CN103922726B - 一种微波介质陶瓷粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微波介质陶瓷粉体及其制备方法,该微波介质陶瓷粉体包括95~100重量份的(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与0~5重量份的ZnO;其中,x=0.35~0.45。与现有微波介质陶瓷粉体相比,本发明结合了CaTiO3与La(Mg1/2Ti1/2)O3两种材料体系的优点,使微波介质陶瓷粉体的介电常数中等、损耗较低、品质因数较高、谐振频率温度系数可调,特别是再复配一定量的氧化锌,可提高体系致密度、改善显微结构,使微波介质陶瓷粉体的损耗更低,品质因数得以进一步提高;并且本发明原料来源丰富,应用广泛,成本较低。
Description
技术领域
本发明属于微波元器件技术领域,尤其涉及一种微波介质陶瓷粉体及其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷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,是近三十年迅速发展起来的新型功能陶瓷,被广泛应用于介质谐振器、介质滤波器、双工器、微波介质天线、介质稳频振荡器、介质波导传输线等微波器件。作为微波通讯中的关键材料,微波介质陶瓷的各项性能在很大程度上决定了整体现代通信技术系统的性能,因此开发高品质的微波介质陶瓷是整个微波通讯的关键工作。
如新一代通信基站用介质谐振器用微波介质陶瓷要求相对介电常数在35~45之间,品质因数Q×f>40000GHz,谐振频率温度系数接近于零,同时应具有尽可能低的能量损耗,满足移动通信基站大功率的使用要求。Q×f值与介电常数互相制约,材料的介电常数越大则极化能力越强,极化子在外界电场作用下反转产生损耗越大,材料的Q×f值越低,而如何提高材料的Q×f值是制备这类陶瓷材料的关键。
童启铭等发表的“NdAlO3-CaTiO3微波介质陶瓷材料的研究”一文中报道了(1-x)NdAlO3-xCaTiO3(x=0.6~0.8)体系微波介质陶瓷的介电性能为相对介电常数为εr=40~50,品质因数Q×f=29000~38000GHz,谐振频率温度系数τf=-9~32ppm/℃。在x=0.68时,性能最为优异,相对介电常数为εr=45,品质因数Q×f=38000GHz,谐振频率温度系数τf=0ppm/℃,但这种体系的微波介质陶瓷也未能满足基站滤波器的要求。也有报道采用镓酸盐为主晶相制备出性能优良的中介电常数微波陶瓷,但是该体系中大量使用价格昂贵的氧化镓为原料,限制其的应用推广。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种微波介质陶瓷粉体及其制备方法,该微波介质陶瓷粉体具有较好的微波介电性能且成本较低。
本发明提供了一种微波介质陶瓷粉体,包括:
(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO395~100重量份;
ZnO0~5重量份;
其中,x=0.35~0.45。
优选的,所述微波介质陶瓷粉体包括:
(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO397~100重量份;
ZnO0~3重量份。
优选的,所述x=0.38~0.42。
本发明还提供了一种微波介质陶瓷粉体的制备方法,包括:
A)将95~100重量份的(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与0~5重量份的ZnO混合球磨,得到微波介质陶瓷粉体;
其中,x=0.35~0.45。
优选的,所述步骤A)中混合球磨的介质为乙醇和/或去离子水。
优选的,所述步骤A)中混合球磨的时间为22~24h。
优选的,所述(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3按照以下方法进行制备:
将含镧化合物、含镁化合物、含钛化合物与含钙化合物按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合球磨,然后进行高温烧制,得到(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3。
优选的,所述含镧化合物为氧化镧和/或硝酸镧;所述含镁化合物为氧化镁和/或氢氧化镁;所述含钛化合物为氧化钛和/或草酸钛;所述含钙化合物为碳酸钙和/或氢氧化钙。
优选的,所述混合球磨的介质为乙醇和/或去离子水。
优选的,所述高温烧制的温度为1100℃~1300℃,时间为1~6h。
本发明提供了一种微波介质陶瓷粉体及其制备方法,该微波介质陶瓷粉体包括95~100重量份的(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与0~5重量份的ZnO;其中,x=0.35~0.45。与现有微波介质陶瓷粉体相比,本发明结合了CaTiO3与La(Mg1/2Ti1/2)O3两种材料体系的优点,使微波介质陶瓷粉体的介电常数中等、损耗较低、品质因数较高、谐振频率温度系数可调,特别是再复配一定量的氧化锌,可提高体系致密度、改善显微结构,使微波介质陶瓷粉体的损耗更低,品质因数得以进一步提高;并且本发明原料来源丰富,应用广泛,成本较低。
具体实施方式
本发明提供了一种微波介质陶瓷粉体,包括:
(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO395~100重量份;
ZnO0~5重量份;
其中,x=0.35~0.45,优选为x=0.38~0.42。
所述ZnO的含量优选为0~3重量份;
所述(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3的含量优选为97~100重量份。
本发明微波介质陶瓷粉体结合了CaTiO3与La(Mg1/2Ti1/2)O3两种材料体系的优点,使微波介质陶瓷粉体的介电常数中等、损耗较低、品质因数较高、谐振频率温度系数可调,特别是再复配一定量的氧化锌,可提高体系致密度、改善显微结构,使微波介质陶瓷粉体的损耗更低,品质因数得以进一步提高;并且本发明原料来源丰富,应用广泛,成本较低。
本发明还提供了一种上述微波介质陶瓷粉体的制备方法,包括:A)将95~100重量份的(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与0~5重量份的ZnO混合球磨,得到微波介质陶瓷粉体;其中,x=0.35~0.45。
所述(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与ZnO的含量同上所述,在此不再赘述。本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制,为市售或自制均可。
所述(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3优选按照以下方法进行制备:将含镧化合物、含镁化合物、含钛化合物与含钙化合物按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合球磨,然后进行高温烧制,得到(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3。
其中,所述含镧化合物为本领域技术人员熟知的含镧元素的化合物即可,并无特殊的限制,优选为氧化镧和/或硝酸镧;所述含镁化合物优选为氧化镁和/或氢氧化镁;所述含钛化合物优选为氧化钛和/或草酸钛;所述含钙化合物优选为碳酸钙和/或氢氧化钙。
将含镧化合物、含镁化合物、含钛化合物与含钙化合物混合球磨,所述球磨为本领域技术人员熟知的球磨方法即可,并无特殊的限制,本发明中优选为湿法球磨;所述球磨的介质优选为乙醇和/或去离子水,更优选为无水乙醇或去离子水;所述球磨的时间优选为20~24h,更优选为20~22h。
混合球磨后,优选在烘箱中烘干,然后进行高温烧制。所述高温烧制优选为保温烧制;所述高温烧制的温度优选为1100℃~1300℃,更优选为1150℃~1250℃;所述高温烧制的时间优选为1~6h,更优选为2~5h。高温烧制后,得到(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3。
将(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与ZnO混合球磨,其中所述球磨的方法为本领域技术人员熟知的球磨方法即可,并无特殊的限制,本发明优选采用湿法球磨;所述球磨的介质优选为乙醇和/或去离子水,更优选为无水乙醇或去离子水;所述球磨的时间优选为22~24h,更优选为22~23h。
混合球磨后,优选在烘箱中烘干,得到微波介质陶瓷粉体。
本发明微波介质陶瓷粉体的制备方法简单,重复性好,原料丰富,来源广泛,性价比较高。
本发明得到的微波介质陶瓷粉体可按照以下方法进行检测:将微波介质陶瓷粉体与粘结剂混合(粘结剂的质量为微波介质陶瓷粉体质量的1%~3.5%),压制成20mm×10mm的圆柱体后,在500℃~600℃保温1~3h,排胶得到成型生胚料;将所述生胚料置于马沸炉中1550℃烧结得到微波介质陶瓷器件,将器件表面磨平、抛光后即得到测试样品,采用排水法测试样品的相对密度;采用Agilient8722ET网络分析仪,根据Hakki-Coleman法在TE011模式下测定介电常数和品质因数,在25℃~80℃下测定样品的谐振频率温度系数。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种微波介质陶瓷粉体及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
1.1将氧化镧、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙,按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合,其中x为0.35,混合后以无水乙醇为介质加入球磨罐中进行湿法球磨20h,然后在烘箱中烘干,1100℃保温6h得到陶瓷粉体0.65La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.35CaTiO3。
1.2将100重量份的1.1中得到的0.65La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.35CaTiO3加入球磨罐中采用去离子水为球磨介质球磨22h,在烘箱中烘干后得到微波介质陶瓷粉体。
实施例2
2.1将硝酸镧、氧化镁、草酸钛与氢氧化钙,按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合,其中x为0.38,混合后以去离子水为介质加入球磨罐中进行湿法球磨24h,然后在烘箱中烘干,1300℃保温1h得到陶瓷粉体0.62La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.38CaTiO3。
2.2将97重量份的2.1中得到的0.62La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.38CaTiO3与3重量份的ZnO粉体混合加入球磨罐中采用去离子水为球磨介质球磨22h,在烘箱中烘干后得到微波介质陶瓷粉体。
实施例3
3.1将氧化镧、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙,按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合,其中x为0.42,混合后以无水乙醇为介质加入球磨罐中进行湿法球磨20h,然后在烘箱中烘干,1100℃保温6h得到陶瓷粉体0.58La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.42CaTiO3。
3.2将99重量份的3.1中得到的0.58La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.42CaTiO3与1重量份的ZnO粉体混合加入球磨罐中采用去离子水为球磨介质球磨22h,在烘箱中烘干后得到微波介质陶瓷粉体。
实施例4
4.1将硝酸镧、氧化镁、草酸钛与氢氧化钙,按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合,其中x为0.45,混合后以去离子水为介质加入球磨罐中进行湿法球磨24h,然后在烘箱中烘干,1300℃保温1h得到陶瓷粉体0.55La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.45CaTiO3。
4.2将95重量份的4.1中得到的0.55La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.45CaTiO3与5重量份的ZnO粉体混合加入球磨罐中采用去离子水为球磨介质球磨22h,在烘箱中烘干后得到微波介质陶瓷粉体。
实施例5
5.1将氧化镧、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙,按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合,其中x为0.41,混合后以无水乙醇为介质加入球磨罐中进行湿法球磨20h,然后在烘箱中烘干,1100℃保温6h得到陶瓷粉体0.59La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.41CaTiO3。
5.2将99.3重量份的5.1中得到的0.59La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.41CaTiO3与0.7重量份的ZnO粉体混合加入球磨罐中采用去离子水为球磨介质球磨22h,在烘箱中烘干后得到微波介质陶瓷粉体。
实施例6
6.1将硝酸镧、氧化镁、草酸钛与氢氧化钙,按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合,其中x为0.40,混合后以去离子水为介质加入球磨罐中进行湿法球磨24h,然后在烘箱中烘干,1300℃保温1h得到陶瓷粉体0.60La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.40CaTiO3。
6.2将98.5重量份的6.1中得到的0.60La(Mg1/2Ti1/2)O3-0.40CaTiO3与1.5重量份的ZnO粉体混合加入球磨罐中采用去离子水为球磨介质球磨22h,在烘箱中烘干后得到微波介质陶瓷粉体。
将实施例1~6中得到的微波介质陶瓷粉体与粘结剂混合(粘结剂的质量为微波介质陶瓷粉体质量的2.5%),压制成20mm×10mm的圆柱体后,在500℃~600℃保温1~3h,排胶得到成型生胚料;将所述生胚料置于马沸炉中1550℃烧结得到微波介质陶瓷器件,将器件表面磨平、抛光后即得到测试样品,采用排水法测试样品的相对密度;采用Agilient8722ET网络分析仪,根据Hakki-Coleman法在TE011模式下测定介电常数和品质因数,在25℃~80℃下测定样品的谐振频率温度系数;得到测试结果见表1。
表1微波介质陶瓷粉体性能测试结果
通过表1可知,实施例1~4,x从0.35增大至0.45,即材料中La(Mg1/2Ti1/2)O3配比减少,CaTiO配比增多,ZnO的含量由1增加至微波介质陶瓷粉体质量的5%,谐振频率温度系数从-12ppm/℃增大至8ppm/℃,实现了谐振频率温度系数可调近零的要求,而品质因数Q×f>40000GHz,介电常数在35~45之间变化,均满足通信基站用介质谐振器的应用需求。
根据上述实施例的性能参数对比,实施例3、5和6的性能优于其他实施例的微波介质陶瓷材料性能,特别是实施例5综合性能最佳,品质因数Q×f=48700GHz,谐振频率温度系数为-1ppm/℃,介电常数εr=41.3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微波介质陶瓷粉体,其特征在于,包括:
(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO395~100重量份;
ZnO0~5重量份;
其中,x=0.35~0.45。
2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷粉体,其特征在于,所述微波介质陶瓷粉体包括:
(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO397~100重量份;
ZnO0~3重量份。
3.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷粉体,其特征在于,所述x=0.38~0.42。
4.一种微波介质陶瓷粉体的制备方法,其特征在于,包括:
A)将95~100重量份的(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3与0~5重量份的ZnO混合球磨,得到微波介质陶瓷粉体;
其中,x=0.35~0.45。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤A)中混合球磨的介质为乙醇和/或去离子水。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤A)中混合球磨的时间为22~24h。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3按照以下方法进行制备:
将含镧化合物、含镁化合物、含钛化合物与含钙化合物按照元素镧、镁、钛与钙的摩尔比为(1-x):0.5(1-x):[0.5(1-x)+x]:x的比例混合球磨,然后进行高温烧制,得到(1-x)La(Mg1/2Ti1/2)O3-xCaTiO3。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述含镧化合物为氧化镧和/或硝酸镧;所述含镁化合物为氧化镁和/或氢氧化镁;所述含钛化合物为氧化钛和/或草酸钛;所述含钙化合物为碳酸钙和/或氢氧化钙。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述混合球磨的介质为乙醇和/或去离子水。
10.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述高温烧制的温度为1100℃~1300℃,时间为1~6h。
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