CN103833351B - 微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种微波介质陶瓷，包括主晶相，主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x，其中，0.05≤x≤0.2。上述微波介质陶瓷具有较好微波介电性能。此外，还提供微波介质陶瓷的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于电子材料与元器件领域，尤其涉及一种微波介质陶瓷及其制备方法。
背景技术
微波介质材料是最近20年来迅速发展起来的一种新型功能电子陶瓷材料。它是滤波器、双工器、谐振器及介质波导回路等微波器件中的关键材料，被广泛应用于卫星通信、移动通信、电子对抗及机载通信等微波通信设备中，是当前介质材料的热点之一。
随着微波通信的高速发展，要求介质材料在微波频段拥有如下性能：（1）很高的品质因素，Q*f值高；（2）稳定的温度特性，温漂τf尽可能的接近0；（3）在微波频点有较大的介电常数εr。温漂特性是介电常数和材料热胀冷缩共同作用的后果。在某些双工器和滤波器中使用的是Al金属腔体，金属腔体的温漂为负值，要求要用温漂为0～+10ppm/℃的介质材料，才能满足某些双工器和滤波器的严苛要求。
传统的应用在高频通信中的低介电常数材料是Ba(Mg1/3Ta2/3)O3，因为其高昂的原材料价格和严苛的制备工艺条件，导致其价格非常昂贵，而低价格高性能是市场永恒的追求。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种微波介电性能较好且价格较低的微波介质陶瓷及其制备方法。
一种微波介质陶瓷，包括主晶相，所述主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x，其中，0.05≤x≤0.2。
在其中一个实施例中，还包括助烧剂，所述助烧剂为BaO-CuO-H3BO3，所述助烧剂与所述主晶相的质量比为0.0025～0.02:1。
一种微波介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
按照主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x的化学计量比称取氧化镁、碳酸钙和二氧化钛，混合后湿磨，经干燥，再于1000℃～1200℃煅烧2小时～4小时，得到主体粉体，其中，0.05≤x≤0.2；及
将所述主体粉体湿磨，干燥后加入粘合剂，经造粒后成型，再于1380℃～1420℃烧结2小时～5小时，得到微波介质陶瓷。
一种微波介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
按照主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x的化学计量比称取氧化镁、碳酸钙和二氧化钛，湿磨，经干燥，再于1000℃～1200℃煅烧2小时～4小时，得到主体粉体，其中，0.05≤x≤0.2；及
将所述主体粉体与助烧剂混合湿磨，干燥后加入粘合剂，经造粒后成型，再于1250℃～1350℃烧结2小时～5小时，得到微波介质陶瓷，其中，所述助烧剂为BaO-CuO-H3BO3，所述助烧剂与所述主体粉体的质量比为0.0025～0.02:1。
在其中一个实施例中，将所述主体粉体与所述助烧剂混合湿磨之前，还包括所述助烧剂的制备步骤：按照氧化钡、氧化铜和硼酸的质量百分含量分别为5%～20%、10%～30%和50%～70%混合，湿磨，然后干燥，得到混合粉体，将所述混合粉体于1250℃～1350℃熔融10分钟～30分钟，得到所述助烧剂。
在其中一个实施例中，将所述氧化钡、氧化铜和硼酸混合，湿磨后的干燥步骤中采用的设备是微波干燥机。
在其中一个实施例中，将所述混合粉体熔融之前还包括对干燥后的所述混合粉体过200目～300目筛的步骤。
在其中一个实施例中，将所述混合粉体熔融之后，还包括使用去离子水对熔融的产物进行萃取的步骤。
在其中一个实施例中，将所述主体粉体与所述助烧剂混合湿磨之前，还包括对所述助烧剂依次过40目筛和200目筛的步骤。
在其中一个实施例中，所述粘合剂的质量为所述主体粉体与所述助烧剂的总质量的1.5%；所述粘合剂为聚乙烯醇、石蜡或乳胶。
上述微波介质陶瓷没有使用价格昂贵的金属元素，从而降低了成本，进一步地降低了微波介质陶瓷的价格；上述微波介质陶瓷的温漂τf在-9.17～+8.8ppm/℃可调，温度特性稳定，品质因数Q*f在47500以上，即损耗低，且介电常数εr在18～25.2可调，因此，上述微波介质陶瓷的价格较低且具有较好的微波介电性能。
附图说明
图1为一实施方式的微波介质陶瓷的制备方法的流程图；
图2为另一实施方式的微波介质陶瓷的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面主要结合附图及具体实施例对微波介质陶瓷及其制备方法作进一步详细的说明。
一实施方式的微波介质陶瓷材料，包括主晶相，主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x，其中，0.05≤x≤0.2。
优选的，微波介质陶瓷还包括助烧剂，助烧剂为BaO-CuO-H3BO3，助烧剂与主晶相的质量比为0.0025～0.02:1。其中，助烧剂以液相的形式均匀的分散在陶瓷体中，能有效地降低烧结温度，提高陶瓷的致密度，从而有效改善陶瓷的微波介电性能。
上述微波介质陶瓷没有使用价格昂贵的金属元素，从而降低了成本，进一步地降低了微波介质陶瓷的价格；且上述微波介质陶瓷的温漂τf在-9.17～+8.8ppm/℃可调，温度特性稳定，品质因数Q*f在47500以上，即损耗低，且介电常数εr在18～25.2可调，因此，上述微波介质陶瓷的价格较低且具有较好的微波介电性能。使得上述微波介质陶瓷有着极大的应用价值和市场潜力。
上述微波介质陶瓷的制备方法制备得到的微波介质陶瓷在无源微波器件或微波电子元器件中的应用。
无源微波器件可以为微波介质谐振器、介质滤波器或微波天线等微波通信设备。
微波电子元器件可以为微波基板或温度补偿电容等。
如图1所示，一实施方式的微波介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：按照主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x的化学计量比称取氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，混合后湿磨，经干燥，于1000℃～1200℃煅烧2小时～4小时，得到主体粉体。其中，0.05≤x≤0.2。
通过先将氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)在1000℃～1200℃预烧，初步合成主晶相Mg2-2xCaxTiO4-x。
其中，步骤S110中，湿磨的方法为湿法球磨或湿法砂磨。湿法球磨或湿法砂磨的时间为4小时～12小时。
其中，步骤S110中，干燥的温度为120℃；且干燥时使用的装置为微波干燥机。例如，南京三乐公司的型号为WXD8S的微波干燥机。
优选的，步骤S110中，煅烧之前还包括将干燥后的混合物进行粉碎的步骤。通过将干燥后的混合物粉碎，以利于二次混料球磨粒度均匀。
其中，步骤S110中，煅烧时的气氛为空气气氛。
步骤S120：将主体粉体湿磨，干燥后加入粘合剂，经造粒后成型，再于1380℃～1420℃烧结2小时～5小时，得到微波介质陶瓷。
步骤S120中，将主体粉体湿磨采用的方法为湿法球磨或湿法砂磨。湿法球磨或湿法砂磨的时间为6小时～24小时。
优选的，步骤S120中，粘合剂的质量为主体粉体的质量的1.5%。其中，粘合剂为聚乙烯醇（PVA）、石蜡或乳胶。
其中，步骤S120中，烧结时的气氛为空气气氛。
上述微波介质陶瓷的制备方法中使用的原材料为氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，价格低廉，从而降低了生产成本；上述微波介质陶瓷的制备方法简单，且制备出的微波介质陶瓷的温漂τf在-9.17～+8.8ppm/℃可调，温度特性稳定，品质因数Q*f在47500以上，即损耗低，且介电常数εr在18～25.2可调，因此，上述微波介质陶瓷具有较好的微波介电性能。
如图2所示，另一实施方式的微波介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤S210：按照主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x的化学计量比称取氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，混合湿磨，经干燥，于1000℃～1200℃煅烧2小时～4小时，得到主体粉体。其中，0.05≤x≤0.2。
通过先将氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)在1000℃～1200℃预烧，初步合成主晶相Mg2-2xCaxTiO4-x。
其中，步骤S210中，湿磨的方法可以为湿法球磨或湿法砂磨。湿法球磨或湿法砂磨的时间为4小时～12小时。
其中，步骤S210中，干燥的温度为120℃；且干燥时使用的装置为微波干燥机。
优选的，步骤S210中，煅烧之前还包括将干燥后的混合物进行粉碎的步骤。通过将干燥后的混合物粉碎以利于二次混料球磨粒度均匀。
其中，步骤S210中，煅烧时的气氛为空气气氛。
步骤S220：将主体粉体与助烧剂混合湿磨，干燥后加入粘合剂，经造粒后成型，再于1250℃～1350℃烧结2小时～5小时，得到微波介质陶瓷。其中，助烧剂为BaO-CuO-H3BO3，助烧剂与主体粉体的质量比为0.0025～0.02:1。
其中，主体粉体与助烧剂混合湿磨的方法为湿法球磨或湿法砂磨。采用湿法球磨的方法使用的装置为球磨机。采用湿法砂磨的方法使用的是砂磨机。其中，湿法球磨或湿法砂磨的时间为6小时～24小时。
其中，还包括助烧剂的制备步骤：按照氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）的质量百分含量分别为5%～20%、10%～30%和50%～70%混合，湿磨，然后干燥，得到混合粉体，将混合粉体于1250℃～1350℃熔融10分钟～30分钟，得到助烧剂。
优选的，氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）混合后湿磨的方法为湿法球磨，球磨的时间为24小时。
优选的，将氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）混合，湿法球磨后的干燥步骤中采用的设备是微波干燥机。例如，南京三乐公司的型号为WXD8S的微波干燥机。
优选的，将混合粉体熔融之前还包括对干燥后的混合粉体过200目～300目筛的步骤。通过此步过筛是为了保证无大颗粒和颗粒均匀，避免熔融过程中有残留。
优选的，将混合粉体熔融之后，还包括使用去离子水对熔融的产物进行萃取的步骤。
优选的，步骤S220中，将主体粉体与助烧剂湿法球磨之前，还包括对助烧剂依次过40目筛和200目筛的步骤。通过两次过筛去除较大的颗粒和较小的颗粒，筛选颗粒在200目～40目之间的助烧剂粉体，有利于二次球磨混料均匀，并避免在烧结过程中助烧剂颗粒不均匀导致的晶粒异常。
其中，步骤S220中，粘合剂的质量为主体粉体与助烧剂的总质量的1.5%。其中，粘合剂为聚乙烯醇（PVA）、石蜡或乳胶。
其中，步骤S220中，烧结时的气氛为空气气氛。
上述微波介质陶瓷的制备方法中使用的原材料为氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，价格低廉，从而降低了生产成本，通过使用助烧剂BaO-CuO-H3BO3，有效地降低了烧结温度，提高陶瓷的致密度，且上述制备方法制备得到的微波介质陶瓷的温漂τf在-9.17～+8.8ppm/℃可调，温度特性稳定，品质因数Q*f在47500以上，即损耗低，且介电常数εr在18～25.2可调，即具有较好的微波介电性能。且上述制备方法操作简单，易于生产。
以下为具体实施例部分：
实施例1
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨4小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，接着粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1300℃下熔融20分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨6小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1350℃烧结2小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例2
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用砂磨机湿法砂磨6小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1320℃烧结3小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例3
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨8小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1100℃煅烧3小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨12小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1350℃下熔融10分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨6小时，干燥后过250目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1350℃烧结4小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例4
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨4小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1300℃下熔融20分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用砂磨机湿法砂磨24小时，干燥后200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1350℃烧结2小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例5
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨10小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨18小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1320℃烧结3小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例6
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）将步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨24小时，干燥后过250目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1380℃烧结3小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例7
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨6小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1300℃下熔融20分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨12小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1300℃烧结3小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例8
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨11小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨6小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1350℃烧结5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例9
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨9小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用砂磨机砂磨12小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1350℃烧结5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例10
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨5小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1300℃下熔融20分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨10小时，干燥后过250目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1300℃烧结5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例11
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨15小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1275℃烧结5.5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例12
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨18小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1250℃烧结6小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例13
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨4小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1300℃下熔融20分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨6小时，干燥后过250目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1300℃烧结5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例14
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨8小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法砂磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨6小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1250℃烧结6小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。。
实施例15
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨6小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1275℃烧结5.5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例16
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨4小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）将步骤（1）中得到的主体粉体采用砂磨机湿法砂磨3小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂乳胶，且加入的粘合剂乳胶的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1380℃烧结5小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例17
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用球磨机湿法球磨20小时，干燥后过200目筛，加入粘合剂聚乙烯醇（PVA），且加入的粘合剂聚乙烯醇（PVA）的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1300℃烧结4小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例18
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法砂磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）将步骤（1）中得到的主体粉体采用砂磨机湿法砂磨15小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂石蜡，且加入的粘合剂石蜡的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1420℃烧结3小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例19
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨4小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1000℃煅烧4小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）球磨采用球磨机湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1300℃下熔融20分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体采用砂磨机湿法砂磨10小时，干燥后过250目筛，加入粘合剂乳胶，且加入的粘合剂乳胶的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1300℃烧结4小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。
实施例20
（1）根据表1中主晶相的化学表达式的化学计量比称取纯度大于99.9%的氧化镁（MgO）、碳酸钙（CaCO3）和二氧化钛(TiO2)，湿法球磨12小时，然后放置微波干燥机中120℃烘干，粉碎，在空气气氛中1200℃煅烧2小时得到主体粉体。
（2）根据表1将纯度大于99.9%的氧化钡（BaO）、氧化铜（CuO）和硼酸（H3BO3）采用球磨机湿法球磨24小时，采用微波干燥机于120℃烘干，粉碎后，过300目筛，然后放入高温坩埚中于1250℃下熔融30分钟，熔融后的产物使用去离子水萃取，再次粉碎后球磨24小时，干燥得到助烧剂BaO-CuO-H3BO3。
（3）根据表1将助烧剂BaO-CuO-H3BO3依次过40目筛和200目筛，取中间的粉体与步骤（1）中得到的主体粉体湿法球磨6小时，干燥后过300目筛，加入粘合剂石蜡，且加入的粘合剂石蜡的质量为主体粉体和助烧剂的总质量的1.5%，然后在90MPa下干压成型，然后在空气气氛中于1250℃烧结6小时，得到本实施例的微波介质陶瓷。
采用介质谐振器法测量本实施例的微波介质陶瓷的微波介电常数εr，采用介质谐振腔法测试本实施例的微波介质陶瓷的品质因数Q*f值和温漂τf。本实施例微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf见表2。。
表1表示的是实施例1～实施例20的主晶相的化学表达式、助烧剂的各原料的质量百分含量、及助烧剂与主晶相的质量百分比。
表1
表2表示的是实施例1～实施例20的微波介质陶瓷的微波介电常数εr、品质因数Q*f值和温漂τf。
表2
| 介电常数εr | Q*f值（GHz） | 温漂τf（ppm/℃） | |
| 实施例1 | 18 | 135000 | -9.17 |
| 实施例2 | 18.1 | 138000 | -9.1 |
| 实施例3 | 18.5 | 101000 | -8.7 |
| 实施例4 | 18.6 | 127000 | -8.1 |
| 实施例5 | 19.0 | 134000 | -8.6 |
| 实施例6 | 18.4 | 55000 | 0 |
| 实施例7 | 19.5 | 113000 | -6.9 |
| 实施例8 | 20 | 118000 | -6 |
| 实施例9 | 19.6 | 901000 | -7.4 |
| 实施例10 | 20.1 | 100100 | -5.6 |
| 实施例11 | 19.8 | 86000 | -6.3 |
| 实施例12 | 20.3 | 485000 | -4.1 |
| 实施例13 | 21.5 | 95700 | -3 |
| 实施例14 | 22.2 | 68600 | -1 |
| 实施例15 | 21.8 | 85700 | 0 |
| 实施例16 | 20.9 | 51700 | 0 |
| 实施例17 | 22.6 | 71000 | +1.4 |
| 实施例18 | 21.5 | 47500 | +6 |
| 实施例19 | 23.4 | 67000 | +3.8 |
| 实施例20 | 25.2 | 55000 | +8.8 |
从表1及表2中可以看出，微波介质陶瓷介电常数和温漂随着x的增大而增加，温漂Q*f值随着x的增大而减小。助烧剂BaO-CuO-H3BO3的添加能降低烧结温度，并且改善微波介质陶瓷的性能，但不能过量，过量的BaO-CuO-H3BO3导致温漂Q*f值迅速降低。助烧剂BaO-CuO-H3BO3与主晶相的质量比为0.0075:1时，微波介质陶瓷的性能较优。实施例17中，Mg2-2xCaxTiO4-x中的x=0.1时，助烧剂BaO-CuO-H3BO3与主晶相的质量百分比为0.01:1，烧结温度为1275℃，微波介质陶瓷的介电常数ε为21.8，Q*f值为857000GHz，温漂τf为0ppm/℃，具有最佳的微波介电性能。
根据表1和表2可以得知，实施例1～实施例20的微波介质陶瓷的温漂均在-10～+9ppm/℃范围内，当0.05≤x≤0.2，助烧剂BaO-CuO-H3BO3与主晶相的质量比为0.0025～0.02:1，大部分的Q*f值大于48500GHz，而没有添加助烧剂的微波介质陶瓷的Q*f值至少为47500GHz，因此，本发明的微波介质陶瓷能满足不同温度特性要求。实施例1～实施例20的微波介质陶瓷能够应用在无源微波器件或微波电子元器件中。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种微波介质陶瓷，其特征在于，包括主晶相，所述主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x，其中，0.05≤x≤0.2；
还包括助烧剂，所述助烧剂为BaO-CuO-H3BO3，所述助烧剂与所述主晶相的质量比为0.0025～0.02:1；
其中，按照氧化钡、氧化铜和硼酸的质量百分含量分别为5％～20％、10％～30％和50％～70％混合，湿磨，然后干燥，得到混合粉体，将混合粉体于1250℃～1350℃熔融10分钟～30分钟，得到助烧剂。
2.一种微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照主晶相的化学表达式为Mg2-2xCaxTiO4-x的化学计量比称取氧化镁、碳酸钙和二氧化钛，湿磨，经干燥，再于1000℃～1200℃煅烧2小时～4小时，得到主体粉体，其中，0.05≤x≤0.2；及
将所述主体粉体与助烧剂混合湿磨，干燥后加入粘合剂，经造粒后成型，再于1250℃～1350℃烧结2小时～5小时，得到微波介质陶瓷，其中，所述助烧剂为BaO-CuO-H3BO3，所述助烧剂与所述主体粉体的质量比为0.0025～0.02:1；
将所述主体粉体与所述助烧剂混合湿磨之前，还包括所述助烧剂的制备步骤：按照氧化钡、氧化铜和硼酸的质量百分含量分别为5％～20％、10％～30％和50％～70％混合，湿磨，然后干燥，得到混合粉体，将所述混合粉体于1250℃～1350℃熔融10分钟～30分钟，得到所述助烧剂。
3.根据权利要求2所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述氧化钡、氧化铜和硼酸混合，湿磨后的干燥步骤中采用的设备是微波干燥机。
4.根据权利要求2所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述混合粉体熔融之前还包括对干燥后的所述混合粉体过200目～300目筛的步骤。
5.根据权利要求2所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述混合粉体熔融之后，还包括使用去离子水对熔融的产物进行萃取的步骤。
6.根据权利要求2所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述主体粉体与所述助烧剂混合湿磨之前，还包括对所述助烧剂依次过40目筛和200目筛的步骤。
7.根据权利要求2所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述粘合剂的质量为所述主体粉体与所述助烧剂的总质量的1.5％；所述粘合剂为聚乙烯醇、石蜡或乳胶。
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| "ZnO-Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷低温烧结特性的研究";张岭;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20120715(第07期);摘要最后1段，第30页第1段 * |
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| CN103833351A (zh) | 2014-06-04 |
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