而使得这些材料逐渐成为研究的热点。高熵陶瓷主要指由五种及以上以等摩尔比或近似等原子比的主元所形成的单相固溶体陶瓷。有鉴于高熵陶瓷的特点，学者们制备了具有橄榄石结构的高熵陶瓷如li(gd0.2ho0.2er0.2yb0.2lu0.2)geo4(j.mater.sci.technol.2021,93:28-32)与(mg0.2ni0.2zn0.2co0.2mn0.2)2sio4(ceram.int.,2022,48:23307-23313)，并对它们开展了微波介电性能的探究。报道指出，li(gd0.2ho0.2er0.2yb0.2lu0.2)geo4与(mg0.2ni0.2zn0.2co0.2mn0.2)2sio4陶瓷分别在1080℃和1250℃获得最大的q×f值，前者为29000ghz而后者为28431ghz。但是后者的q×f值远远低于同为硅基橄榄石mg2sio4的q×f值，同时也低于橄榄石mn2sio4的q×f值(j.eur.ceram.soc.,2006,26(10-11):2097-2100)。
6、目前采用四种及以上的离子对limgpo4进行改性的研究很少，但另一方面前述具有橄榄石结构的高熵微波介质陶瓷也并不能获得更为优异的微波介电特性。如何在低于960℃的烧结温度下，获得综合微波介电性能优异的橄榄石型微波介质陶瓷是一个极具挑战性的难题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种具有橄榄石结构的高熵陶瓷及其制备方法。本专利技术的具有橄榄石结构的高熵陶瓷主要以与mg2+等价的多种过渡金属阳离子共同取代mg2+为基本思路，采用非等摩尔比组元或等摩尔比组元共同占据b位的方案设计高熵化合物，最后通过工艺简单的传统高温固相合成法制备高熵陶瓷，最终获得具有系列高q×f值(6193ghz～82240ghz)，τf值在-71.4ppm/℃～-4.2ppm/℃区间内可调的橄榄石型高熵陶瓷。
2、为了克服现有技术的不足，本专利技术的技术方案为：
3、一种具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的化学通式为limg1-xaxpo4(0<x≤0.8)，其中a为zn、cu、mg、ni、mn、co中的至少4种元素，每种元素的下标相等且总和等于x值。所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的相对介电常数εr为8.03～8.34，品质因数q×f为6193～82240ghz，谐振频率温度系数τf在-71.4ppm/℃～-4.2ppm/℃之间。所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷，当a为zn、ni、mn、co这4种元素，x取值为0.8时，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷呈现深酒红色；当a为zn、cu、ni、mn、co这5种元素，x取值为0<x≤0.02时，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷呈现肉红色；当a为zn、mg、ni、mn、co这5种元素，x取值为0<x≤0.02时，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷呈现暗粉色。
4、所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的制备方法包括以下步骤：
5、(1)按照化学通式的配比称取li2co3、h6no4p以及不同二价阳离子的金属氧化物，混在一起形成原料混合物；
6、(2)将步骤1的原料混合物置于聚四氟乙烯球磨罐内，以二氧化锆球和无水乙醇为球磨介质，球磨4小时后得到浆状原料，随后将浆状原料烘干，得到混合物粉体；
7、(3)将烘干后的混合物粉体压制成圆柱体，置于高温炉中预烧，即从室温升至700℃并在此温度保温2小时，使原料混合物初步反应得到预烧料；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的化学通式为LiMg1-xAxPO4(0<x≤0.8)，其中A为Zn、Cu、Mg、Ni、Mn、Co中的至少4种元素，每种元素的下标相等且总和等于x值。
2.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的相对介电常数εr为8.03～8.34，品质因数Q×f为6193～82240GHz。
3.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的谐振频率温度系数τf在-71.4ppm/℃～-4.2ppm/℃之间。
4.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，当A为Zn、Ni、Mn、Co这4种元素，x取值为0.8时，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷呈现深酒红色。
5.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，当A为Zn、Cu、Ni、Mn、Co这5种元素，x取值为0<x≤0.02时，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷呈现肉红色。
6.根据权利要求
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤1的原料纯度≥99％。
9.如权利要求7所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，从室温升至700℃的过程中，升温速率为2℃/min。
10.如权利要求7所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤7的烧结过程中分为两种不同的升温速率，在550℃之前的升温速率为2℃/min，并在550℃保温1小时；然后从550℃升温至目标温度，这段升温区间的升温速率为3℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的化学通式为limg1-xaxpo4(0<x≤0.8)，其中a为zn、cu、mg、ni、mn、co中的至少4种元素，每种元素的下标相等且总和等于x值。
2.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的相对介电常数εr为8.03～8.34，品质因数q×f为6193～82240ghz。
3.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷的谐振频率温度系数τf在-71.4ppm/℃～-4.2ppm/℃之间。
4.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，当a为zn、ni、mn、co这4种元素，x取值为0.8时，所述具有橄榄石结构的高熵陶瓷呈现深酒红色。
5.根据权利要求1所述的具有橄榄石结构的高熵陶瓷，其特征在于，当a为zn、cu、ni、mn、co这5种元素，x取值为0&...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏聪学，黄丽莹，车海燕，覃杏柳，陈莲春，樊军，方亮，
申请(专利权)人：玉林师范学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。