微波介质陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种微波介质陶瓷材料的制备方法，包括：将碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛粉料与研磨介质和有机溶剂进行机械混合；将除去有机溶剂后的干燥粉体颗粒进行第一次高能球磨，以将粉体均匀细化并使其粉体粒度控制在预设范围内；将第一次高能球磨后的粉体在密闭容器中高温煅烧形成具有高纯度主晶相的前驱体粉料；将高温煅烧后的粉料进行第二次高能球磨，以得到粉体粒度进一步减小的陶瓷粉体；以及在陶瓷粉体中添加溶液，将陶瓷粉体制成球状流动性好的粉体颗粒。本发明专利技术实施例的微波介质陶瓷材料的制备方法采用低温烧成高度致密化的中介电常数和高品质因数的微波介质陶瓷材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及陶瓷材料领域，具体涉及一种。
技术介绍
微波介质陶瓷是指应用于300MHz-300GHz的微波频率范围内具有极好介电性能的陶瓷材料并且应用于微波频段电路中作为介质材料完成一种或多种功能的新型功能电子陶瓷材料，在微波电路中发挥着介质隔离、介质波导以及介质谐振等功能。目前，业内已开发出了一批适用于微波频段的中介电常数与高品质因数的微波介质陶瓷材料。其中，钙钛矿结构(1-x)CaTiO3-XNdAlO3(CTNA，X表示摩尔百分比)介质陶瓷材料，由于其适中的介电常数(L 45)、接近于零的谐振频率温度系数(τ f O)和相当高的品质因数(QXf > 30000)，引起了业界的广泛关注和研究。然而，业界当前对其制备方法研究较少。 目前，国内外厂商大都采用机械混合与固相烧结结合的制备方法，即将固态粉体原料在行星式或搅拌式球磨机中充分混合均匀后在高温煅烧条件下发生固相反应而制备出所需陶瓷粉体，进而压制成型、固相烧结成介质陶瓷材料。这种传统的制备方法主要有以下缺陷高温煅烧过程中粉体反应活性较差，需要至少1350摄氏度以上的煅烧温度，并且其反应合成的陶瓷粉体粒径较大，粒度分布宽，杂相较多而影响了 CTNA主晶相纯度。因此，在上述陶瓷粉体基础上，通过进一步破碎混合无法达到粉料颗粒均匀细化的目的，通常需要至少1450摄氏度以上的烧结温度，并且不易实现介质陶瓷的烧结完全致密化，即难于获得具备稳定优良介电性能的介质陶瓷材料。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种，该包括将碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛粉料与研磨介质和有机溶剂进行机械混合；将除去有机溶剂后的干燥粉体颗粒进行第一次高能球磨，以将粉体均匀细化并使其粉体粒度控制在预设范围内；将第一次高能球磨后的粉体在密闭容器中高温煅烧形成具有高纯度主晶相的前驱体粉料；将高温煅烧后的粉料进行第二次高能球磨，以得到粉体粒度进一步减小的陶瓷粉体；以及在陶瓷粉体中添加溶液，将陶瓷粉体制成球状流动性好的粉体颗粒。本专利技术的有益效果是区别于现有技术的情况，本专利技术实施例提供在传统机械混合与固相反应方法的基础上结合高能球磨(机械合金化)技术，通过第一次高能球磨促使陶瓷粉料进一步均匀细化，不仅有效降低了粉料预烧温度，并保证了反应合成高纯度主晶相的陶瓷粉体。通过第二次高能球磨促使粉体颗粒进一步均匀细化，降低了烧结温度，并保证了烧成瓷体的高度致密化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中图I是本专利技术实施例的的流程示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的中，分别经过传统机械混合(a)和第一次高能球磨(b)之后预烧粉末的X射线衍射(XRD)图；图3是根据本专利技术一个实施例的中，分别运用传统机械混合+固相反应法(a)和高能球磨法(b)制得微波介质陶瓷样品的扫描电镜(SEM)图像。具体实施方式 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，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下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种，该包括将碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛粉料与研磨介质和有机溶剂进行机械混合；将除去有机溶剂后的干燥粉体颗粒进行第一次高能球磨，以将粉体均匀细化并使其粉体粒度控制在预设范围内；将第一次高能球磨后的粉体在密闭容器中高温煅烧形成具有高纯度主晶相的前驱体粉料；将高温煅烧后的粉料进行第二次高能球磨，以得到粉体粒度进一步减小的陶瓷粉体；以及在陶瓷粉体中添加溶液，将陶瓷粉体制成球状流动性好的粉体颗粒。实施例一一种高性能，其流程图如图I所示，包括步骤SI，将碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛粉料与研磨介质和有机溶剂进行机械混合。本专利技术实施例中，先将氧化钕原粉在800摄氏度下预烧3小时，然后将碳酸钙、氧化铝、氧化钕、二氧化钛按照所需摩尔百分比配方称取后，以二氧化锆磨球为研磨介质，无水乙醇或去离子水为有机溶剂，磨球、混合粉料、溶剂质量比例为3 I 3，其整体容积占球罐的40% 60%，原料混合时间为8 12小时。其中，氧化铝和氧化钕的摩尔百分比为O. 14% O. 24%，碳酸钙和二氧化钛的摩尔百分比为O. 52% O. 72%。此外，除了碳酸钙、氧化铝、氧化钕、二氧化钛作为主要原料外，还可以在其中添加改性掺杂剂、改性添加剂及烧结助剂。所述改性掺杂剂为含稀土元素(Re)的氧化物，所述稀土元素为钇、镧、铈、镨、钐、铕、钆、镝、铒、镱中的一种或几种，所述改性添加剂为CaO、SrO、TiO2, ZnO, A1203、Nb2O5,Ta2O5中的一种或几种，所述烧结助剂为Bi203、B203、Cu0、V205、Ba0中的一种或几种。该陶瓷材料配方按照化学式(1-x)CaTiO3-X使其中的x和y所占摩尔百分比分别满足O. 28mol % ^ X < O. 48mol %, O. Imol % ^ y ^ O. 5mol %,其中，所述改性添加剂的质量百分比为碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛总量的1% 4%，所述烧结助剂的质量百分比为碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛总量的O. 1% 1%。步骤S2，将除去有机溶剂后的干燥粉体颗粒进行第一次高能球磨，以将粉体均匀细化并使其粉体粒度控制在预设范围内。本专利技术实施例中，以二氧化锆磨球为研磨介质，将粉料粒度分布控制在I 2微米范围以内，有效地提高了粉体颗粒的 反应活性和接触面积，进而达到降低煅烧反应合成温度的目的。其中，球料比为8 10 1，球磨时间8 12小时，转速400 800转/分钟。步骤S3，将第一次高能球磨后的粉体在密闭容器中高温煅烧形成具有高纯度主晶相的前驱体粉料。本专利技术实施例中，将干燥后混合原料放在密闭的耐高温坩埚中，经高温反应合成高纯度主晶相的前驱体粉料。高温煅烧过程的工艺参数为煅烧温度为900 1200摄氏度，保温时间为6 10小时。步骤S4，将高温煅烧后的粉料进行第二次高能球磨，以得到粉体粒度进一步减小的陶瓷粉体。本专利技术实施例中，以二氧化锆磨球为研磨介质，所得陶瓷粉体的颗粒粒度小于I微米，并且使包括改性掺杂剂、改性添加剂和烧结助剂在内的各类粉料进一步均匀混合，达到降低烧结温度与瓷体烧结致密化的目的。其中，球料比为10 : I 12 : 1，球磨时间8 12小时，转速600 1000转/分钟。步骤S5，以及在陶瓷粉体中添加溶液，将陶瓷粉体制成球状流动性好的粉体颗粒。本专利技术实施例中，在陶瓷粉体中添加的溶液为5%浓度的聚乙烯醇(PVA)水溶液，且所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比为5 10%。此外，在本实施例中，将陶瓷粉体制成球状流动性好的粉体颗粒之后，还可以根据需要进一步包括以下步骤步骤S6，将球状的粉体颗粒形成所需形状的压坯。本专利技术实施例中，用压力机以手动或自动填料方式进行双面压制，压制压力为80 120兆帕，也可利用一次注射成型技术将粉体颗粒制成所需形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：将碳酸钙、氧化铝、氧化钕和二氧化钛粉料与研磨介质和有机溶剂进行机械混合；将除去有机溶剂后的干燥粉体颗粒进行第一次高能球磨，以将粉体均匀细化并使其粉体粒度控制在预设范围内；将第一次高能球磨后的粉体在密闭容器中高温煅烧形成具有高纯度主晶相的前驱体粉料；将高温煅烧后的粉料进行第二次高能球磨，以得到粉体粒度进一步减小的陶瓷粉体；以及在陶瓷粉体中添加溶液，将陶瓷粉体制成球状流动性好的粉体颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵可沦，刘绍军，万冰冰，郭武，
申请(专利权)人：深圳市大富科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：