CN100389091C - C波段用微波介质陶瓷及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种C波段用微波介质陶瓷及其制造方法，具有(Zr，Sn)TiO₄系统材料，其特征在于，外加添加剂为ZnO、La₂O₃、Pb₂O₃、CuO、SiO₂，其制造方法是，采用ZrO₂、SnO₂和TiO₂组分，外加ZnO、La₂O₃添加剂后，将原料经球磨机球磨，压滤后放入900-1300℃的高温炉煅烧时间为3-5小时；再将煅烧料粉碎，加入添加剂Pb₂O₃、CuO、SiO₂，加PVA水溶液造粒；干压成型，于1250-1400℃下保温1～5小时，排胶烧结一次完成。本发明介电常数适中，品质因数Q值高，温度稳定性好，主要用于(300MHz-30000MHz)的微波范围的电缆电视、卫星通信等系统应用领域。

Description

C波段用微波介质陶瓷及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种以钛酸盐为基料的C波段用微波介质陶瓷及其制造方法。

背景技术

微波介质陶瓷是应用于微波频段(300MHz-30000MHz)通信设备中发送和接受微波信号的重要电路元件。对于这种电路元件用于与微波共振进行发送接受，称之为微波电介质谐振器。

微波电介质谐振器要求具有下面所述的三种性质：

(1)介电常数(ε_r)大：当令真空中微波的波长为λ₀时，在该电介质中的波长 $\mathrm{\λ}={\mathrm{\λ}}_0/\sqrt{\mathrm{\ϵr}}.$ 由于可以令谐振器的尺寸为

之一，所以如果采用ε_r大的电介质，能够使谐振器小型化。

(2)品质因数(Q)大：当微波通过电介质中时，能量会有损失，用tan δ表示电介质耗损。所谓Q值＝1/tanδ，所以，电介质耗损小时，Q值大。该Q值依赖于共振频率f，Q·f＝常数的关系式成立。将该Q·f称之为品质因数，由于Q·f值越大，品质因数越高，所以用于进行电介质耗损的评价。

(3)共振频率的温度特性(τ_f)接近于零：为了使共振频率不随温度变化，优选地使电路谐振器的共振频率的温度特性(τ_f)为零，或者接近于零。目前正在进行满足这些条件的材料的开发，但在实际上，具有全部这三个条件的材料的开发是相当困难的。

(Zr，Sn)TiO₄材料是一种性能优异的钛酸盐微波陶瓷，自问世以来，基本解决了窄带谐振器的共振频率漂移问题，品质因数也较高，后来更是广泛用于制作各种介质谐振器和滤波器。但是，在现有技术中，(Zr，Sn)TiO₄一般采用固相反应法制备，经过原料配方称量、球磨、煅烧、粉碎、造粒、成型和烧结以及金属化等工序，最后进行陶瓷性能的检测。该方法工艺简单，易于工业化生产，材料性能稳定，但是纯(Zr，Sn)TiO₄陶瓷很难充分致密化，若无烧结助剂，烧结温度高达1700℃，而且制得的陶瓷晶粒大小通常在微米数量级，晶粒大小相差较大，还有气孔等缺陷，使得陶瓷烧结比较困难，性能难于进一步提高。随着移动通讯、电缆电视、卫星通信系统的迅速发展，特别是移动通信技术正朝着高频率、更大带宽和微型化方向发展，对谐振器等微波陶瓷器件的需求量日益增大，同时客观要求微波陶瓷及其元件具有更优异的性能和较低的成本。提高陶瓷用粉体的合成制备水平成为当务之急。

中国发明专利03105159.6公开了一种“高品质因数的微波陶瓷介质及其制造方法”其制造方法是，采用ZrO₂、SnO₂和TiO₂组分与ZnO和MoO₃或ZnO、MoO₃和V₂O₅等外加添加烧结助剂，将原料经湿磨混合，烘干制成混合粉料，于1000-1200℃煅烧，再经球磨粉碎后加入PVA水溶液，压制成型，最后烧结为成品。该发明可以将高达1700℃的烧结温度降低为1250-1400℃。有效的降低了烧结温度。但采用ZrO₂、SnO₂和TiO₂组分与ZnO和MoO₃要在1340℃以上才能烧结出高性能的微波陶瓷，并且随着MoO3的增加在1300℃以内是欠烧结的。或ZnO、MoO₃和V₂O₅外加添加烧结助剂虽然可以使烧结温度降到1250℃，但微波陶瓷的介电常数(ε_r)和Q值都会减小，并且随MoO₃和V₂O₅的增加，微波陶瓷的介电常数(ε_r)和Q值都会进一步减小。并且MoO₃，V₂O₅的价格高，不利于低成本生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种在降低烧结温度的同时，工艺简单，能耗成本较低，具有高品质因数，几乎不含气孔且温度稳定性好的C波段用微波介质陶瓷及其制造方法。

C波段用微波介质陶瓷由主成分：二氧化锆(ZrO₂)、二氧化锡(SnO₂)和二氧化钛(TiO₂)以及微量添加物：氧化锌(ZnO)、三氧化二镧(La₂O₃)、三氧化二铅(Pb₂O₃)、氧化铜(CuO)和二氧化硅(SiO₂)组成，各组分的含量(按重量百分比)为：

ZrO₂   40-54％；

SnO₂   30-40％；

TiO₂   10-20％；

ZnO    0.5-2％；

La₂O₃  0.1-5％；

Pb₂O₃  0.5-1％；

CuO    1-5％；

SiO₂   0.5-1.5％；

C波段用微波介质陶瓷的制造方法：

1)先将二氧化锆(ZrO₂)、二氧化锡(SnO₂)、二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、三氧化二镧(La₂O₃)按组分要求称重，放入球磨机的料筒中搅磨6-8小时；

2)将球磨好的浆料压滤后放入高温炉中，升炉温至900-1300℃煅烧时间为3-5小时；

3)将煅烧料粉碎，加入三氧化二铅(Pb₂O₃)、氧化铜(CuO)和二氧化硅(SiO₂)混料，再加粉体重量的1％PVA水溶液造粒；

4)干压成型，压制成型的成型压力为200-300Mpa。并且装钵；

5)在1250-1400℃下保温1～5小时，排胶烧结一次完成即制得所说的C波段用微波介质陶瓷。

本发明采用固相反应法制备的(Zr，Sn)Ti0₄微晶粉体，并添加微量添加物制得的晶粒细小均匀、几乎不含气孔和性能优良的微波介质陶瓷。本发明在各添加济的添加范围内都可以获得很好的微波特性。且国内原料充足，成本低，可进一步加强和国外进口微波陶瓷的竞争力，加速国产微波陶瓷的大量应用，且烧结温度在1300℃以下。其有益的技术效果是在降低了瓷料烧结温度的同时，简化了工艺，降低了成本，提高了陶瓷介质的品质因数，并且增加了陶瓷介质的温度稳定性。它的介电常数适中，品质因数Q值高，温度稳定性好，主要用于(300MHz-30000MHz)的微波范围。

本发明所得的样品具有明显优越的微波性能。参见以下具体实施例。

具体实施方式

根据上述C波段用微波介质陶瓷的主成分和微量添加物的配比以及制造方法，表1给出各实施例的数据，表2给出各实施例的性能。本发明通过下列方案予以实现。

表1

表2

实施例样编号	高斯贝尔公司型号	外径(mm)	内径(mm)	厚度(mm)	介电常数εr	谐振频率(MHz)	品质因数Q值(GHz)	温度特性τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
									1	DRT150	11.41	4.10	4.38	37.80	5333	9740	1
2	DRT150	11.41	4.11	4.00	37.81	5352	9011	-18
									3	DRT150	11.40	4.09	4.01	37.80	5325	9340	10
4	DRT150	11.43	4.09	4.00	37.80	5348	9200	-4
									5	DRT150	11.40	4.12	4.01	37.80	5337	8970	-10
6	DRT150	11.38	4.10	4.00	37.79	5345	9400	-2
									7	DRT150	11.39	4.08	4.39	37.80	5347	9308	-3
8	DRT150	11.39	4.10	4.01	37.80	5355	9406	5
									9	DRT150	11.42	4.10	4.02	37.80	5350	9100	-7
10	DRT150	11.37	4.09	4.01	37.80	5342	9500	-1
									12	DRT150	11.40	4.09	4.39	37.80	5329	8700	3
13	DRT150	11.42	4.11	4.00	37.80	5331	9380	2
									14	DRT150	11.38	4.11	4.00	37.80	5327	9800	8
15	DRT150	11.40	4.11	4.39	37.80	5340	9660	0

Claims (2)

1.一种C波段用微波介质陶瓷，其特征在于：所述微波介质陶瓷是由主成分：二氧化锆ZrO₂、二氧化锡SnO₂和二氧化钛TiO₂以及微量添加物：氧化锌ZnO、三氧化二镧La₂O₃、三氧化二铅Pb₂O₃、氧化铜CuO和二氧化硅SiO₂组成，各组分的含量按重量百分比为：

ZrO₂    40-54％；

SnO₂    30-40％；

TiO₂    10-20％；

ZnO     0.5-2％；

La₂O₃   0.1-5％；

Pb₂O₃   0.5-1％；

CuO     1-5％；

SiO₂    0.5-1.5％。

2.一种权利要求1所述的C波段用微波介质陶瓷制造方法，其特征在于：

1)先将二氧化锆ZrO₂、二氧化锡SnO₂、二氧化钛TiO₂、氧化锌ZnO、三氧化二镧La₂O₃按组分要求称重，放入球磨机的料筒中搅磨6-8小时；

2)将球磨好的浆料压滤后放入高温炉中，升炉温至900-1300℃煅烧时间为3-5小时；

3)将煅烧料粉碎，加入三氧化二铅Pb₂O₃、氧化铜CuO和二氧化硅SiO₂混料，再加粉体重量的1％PVA水溶液造粒；

4)干压成型，压制成型的成型压力为200-300Mpa，并且装钵；

5)在1250-1400℃下保温1～5小时，排胶烧结一次完成即制得所说的C波段用微波介质陶瓷。