CN103864406A - 一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法，微波介质陶瓷的配方组成为：(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃，其中a＝0.05～0.2；先通过原料MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃和TiO₂分别合成(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄和CaTiO₃，并将两者按照一定的比例在无水乙醇中混合球磨，出料烘干后加入一定质量分数的PVA，经造粒、压片、烧结即制得本发明的陶瓷材料。与现有技术相比，本发明通过调节(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃的混合比例，可以使陶瓷材料的谐振频率温度系数τ_f在一定范围内可调；较好的制备工艺使得材料的性能得到改善；三相混合烧结使得致密化烧结温度比单相低得多；由于Mg₂SiO₄、Zn₂SiO₄具有较高的Q值，在1180℃烧结温度下Q×f＞40000GHz，具有较低的介电损耗。本发明材料由于具有低介电损耗，可以应用于卫星通讯、军用雷达等方面。

Description

一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与元器件领域，尤其是涉及一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是移动通讯技术快速发展的关键材料，也是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。它是指应用于微波频率(主要是300MHz～30GHz频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。近年来，信息容量大的卫星通信(SLC)、卫星直播电视(SLUIV)等系统得到迅速发展与应用，便捷的汽车电话、便携式电话等个人及集团移动通信系统也已进入日常生活。

微波介质陶瓷具有高介高损耗、低介低损耗的规律，故低介体系因其高品质因数而被应用于对介质损耗要求比较严格的领域，如卫星通讯、军用雷达等方面。在微波频率下，介质损耗(介质损耗因数tanδ)要小，或者品质因数Q要高(1/tanδ)。一般要求tanδ＜10^-4，Q＞1000。高Q有利于获得良好的滤波特性及通讯质量。谐振频率温度系数τf要为零或近于零，零τf可保证元器件的中心频率不随温度变化而产生漂移，提高器件的工作稳定性。

目前相对介电常数在20以下的微波介电陶瓷主要有Al₂O₃-TiO₂系、MgTiO₃-TiO₂系、R₂Ba(Cu_1-xA_x)O₅系、MO-SiO₂(M＝Ca，Mg，Zn)体系。其中硅酸盐系微波陶瓷体系主要包括CaO-SiO₂，MgO-SiO₂和ZnO-SiO₂，典型化合物为CaSiO₃，Ca₃Si₂O₇，Mg₂SiO₄和Zn₂SiO₄[杨辉，张启龙.低温共烧微波介质陶瓷及其器件的研究进展[J].硅酸盐学报，2008，36(6)：866-876]。在此基础上，形成系列改性复合化合物陶瓷。而CaTiO₃具有钙钛矿结构，相对介电常数εr约为160，Q×f值约为13000，谐振频率温度系数τf约为800ppm/℃[Cheng-Liang Huang，Chung-Long Pan，Shen-JiunnShium，Liquid phase sintering of MgTiO₃-CaTiO₃ microwave dielectricceramics，Materials Chemistry and Physics，78(2002)111-115]。对于Mg₂SiO₄和Zn₂SiO₄，其Q×f值可以达到200000，介电损耗tanδ很小，谐振频率温度系数τf在-60ppm/℃附近[K.X.Song，X.M.Chen，C.W.Zhen，Microwave dielectriccharacteristics of ceramics in Mg₂SiO₄-Zn₂SiO₄ system，Ceramics International.34(2008)917-920]。将两种微波介电性能良好且谐振频率温度系数相反的材料进行复合可以制备出τf可调的复相微波介质陶瓷。目前许多微波介质陶瓷大都存在烧结温度过高且不具有谐振频率温度系数τf可调的特性，品质因数Q值过低等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法，该微波介质陶瓷具有低介电常数，具有优良微波性能且谐振频率温度系数τ_f根据实际应用要求可调至特定值。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低介电常数微波介质陶瓷，其配方组成为：

(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃，其中a＝0.05～0.2；

该低介电常数微波介质陶瓷的介电常数为6～10，Q×f＞40000GHz，谐振频率温度系数在一定范围内可调。

一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：选取纯度大于99.9％的MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃、TiO₂作为制备低介电常数微波介质陶瓷的原料；

(2)制备(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料：

按照(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄的配方组成称量原料MgO、ZnO及SiO₂配成第一组混合原料，按照CaTiO₃的配方组成称量原料CaCO₃与TiO₂₂配成第二组混合原料，将两组混合原料分别进行第一次球磨，烘干后，高温煅烧，两组混合原料分别反应，得到(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料；

(3)制备(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃混合粉料：

将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃按照摩尔比(1-a)∶a称料混合，其中a＝0.05～0.2，进行第二次球磨，之后烘干，得到(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃混合粉料；

(4)在制备的(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃混合粉料中加入浓度为8～10wt％的PVA溶液，并在80～120MPa压力下压制成直径为10～12mm的陶瓷圆柱体，其中PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(5)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在1120～1240℃下以3～5℃/min的速率升温并保温2～4h，随后以2～4℃/min的速度冷却至室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到低介电常数微波介质陶瓷。

第一次球磨与第二次球磨均是在球磨机中进行中，在进行球磨的过程中，均加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化锆球的质量比为1∶1.2～1∶1.5，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1∶1.2～1∶1.5。

第一次球磨或第二次球磨进行时的转速为300～400r/min，球磨的时间为16～24h。

步骤(2)或步骤(3)中所述的烘干的温度为80～120℃。

步骤(2)所述的高温煅烧的温度为1100～1200℃，高温煅烧的时间为2～4h。

硅酸盐体系中的Mg₂SiO₄、Zn₂SiO₄为10以下的低介电常数，且Q×f值可以达到200000，是典型的低介电常数低损耗材料，谐振频率温度系数τ_f均为-60ppm/℃，其烧结温度高于1200℃，将两者复合成MZS(即(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄)之后其烧结温度可以降低至1100℃左右。为了使硅酸盐材料具有谐振频率温度系数可调的特性，将CaTiO₃与Mg₂SiO₄、Zn₂SiO₄进行复合，由于CaTiO₃的谐振频率温度系数τ_f值为800ppm/℃，所以通过调节CaTiO₃与MZS的摩尔比可以调节MZS-CaTiO₃体系材料的谐振频率温度系数。因为CaTiO₃的摩尔比例较低，因此MZS-CaTiO₃体系仍具有低介电常数低损耗的性质。

由于(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃复合过程比较复杂，先要分别单独制备出(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄复合材料和CaTiO₃，再将(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃进行0-3复合，而且二者要能够充分地混合均匀。不能开始就将各个氧化物混合均匀烧结，这样会使得中间的反应较为复杂不能控制而对微波性能带来较大的影响。在烧结时，炉内会形成温度梯度，而本微波材料的微波性能对温度较为敏感，因此需要在炉内放置一块氧化铝板以固定每次烧结的位置，使得烧结时不会因温区的差异导致微波性能结果产生影响。

与现有技术相比，本发明通过调节(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃的混合比例，可以使陶瓷材料的谐振频率温度系数τ_f在一定范围内可调；较好的制备工艺使得材料的性能得到改善；三相混合烧结使得致密化烧结温度比单相低得多；本发明提供的复相微波介质陶瓷其烧结温度较低，比单相低得多，且容易合成与烧结，制备工艺简单，具有良好的综合微波介电性能，由于采用硅酸盐材料Mg₂SiO₄及Zn₂SiO₄，该复相微波介质陶瓷材料介电常数为6～10，在1180℃烧结温度下Q×f＞40000GHz，是明显的低介电常数低损耗材料。谐振频率温度系数τ_f根据(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃摩尔比的不同在一定范围内可调。由于高的品质因数，所以其具有选频性号且信号传输质量高的优点，适用于作为电子电路中的多层微波谐振器、振荡器滤波器、微波天线、微波基板等材料，可以应用于卫星通讯、军用雷达等方面。

附图说明

图1为实施例1～实施例5制备得到的微波介质陶瓷的XRD图谱；

图2为实施例1制得的微波介质陶瓷的SEM图谱；

图3为实施例5制得的微波介质陶瓷的SEM图谱；

图4为实施例1中在1120～1240℃范围内采用不同温度烧结制得的微波介质陶瓷的Q×f值的变化示意图；

图5为实施例1～实施例5制备得到的微波介质陶瓷(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃的τ_f值随a变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

(1)称量原料MgO、ZnO、SiO₂按摩尔比0.8∶1.2∶1的比例配成第一组混合原料，称量原料CaCO₃与TiO₂按摩尔比1∶1的比例配成第二组混合原料，按混合原料与氧化锆球的质量比为1∶1.2，与无水乙醇的质量比1∶1.5的比例，向第一组混合原料与第二组混合原料中同时加入氧化锆球和无水乙醇，第一组混合原料与第二组混合原料分别在360r/min的速度下进行混合球磨24h，120℃烘干后，分别装入刚玉坩埚中，在1200℃下煅烧4h，升温速率为2℃/min，第一组混合原料充分反应形成化合物(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄，第二组混合原料充分反应形成化合物CaTiO₃；

(2)将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃进行二次研磨烘干后，研磨与烘干的条件与步骤(1)相同，按照摩尔比0.88∶0.12称料混合，在转速为360r/min的球磨机中以氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，连续球磨24h，在120℃的烘箱中烘干，得到0.88(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.12CaTiO₃混合粉料；

(3)在0.88(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.12CaTiO₃混合粉料中加入浓度为9wt％的PVA溶液进行造粒，并在100MPa压力下压制成直径为10mm的陶瓷圆柱体，其中，PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(4)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在550℃下保温5h以除去粘合剂(PVA)，然后在1120～1240℃范围内，以3℃/min的速率升温并保温4h，随后以2℃/min的速度冷却至室温；

(5)将烧结成瓷的样品表面进行机械抛光。

将在1180℃下烧结，(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃摩尔比为0.88∶0.12的样品进行微波介电性能测试，本实施例将在1180℃下烧结，制得的微波介质陶瓷的XRD图谱如图1中的(d)所示，本实施例将在1180℃下烧结，制得的微波介质陶瓷的SEM图谱如图2所示。本实施例将在1180℃下烧结，制得的微波介质陶瓷的谐振频率温度系数τ_f为-21.8ppm/℃，如图5所示。

本实施例中，在1120～1240℃范围内采用不同温度烧结制得的微波介质陶瓷的Q×f值的变化如图4所示，从图中可以看出，在1180℃下烧结，在谐振频率f₀为11.65GHz下，介电常数ε_r为7.83，品质因数Q×f值为47765GHz，在1220℃时，制备的微波介质陶瓷的Q×f值最高。

实施例2

(1)称量原料MgO、ZnO、SiO₂按摩尔比0.8∶1.2∶1的比例配成第一组混合原料，称量原料CaCO₃与TiO₂按摩尔比1∶1的比例配成第二组混合原料，按混合原料与氧化锆球的质量比为1∶1.2，与无水乙醇的质量比1∶1.5的比例，向第一组混合原料与第二组混合原料中同时加入氧化锆球和无水乙醇，第一组混合原料与第二组混合原料分别在360r/min的速度下进行混合球磨24h，120℃烘干后，分别装入刚玉坩埚中，在1200℃下煅烧4h，升温速率为2℃/min，第一组混合原料充分反应形成化合物(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄，第二组混合原料充分反应形成化合物CaTiO₃；

(2)将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃进行二次研磨烘干后，研磨与烘干的条件与步骤(1)相同，按照摩尔比0.90∶0.10称料混合，在转速为360r/min的球磨机中以氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，连续球磨24h，在120℃的烘箱中烘干，得到0.90(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.10CaTiO₃混合粉料；

(3)在0.90(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.10CaTiO₃混合粉料中加入PVA溶液进行造粒，并在1 00MPa压力下压制成直径为10mm的陶瓷圆柱体，其中，PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(4)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在550℃下保温5h以除去粘合剂，然后在1180℃下，以3℃/min的速率升温并保温4h，随后以2℃/min的速度冷却至室温；

(5)将烧结成瓷的样品表面进行机械抛光。

本实施例制得的微波介质陶瓷进行微波介电性能测试，在谐振频率f₀为11.95GHz下，介电常数ε_r为7.42，品质因数Q×f值为58555GHz，谐振频率温度系数τ_f为-25.9ppm/℃，如图5所示。本实施例制得的微波介质陶瓷的XRD图谱如图1中的(c)所示。

实施例3

(1)称量原料MgO、ZnO、SiO₂按摩尔比0.8∶1.2∶1的比例配成第一组混合原料，称量原料CaCO₃与TiO₂按摩尔比1∶1的比例配成第二组混合原料，按混合原料与氧化锆球的质量比为1∶1.2，与无水乙醇的质量比1∶1.5的比例，向第一组混合原料与第二组混合原料中同时加入氧化锆球和无水乙醇，第一组混合原料与第二组混合原料分别在360r/min的速度下进行混合球磨24h，120℃烘干后，分别装入刚玉坩埚中，在1200℃下煅烧4h，升温速率为2℃/min，第一组混合原料充分反应形成化合物(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄，第二组混合原料充分反应形成化合物CaTiO₃；

(2)将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃进行二次研磨烘干后，研磨与烘干的条件与步骤(1)相同，按照摩尔比0.92∶0.08称料混合，在转速为360r/min的球磨机中以氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，连续球磨24h，在120℃的烘箱中烘干，得到0.92(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.08CaTiO₃混合粉料；

(3)在0.92(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.08CaTiO₃混合粉料中加入PVA溶液进行造粒，并在100MPa压力下压制成直径为10mm的陶瓷圆柱体，其中，PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(4)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在550℃下保温5h以除去粘合剂，然后在1180℃下，以3℃/min的速率升温并保温4h，随后以2℃/min的速度冷却至室温；

(5)将烧结成瓷的样品表面进行机械抛光。

本实施例制得的微波介质陶瓷进行微波介电性能测试，在谐振频率f₀为12.22GHz下，介电常数ε_r为6.93，品质因数Q×f值为47658GHz，谐振频率温度系数τ_f为-37.2ppm/℃，参加图5。本实施例制得的微波介质陶瓷的XRD图谱如图1中的(b)所示。

实施例4

一种低介电常数微波介质陶瓷，其配方组成为：

0.94(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.06CaTiO₃；

该低介电常数微波介质陶瓷的介电常数为6～10，Q×f＞40000GHz，谐振频率温度系数在一定范围内可调。

一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：选取纯度大于99.9％的MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃、TiO₂作为制备低介电常数微波介质陶瓷的原料；

(2)制备(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料：

按照(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄的配方组成称量原料MgO、ZnO及SiO₂配成第一组混合原料，按照CaTiO₃的配方组成称量原料CaCO₃与TiO₂₂配成第二组混合原料，将两组混合原料分别进行第一次球磨，烘干后，高温煅烧，两组混合原料分别反应，得到(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料；

(3)制备0.94(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.06CaTiO₃混合粉料：

将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃按照摩尔比0.94∶0.06称料混合，进行第二次球磨，之后烘干，得到0.94(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.06CaTiO₃混合粉料；

(4)在制备的0.94(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.06CaTiO₃混合粉料中加入PVA溶液并在100MPa压力下压制成直径为10mm的陶瓷圆柱体，其中PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(5)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在1120～1220℃下以3℃/min的速率升温并保温4h，随后以2℃/min的速度冷却至室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到低介电常数微波介质陶瓷。

第一次球磨与第二次球磨均是在球磨机中进行中，在进行球磨的过程中，均加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化锆球的质量比为1∶1.2，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1∶1.5。第一次球磨或第二次球磨进行时的转速为300～400r/min，球磨的时间为16～24h。步骤(2)或步骤(3)中烘干的温度为80～120℃。步骤(2)高温煅烧的温度为1200℃，高温煅烧的时间为2～4h。

本实施例制得的微波介质陶瓷的XRD图谱如图1中的(a)所示。

实施例5

一种低介电常数微波介质陶瓷，其配方组成为：

0.86(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.14CaTiO₃；

该低介电常数微波介质陶瓷的介电常数为6～10，Q×f＞40000GHz，谐振频率温度系数在一定范围内可调。

一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：选取纯度大于99.9％的MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃、TiO₂作为制备低介电常数微波介质陶瓷的原料；

(2)制备(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料：

按照(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄的配方组成称量原料MgO、ZnO及SiO₂配成第一组混合原料，按照CaTiO₃的配方组成称量原料CaCO₃与TiO₂₂配成第二组混合原料，将两组混合原料分别进行第一次球磨，烘干后，高温煅烧，两组混合原料分别反应，得到(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料；

(3)制备0.86(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.14CaTiO₃混合粉料：

将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃按照摩尔比0.86∶0.14称料混合，进行第二次球磨，之后烘干，得到0.86(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.14CaTiO₃混合粉料；

(4)在制备的0.86(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.14CaTiO₃混合粉料中加入PVA溶液并在100MPa压力下压制成直径为10mm的陶瓷圆柱体，其中PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(5)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在1120～1220℃下以3℃/min的速率升温并保温4h，随后以2℃/min的速度冷却至室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到低介电常数微波介质陶瓷。

第一次球磨与第二次球磨均是在球磨机中进行中，在进行球磨的过程中，均加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化锆球的质量比为1∶1.2，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1∶1.5。第一次球磨或第二次球磨进行时的转速为300～400r/min，球磨的时间为16～24h。步骤(2)或步骤(3)中烘干的温度为80～120℃。步骤(2)高温煅烧的温度为1200℃，高温煅烧的时间为2～4h。

本实施例制得的微波介质陶瓷的XRD图谱如图1中的(e)所示，本实施例制得的微波介质陶瓷的SEM图谱如图3所示。

实施例6

一种低介电常数微波介质陶瓷，其配方组成为：

0.8(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.2CaTiO₃；

该低介电常数微波介质陶瓷的介电常数为6～10，Q×f＞40000GHz，谐振频率温度系数在一定范围内可调。

一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：选取纯度大于99.9％的MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃、TiO₂作为制备低介电常数微波介质陶瓷的原料；

(2)制备(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料：

按照(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄的配方组成称量原料MgO、ZnO及SiO₂配成第一组混合原料，按照CaTiO₃的配方组成称量原料CaCO₃与TiO₂₂配成第二组混合原料，将两组混合原料分别进行第一次球磨，烘干后，高温煅烧，两组混合原料分别反应，得到(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料；

(3)制备0.8(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.2CaTiO₃混合粉料：

将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃按照摩尔比0.8∶0.2称料混合，进行第二次球磨，之后烘干，得到0.8(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.2CaTiO₃混合粉料；

(4)在制备的0.8(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.2CaTiO₃混合粉料中加入浓度为8wt％的PVA溶液并在80MPa压力下压制成直径为11mm的陶瓷圆柱体，其中PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(5)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在1120℃下以4℃/min的速率升温并保温3h，随后以3℃/min的速度冷却至室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到低介电常数微波介质陶瓷。

第一次球磨与第二次球磨均是在球磨机中进行中，在进行球磨的过程中，均加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化锆球的质量比为1∶1.3，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1∶1.2。第一次球磨或第二次球磨进行时的转速为300r/min，球磨的时间为24h。步骤(2)或步骤(3)中烘干的温度为80℃。步骤(2)高温煅烧的温度为1200℃，高温煅烧的时间为4h。

实施例7

一种低介电常数微波介质陶瓷，其配方组成为：

0.95(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.05CaTiO₃；

该低介电常数微波介质陶瓷的介电常数为6～10，Q×f＞40000GHz，谐振频率温度系数在一定范围内可调。

一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：选取纯度大于99.9％的MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃、TiO₂作为制备低介电常数微波介质陶瓷的原料；

(2)制备(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料：

按照(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄的配方组成称量原料MgO、ZnO及SiO₂配成第一组混合原料，按照CaTiO₃的配方组成称量原料CaCO₃与TiO₂₂配成第二组混合原料，将两组混合原料分别进行第一次球磨，烘干后，高温煅烧，两组混合原料分别反应，得到(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料；

(3)制备0.95(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.05CaTiO₃混合粉料：

将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃按照摩尔比0.95∶0.05称料混合，进行第二次球磨，之后烘干，得到0.95(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.05CaTiO₃混合粉料；

(4)在制备的0.95(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-0.05CaTiO₃混合粉料中加入浓度为10wt％的PVA溶液并在120MPa压力下压制成直径为12mm的陶瓷圆柱体，其中PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(5)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在1240℃下以5℃/min的速率升温并保温4h，随后以4℃/min的速度冷却至室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到低介电常数微波介质陶瓷。

第一次球磨与第二次球磨均是在球磨机中进行中，在进行球磨的过程中，均加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化锆球的质量比为1∶1.5，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1∶1.2。第一次球磨或第二次球磨进行时的转速为400r/min，球磨的时间为16h。步骤(2)或步骤(3)中烘干的温度为100℃。步骤(2)高温煅烧的温度为1200℃，高温煅烧的时间为3h。

Claims (6)

1.一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征在于，其配方组成为：

(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃，其中a＝0.05～0.2；

该低介电常数微波介质陶瓷的介电常数为6～10，Q×f＞40000GHz，谐振频率温度系数在一定范围内可调。

2.一种如权利要求1所述的低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)原料选取：选取纯度大于99.9％的MgO、ZnO、SiO₂、CaCO₃、TiO₂作为制备低介电常数微波介质陶瓷的原料；

(2)制备(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料：

按照(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄的配方组成称量原料MgO、ZnO及SiO₂配成第一组混合原料，按照CaTiO₃的配方组成称量原料CaCO₃与TiO₂₂配成第二组混合原料，将两组混合原料分别进行第一次球磨，烘干后，高温煅烧，两组混合原料分别反应，得到(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄与CaTiO₃粉料；

(3)制备(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃混合粉料：

将合成的粉料(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄及CaTiO₃按照摩尔比(1-a)∶a称料混合，其中a＝0.05～0.2，进行第二次球磨，之后烘干，得到(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃混合粉料；

(4)在制备的(1-a)(Mg_0.4Zn_0.6)₂SiO₄-aCaTiO₃混合粉料中加入浓度为8～10wt％的PVA溶液，并在80～120MPa压力下压制成直径为10～12mm的陶瓷圆柱体，其中PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5％；

(5)烧结成瓷：将压制好的陶瓷圆柱体在1120～1240℃下以3～5℃/min的速率升温并保温2～4h，随后以2～4℃/min的速度冷却至室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到低介电常数微波介质陶瓷。

3.根据权利要求2所述的一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，第一次球磨与第二次球磨均是在球磨机中进行中，在进行球磨的过程中，均加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化锆球的质量比为1∶1.2～1∶1.5，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1∶1.2～1∶1.5。

4.根据权利要求2所述的一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，第一次球磨或第二次球磨进行时的转速为300～400r/min，球磨的时间为16～24h。

5.根据权利要求2所述的一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)或步骤(3)中所述的烘干的温度为80～120℃。

6.根据权利要求2所述的一种低介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的高温煅烧的温度为1100～1200℃，高温煅烧的时间为2～4h。

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