CN101289321B - 用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法 - Google Patents
用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法，涉及一种微波陶瓷基板。提供一种具有简易可行、生产成本较低、环保无毒等优点的用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法。将微波陶瓷粉、分散剂和水一起球磨，得浆料，将浆料在水浴中加热；将卡拉胶溶解在水中，加热搅拌，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中，得卡拉胶混合浆料，按质量百分比，卡拉胶的用量为水总质量的1％～3％；当卡拉胶混合浆料温度达到75～85℃时，除气；除气后，将卡拉胶混合浆料浇注到模具中，随后浆料冷却固化，脱模；脱模后即得到陶瓷坯体，烘干；烘干后的陶瓷坯体可根据微波陶瓷基板的尺寸要求加工；将加工好的陶瓷坯体烧结成瓷，即得用于片式天线的微波陶瓷基板。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波陶瓷基板，尤其是涉及一种用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷(也称微波陶瓷，英文缩写为MWDC)是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是近年来国内外研究的热点。利用微波介质陶瓷材料制作的陶瓷天线、滤波器、双工器、片式电容器等微波陶瓷元器件，是现代通信设备小型化、集成化的关键部件。随着现代移动通讯技术的发展，陶瓷片式天线以其结构简单、尺寸小、重量轻、制造成本低、易于集成等独特优点应运而生。制作陶瓷基板的工艺有干压成型、流延成型等多种方法，但各有优缺点，如干压成型的生产效率较高，但坯体密度不易均匀；流延成型工艺的控制相对复杂，且流延设备较为昂贵。
凝胶注模成型工艺是20世纪90年代初由美国橡树岭国家实验室的M.A.Jenny和O.O.Omatete教授发明的一种新型陶瓷净尺寸成型工艺，该工艺已出现了十几年，但一直主要应用在结构陶瓷领域中制作某些复杂形状的陶瓷器件，如Si3N4陶瓷、多孔氧化铝陶瓷等(参考文献：王红洁，贾书海，王永兰，金志浩.Si3N4陶瓷的凝胶注成型工艺[J].西安交通大学学报.2001，35(4)：403-406；曹小刚，田杰谟.多孔氧化铝陶瓷的凝胶注模成型[J].功能材料.2001，32(5)：523-524，528)，但在功能陶瓷领域运用的较少，尤其是利用天然高分子来进行功能陶瓷的凝胶注模成型更是凤毛麟角，其中用天然高分子凝胶注模成型用于制作片式天线的微波陶瓷基板尚未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有简易可行、生产成本较低、环保无毒等优点的用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法。
本发明的技术方案是采用凝胶注模成型方法制备用于片式天线的微波陶瓷基板。
本发明包括以下步骤：
1)先将微波陶瓷粉、分散剂和水一起球磨，得浆料，将浆料在水浴中加热；
2)将卡拉胶溶解在水中，加热搅拌，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中，得卡拉胶混合浆料，按质量百分比，卡拉胶的用量为水总质量的1％～3％；
3)当卡拉胶混合浆料温度达到75～85℃时，除气；
4)除气后，将卡拉胶混合浆料浇注到模具中，随后浆料冷却固化，脱模；
5)脱模后即得到陶瓷坯体，烘干；
6)烘干后的陶瓷坯体可根据微波陶瓷基板的尺寸要求加工；
7)将加工好的陶瓷坯体烧结成瓷，即得用于片式天线的微波陶瓷基板。
微波陶瓷粉可选用钛酸镁-钛酸钙(MgTiO3-CaTiO3，MCT)或氧化锌-五氧化二铌-五氧化二钽(ZnO-Nb2O5-Ta2O5，ZNT)等微波陶瓷粉。按质量百分比，分散剂的用量为微波陶瓷粉总质量的1％～3％，分散剂可选用聚甲基丙烯酰胺盐(英文缩写为PMAA-NH4)或CH-12系列分散剂等分散剂，球磨的时间最好为1～3h，加热的温度最好为75～85℃。
将卡拉胶溶解在水中，加热搅拌的温度最好为75～85℃。
除气可采用旋转抽真空法除气。
模具的材料可为金属、陶瓷、玻璃、有机玻璃、塑料等无孔材料。
烘干可在烘箱中进行，烘干的温度最好为60～70℃，烘干的时间最好为12～16h。
烧结的温度最好为1150～1350℃，升温速率最好为1～5℃/min，最好保温2～5h。
这样制备出的用于片式天线的微波陶瓷基板具有优良的微波性能：介电常数εr≈20，Q×f＝50,000～100,000GHz，τf≈-20ppm/℃。
与现有制备陶瓷基板方法(如干压法、流延法等)相比较，本发明不需要压片机和流延设备等，且对模具材料的适应性很强，无需专门的加工模具，具有简单可行、生产成本较低、环保无毒等优点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
首先将28g的MCT微波陶瓷粉、0.4g PMAA-NH4分散剂(R.T.Vanderbilt company，USA生产)和7g蒸馏水一起球磨1h以促进浆料的分散，并在水浴中加热浆料。称取0.2g卡拉胶并溶解在蒸馏水中，在75℃加热搅拌，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中。当卡拉胶混合浆料温度达到75℃时，采用旋转抽真空法除气。除气后，迅速将卡拉胶混合浆料浇注到金属模具中，随后卡拉胶混合浆料冷却固化。脱模后即得到陶瓷坯体，然后在烘箱中70℃烘干15h，烘干后将陶瓷坯体根据陶瓷片式天线基板要求加工。最后对加工好的陶瓷坯体在1320下℃保温2h烧结成瓷，得到的微波陶瓷基板长度为50±1mm，宽度为50±1mm，厚度1±0.1mm。
实施例2
首先将36g的ZNT微波陶瓷粉、0.4g PMAA-NH4分散剂和10g蒸馏水一起球磨2h以促进浆料的分散，并在水浴中加热浆料。称取0.2g卡拉胶并溶解在蒸馏水中，在80℃加热搅拌，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中。当卡拉胶混合浆料温度达到85℃时，采用旋转抽真空法除气。除气后，迅速将卡拉胶混合浆料浇注到塑料模具中，随后卡拉胶混合浆料冷却固化。脱模后即得到陶瓷坯体，然后烘箱中60℃烘干12h，烘干后将陶瓷坯体根据陶瓷片式天线基板尺寸要求加工。最后对加工好的陶瓷坯体在1200下℃保温5h烧结成瓷，得到的微波陶瓷基板长度为30±1mm，宽度为30±1mm，厚度1±0.1mm。
实施例3
首先将50g的ZNT微波陶瓷粉、0.6g CH-12系列分散剂(上海三正高分子材料有限公司生产)和12g蒸馏水一起球磨3h以促进浆料的分散，并在水浴中加热浆料。称取0.3g卡拉胶并溶解在蒸馏水中，在75℃加热搅拌，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中。当卡拉胶混合浆料温度达到85℃时，采用旋转抽真空法除气。除气后，迅速将卡拉胶混合浆料浇注到金属模具中，随后卡拉胶混合浆料冷却固化。脱模后即得到陶瓷坯体，然后烘箱中70℃烘干16h，烘干后将陶瓷坯体根据陶瓷片式天线基板尺寸和钻孔要求加工。最后对加工好的陶瓷坯体在1250下℃保温2h烧结成瓷，得到的微波陶瓷基板长度为32±1mm，宽度为22±1mm，厚度5±0.2mm。
实施例4
首先将40g的MCT微波陶瓷粉、0.5g CH-12系列分散剂和11g蒸馏水一起球磨2h以促进浆料的分散，并在水浴中加热浆料。称取0.2g卡拉胶并溶解在蒸馏水中，在75℃加热搅拌，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中。当卡拉胶混合浆料温度达到80℃时，采用旋转抽真空法除气。除气后，迅速将卡拉胶混合浆料浇注到塑料模具中，随后卡拉胶混合浆料冷却固化。脱模后即得到陶瓷坯体，然后烘箱中65℃烘干15h，烘干后将陶瓷坯体根据陶瓷片式天线基板尺寸和钻孔要求加工。最后对加工好的陶瓷坯体在1330下℃保温3h烧结成瓷，得到的微波陶瓷基板长度为30±1mm，宽度为30±1mm，厚度3±0.1mm。
Claims (3)
1.用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)先将微波陶瓷粉、分散剂和水一起球磨，得浆料，将浆料在水浴中加热，微波陶瓷粉选用钛酸镁-钛酸钙或氧化锌-五氧化二铌-五氧化二钽，按质量百分比，分散剂的用量为微波陶瓷粉总质量的1％～3％，分散剂选用聚甲基丙烯酰胺盐或CH-12系列分散剂；球磨的时间为1～3h，加热的温度为75～85℃；
2)将卡拉胶溶解在水中，加热搅拌，加热搅拌的温度为75～85℃，使卡拉胶完全溶解后将其加入到已制好的浆料中，得卡拉胶混合浆料，按质量百分比，卡拉胶的用量为水总质量的1％～3％；
3)当卡拉胶混合浆料温度达到75～85℃时，除气；
4)除气后，将卡拉胶混合浆料浇注到模具中，随后浆料冷却固化，脱模；
5)脱模后即得到陶瓷坯体，烘干；烘干的温度为60～70℃，烘干的时间为12～16h；
6)烘干后的陶瓷坯体根据微波陶瓷基板的尺寸要求加工；
7)将加工好的陶瓷坯体烧结成瓷，即得用于片式天线的微波陶瓷基板，烧结的温度为1150～1350℃，升温速率为1～5℃/min，保温2～5h。
2.如权利要求1所述的用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法，其特征在于除气采用旋转抽真空法除气。
3.如权利要求1所述的用于片式天线的微波陶瓷基板的制备方法，其特征在于模具的材料为金属、陶瓷、玻璃、有机玻璃、塑料。
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