CN103833334B

CN103833334B - 高品质因数微波陶瓷介质谐振器

Info

Publication number: CN103833334B
Application number: CN201310312443.XA
Authority: CN
Inventors: 薛冰; 薛万荣
Original assignee: NANJING ZHIYUAN MICROWAVE SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING ZHIYUAN MICROWAVE SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: CN103833334A

Abstract

本发明公开了一种高品质因数微波陶瓷介质谐振器，它由以下质量百分数的材料组成：BaO 10.0-65.0%、CoO 1.0-15.0%、Nb₂O₅ 20.0-65.0%、Al₂O₃ 1.0-6.0%、ZnO 1.0-7.0%、K₂O 0.01-1.0%、TiO₂ 0.1-2.0%、Na₂O 0.1-1.5%、SiO₂ 0.1-3.0%、MgO 0.1-3.0%、Cr₂O₃ 0.01-1.5%、ZrO₂ 0.1-3.0%、CaO 0.05-2.0%、La₂O₃ 0.1-1.0%、SrO 0.01-2.0%、Sm₂O₃ 0.1-2.0%、Fe₂O₃ 0.01-2.0%、MoO₃ 0.01-0.5%、CdO 0.01-1.5%、SO₃ 0.1-1.5%；其制备方法包括配料、混料、合成、细磨、喷雾造粒、成型、烧成和后加工。本发明原料经人工合成，形成了复杂的化学及晶体结构，其中Nb₂O₅,ZnO及CoO是提高品质因数的关键因素，本发明为通信产业提供了可产业化的新型微波陶瓷介质谐振器，它具有介电常数较高，品质因数好，谐振频率温度系数优越的突出优点。

Description

高品质因数微波陶瓷介质谐振器

技术领域

本发明涉及一种通信元器件，尤其是一种微波介质材料，具体地说是一种高品质因数微波陶瓷介质谐振器。

背景技术

目前，在现代通信技术中，微波通信占用十分重要的地位，它在军事和民用两方面都有广泛的应用，如雷达，卫星导航，卫星通讯，移动通信以及无线网络等方面。微波陶瓷材料及元器件是微波通信中重要的组成部分，它可以提高通讯设备的性能并可使元器件以至整机的小型化，因此研发新型的高性能微波陶瓷材料以及元器件是当今发达国家十分关注的研究方向，据申请人所知，目前尚无一种可供产业化的高品质因数微波陶瓷材料可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对通信急需，提供一种能产业化生产的高品质因数微波陶瓷介质谐振器。

本发明的技术方案是：

一种高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其特征是它由以下质量百分比的原料组成：BaO10.0-65.0％、CoO1.0-15.0％、Nb₂O₅20.0-65.0％、Al₂O₃1.0-6.0％、ZnO1.0-7.0％、K₂O0.01-1.0％、TiO₂0.1-2.0％、Na₂O0.1-1.5％、SiO₂0.1-3.0％、MgO0.1-3.0％、Cr₂O₃0.01-1.5％、ZrO₂0.1-3.0％、CaO0.05-2.0％、La₂O₃0.1-1.0％、SrO0.01-2.0％、Sm₂O₃0.1-2.0％、Fe₂O₃0.01-2.0％、MoO₃0.01-0.5％、CdO0.01-1.5％、SO₃0.1-1.5％；各组份的质量百分比之和为100％。

优选的，所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器由以下质量百分比的原料组成：BaO20.0-60.0％、CoO2-10％、Nb₂O₅25.0-60.0％、Al₂O₃1.5-5.0％、ZnO3.0-6.5％、K₂O0.03-1.0％、TiO₂0.1-1.5％、Na₂O0.25-1.5％、SiO₂0.4-3.0％、MgO0.1-2.0％、Cr₂O₃0.01-1.0％、ZrO₂0.1-2.0％、CaO0.05-1.5％、La₂O₃0.1-0.5％、SrO0.01-1.0％、Sm₂O₃0.2-2％、Fe₂O₃0.02-1.0％、MoO₃0.02-0.1％、CdO0.01-1.0％、SO₃0.15-1.0％。

所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其性能为介电常数ε_r＝32～37，Q×f(品质因数和频率乘积)＝45000～90000GHz，谐振频率温度系数τ_f＝-5～5ppm/℃(-45℃～+105℃)。

所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器是经混料、合成、细磨、喷雾造粒、成型、烧成和后加工制成的。

本发明的另一目的是提供高品质因数微波陶瓷介质谐振器的制备方法，依次包括以下步骤：

1)混料、合成：称取上述原料组分按照比例混合均匀，在1100～1150℃下煅烧一次；

2)细磨：研磨使细度达到D90≤5μm；

3)喷雾造粒：加入粘结剂混合得到浆料，喷雾造粒；

4)成型：3MPa～12Mpa下压制成型得到生坯；

5)烧成：生坯在1400～1500℃下烧结5～10小时，即获得陶瓷介质谐振器。

步骤3)中，粘结剂优选质量分数5％PVA溶液；其中粘结剂的加入量优选为原料总质量的5％～12％。

本发明所述微波陶瓷介质谐振器的制备方法还包括后加工(组装)。

所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器的结构为实心圆柱体、空心圆柱体或空心圆管状结构。

所述的实心圆柱体的高品质因数微博陶瓷介质谐振器，一般在频率较高时使用，外径A为5-20mm，高度B为2-8mm；所述的空心圆柱体的高品质因数微博陶瓷介质谐振器，为带有中心孔C的结构，其应用的频率范围较宽，中心孔的内径C为3-20mm，外径A为10-100mm，高度为5-50mm之间；所述的空心圆管状结构的高品质因数微博陶瓷介质谐振器，中心孔的内径C为3-8mm，外径A为10-20mm，高度为20-40mm之间，在频率较低时使用，是目前无线网络通信中使用较多的微波陶瓷介质谐振器。

本发明的有益效果：

本发明原料经人工合成，形成了复杂的化学及晶体结构，其中Nb₂O₅,ZnO及CoO是提高品质因数的关键因素，本发明为通信产业提供了可产业化的新型微波陶瓷介质谐振器，它具有介电常数较高，品质因数好，谐振频率温度系数优越的突出优点。

附图说明

图1是利用本发明的微波陶瓷介质谐振器的结构示意图之一。

图2是利用本发明的微波陶瓷介质谐振器的结构示意图之二。

图3是利用本发明的微波陶瓷介质谐振器的结构示意图之三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种实心圆柱状高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其外径A为10mm，高度B为6mm，由以下质量百分比的原料组成：BaO20.0％、CoO6.0％、Nb₂O₅58.0％、Al₂O₃3.2％、ZnO4.0％、K₂O0.5％、TiO₂0.5％、Na₂O0.25％、SiO₂1.2％、MgO0.5％、Cr₂O₃1.0％、ZrO₂0.7％、CaO1.5％、La₂O₃0.1％、SrO1.0％、Sm₂O₃0.8％、Fe₂O₃0.5％、MoO₃0.02％、CdO0.01％、SO₃0.22％；各组份的质量百分比之和为100％。

本实施例高品质因数微波陶瓷介质谐振器，依次包括以下步骤：1)混料、合成：称取上述原料组分按照比例混合均匀，在1150℃下煅烧一次；2)细磨：研磨使细度达到D90≤5μm；3)喷雾造粒：加入占原料总质量的5％的质量分数5％PVA溶液作为粘结剂混合得到浆料，喷雾造粒；4)成型：6MPa下压制成型得到生坯；5)烧成：生坯在1500℃下烧结5小时，即获得微波陶瓷介质谐振器；最后组装得到如图1所示的高品质因数微波陶瓷介质谐振器。

对本实施例制得的微波陶瓷介质谐振器进行测试，介电常数ε_r＝32，f＝5.5±0.05GHz时，Q＝14000，τ_f＝-4～4ppm/℃(-45℃-+105℃)。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于它为带有中心孔C的结构，本实施例的谐振器的中心孔的内径C为17mm，外径A为30mm，高度为20mm，由以下质量百分比的原料组成：BaO32.0％、CoO10.0％、Nb₂O₅37.0％、Al₂O₃1.5％、ZnO6.5％、K₂O1.0％、TiO₂1.5％、Na₂O0.6％、SiO₂3.0％、MgO0.8％、Cr₂O₃0.5％、ZrO₂2.0％、CaO0.8％、La₂O₃0.5％、SrO0.5％、Sm₂O₃0.2％、Fe₂O₃0.02％、MoO₃0.1％、CdO0.48％、SO₃1.0％；各组份的质量百分比之和为100％。

本实施例高品质因数微波陶瓷介质谐振器，依次包括以下步骤：1)混料、合成：称取上述原料组分按照比例混合均匀，在1150℃下煅烧一次；2)细磨：研磨使细度达到D90≤5μm；3)喷雾造粒：加入占原料总质量的12％的质量分数5％PVA溶液作为粘结剂混合得到浆料，喷雾造粒；4)成型：10MPa下压制成型得到生坯；5)烧成：生坯在1450℃下烧结8小时，即获得微波陶瓷介质谐振器；最后组装得到如图2所示的高品质因数微波陶瓷介质谐振器。

对本实施例制得的微波陶瓷介质谐振器进行测试，介电常数ε_r＝36，f＝1.95±0.05GHz时，Q＝23000，τ_f＝-3～3ppm/℃(-45℃-+105℃)。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于它为管状结构，中心孔的内径C为7mm，外径A为28mm，高度为13mm，由以下质量百分比的原料组成：BaO57.0％、CoO2.0％、Nb₂O₅25.0％、Al₂O₃4.8％、ZnO3.0％、K₂O0.03％、TiO₂0.1％、Na₂O1.5％、SiO₂0.4％、MgO1.8％、Cr₂O₃0.01％、ZrO₂0.1％、CaO0.05％、La₂O₃0.2％、SrO0.01％、Sm₂O₃1.9％、Fe₂O₃0.9％、MoO₃0.05％、CdO1.0％、SO₃0.15％；各组份的质量百分比之和为100％。

本实施例高品质因数微波陶瓷介质谐振器，依次包括以下步骤：1)混料、合成：称取上述原料组分按照比例混合均匀，在1100℃下煅烧一次；2)细磨：研磨使细度达到D90≤5μm；3)喷雾造粒：加入占原料总质量的7％的质量分数5％PVA溶液作为粘结剂混合得到浆料，喷雾造粒；4)成型：5MPa下压制成型得到生坯；5)烧成：生坯在1400℃下烧结10小时，即获得微波陶瓷介质谐振器；最后组装得到如图3所示的高品质因数微波陶瓷介质谐振器。

对本实施例制得的微波陶瓷介质谐振器进行测试，介电常数ε_r＝36，f＝2.1±0.05GHz时，Q＝28000，τ_f＝-5～5ppm/℃(-45℃-+105℃)。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其特征是它由以下质量百分比的原料组成：BaO 10.0-65.0％、CoO 1.0-15.0％、Nb₂O₅ 20.0-65.0％、Al₂O₃ 1.0-6.0％、ZnO 1.0-7.0％、K₂O0.01-1.0％、TiO₂ 0.1-2.0％、Na₂O 0.1-1.5％、SiO₂ 0.1-3.0％、MgO 0.1-3.0％、Cr₂O₃ 0.01-1.5％、ZrO₂ 0.1-3.0％、CaO 0.05-2.0％、La₂O₃ 0.1-1.0％、SrO 0.01-2.0％、Sm₂O₃ 0.1-2.0％、Fe₂O₃ 0.01-2.0％、MoO₃ 0.01-0.5％、CdO 0.01-1.5％、SO₃ 0.1-1.5％；各组份的质量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其特征是它由以下质量百分比的原料组成：BaO 20.0-60.0％、CoO 2.0-10.0％、Nb₂O₅ 25.0-60.0％、Al₂O₃ 1.5-5.0％、ZnO 3.0-6.5％、K₂O 0.03-1.0％、TiO₂ 0.1-1.5％、Na₂O 0.25-1.5％、SiO₂ 0.4-3.0％、MgO 0.1-2.0％、Cr₂O₃ 0.01-1.0％、ZrO₂ 0.1-2.0％、CaO 0.05-1.5％、La₂O₃ 0.1-0.5％、SrO 0.01-1.0％、Sm₂O₃ 0.2-2.0％、Fe₂O₃ 0.02-1.0％、MoO₃ 0.02-0.1％、CdO 0.01-1.0％、SO₃ 0.15-1.0％。

3.根据权利要求1或2所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其特征是介电常数ε_r＝32～37，Q×f＝45000～90000GHz，在-45℃～+105℃内谐振频率温度系数τ_f＝-5～5ppm/℃。

4.根据权利要求1或2所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其特征是所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器是经混料、合成、细磨、喷雾造粒、成型、烧成和后加工制成的。

5.根据权利要求1或2所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器，其特征是结构为实心圆柱体、空心圆柱体或空心圆管状结构。

6.权利要求1或2所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器的制备方法，其特征是依次包括以下步骤：

2)细磨：研磨使细度达到D90≤5μm；

3)喷雾造粒：加入粘结剂混合得到浆料，喷雾造粒；

4)成型：3MPa～12Mpa下压制成型得到生坯；

7.根据权利要求6所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器的制备方法，其特征是步骤3)中，粘结剂是质量分数5％PVA溶液；其中粘结剂的加入量为原料总质量的5％～12％。

8.根据权利要求6所述的高品质因数微波陶瓷介质谐振器的制备方法，其特征是还包括后加工。