CN103992105A - 高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其表达式为Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x，其中-0.010≤x≤0.050；以MgO,TiO2和ZnO为原料，采用简单固相法，于900～1150℃预烧，于1225℃-1325℃烧结。其介电常数εr为16.91～17.69，品质因数Q×f为134430～277448GHz，谐振频率温度系数τf为-65.45～--47.87×10-6/℃的。本发明省去粉料二次球磨，简化了材料的制备工艺，节省了时间成本和能源成本。
Description
技术领域
本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种以Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x(-0.010≤x≤0.050)为化学式的具有低损耗、高品质因数的微波介质陶瓷及其制备方法。
背景技术
近十几年微波通讯技术的发展，特别是移动通讯与卫星通讯技术的迅速发展，传统的金属腔谐振器已不能满足应用的需求，市场对应用于介质谐振器、介质滤波器等新型微波元器件的微波介质陶瓷的需求日益旺盛。微波介质陶瓷材料的基本要求是：合适的介电常数、较低的介质损耗(较高的品质因数Q值)及较小的频率温度系数。
随着陶瓷材料的不断发展，为满足不同应用，各种性能优异的新材料不断涌现。钛酸镁基系列陶瓷材料由于具有较高的品质因数，并且原料丰富、成本低廉，受到了广泛的关注。MgTiO3陶瓷作为一种传统的微波介质材料，在毫米波段仍然具有其优异的微波介电性能：高的品质因数(160,000GHz)，适当的介电常数(17)，但烧结温度高达1450℃，且烧结范围窄。因此，降低其烧结温度，提高品质因数值，调节频率温度系数是研究者们努力的方向。
发明内容
本发明的目的，是为进一步提高MgTiO3微波介质陶瓷的品质因数，适应电子信息技术不断向高频化和数字化方向发展的需要。以MgO,TiO2和ZnO为原料，通过简单固相法制备一种具有高品质因数的Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x(-0.010≤x≤0.050)微波介质陶瓷材料。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其表达式为Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x，其中-0.010≤x≤0.050；
该高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷的制备方法，具体如下步骤：
(1)将MgO,TiO2和ZnO按化学计量式Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x，其中-0.010≤x≤0.050进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4～24小时；
(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；
(3)将步骤(2)烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于900～1150℃预烧，保温2～8小时；
(4)将步骤(3)预烧后的粉料外加质量百分比为8％～10％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛，用粉末压片机以4～8MPa的压力制成生坯；
(5)将步骤(4)的生坯于1225℃-1325℃烧结，保温2～8小时，制成具有高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷。
所述步骤(1)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为600转/分。
所述步骤(1)的粉料与去离子水和锆球的质量比为1︰1︰1。
所述步骤(4)的生坯为直径10mm、厚度5mm的圆片形状。
所述步骤(5)的烧结温度为1250℃。
本发明以MgO、TiO2和ZnO为原料，通过简单固相法制备了一种新型的微波介质陶瓷材料Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x(-0.010≤x≤0.050)。其介电常数εr为16.91～17.69，品质因数Q×f为134430～277448GHz，谐振频率温度系数τf为-65.45～--47.87×10-6/℃的。该制备方法省去粉料二次球磨，简化了材料的制备工艺，节省了时间成本和能源成本。
具体实施方式
本发明以MgO(分析纯)、TiO2(分析纯)和ZnO(分析纯)为初始原料，通过简单固相法制备微波介质陶瓷。具体实施方案如下：
1.MgO,TiO2和ZnO按Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x(x＝0.005)化学计量比进行配料，原料配比为：3.20868g MgO、6.55756g TiO2、0.23377gZnO。将约10g的混合粉料放入聚酯罐中，加入200ml去离子水，加入150g的锆球后，在行星式球磨机上球磨12小时，转速为600转/分；
2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于100～120℃烘干，而后过40目筛；
3.烘干过筛后的粉料放入中温炉，于900～1150℃预烧，保温4小时；
4.预烧后的粉料加入质量百分含量为8％的石蜡粘合剂进行造粒，过80目筛后，用粉末压片机在4MPa的压力下将粉末压成直径为10mm，厚度为约5mm的生坯；
5.将生坯在1225～1325℃烧结，保温4小时，制成具有高品质因数的微波介质陶瓷。
通过网络分析仪测试所得制品的微波特性。
本发明具体实施例的相关工艺参数和微波介电性能详见表1。
表1
Claims (5)
1.一种高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其表达式为Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x，其中-0.010≤x≤0.050；
该高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤：
(1)将MgO,TiO2和ZnO按化学计量式Mg0.97Zn0.03+xTiO3+x，其中-0.010≤x≤0.050进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4～24小时；
(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100～120℃烘干，然后过40目筛；
(3)将步骤(2)烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于900～1150℃预烧，保温2～8小时；
(4)将步骤(3)预烧后的粉料外加质量百分比为8％～10％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛，用粉末压片机以4～8MPa的压力制成生坯；
(5)将步骤(4)的生坯于1225℃-1325℃烧结，保温2～8小时，制成具有高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷。
2.根据权利要求1所述的高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(1)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为600转/分。
3.根据权利要求1所述的高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(1)的粉料与去离子水和锆球的质量比为1︰1︰1。
4.根据权利要求1所述的高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(4)的生坯为直径10mm、厚度5mm的圆片形状。
5.根据权利要求1所述的高品质因数的钛酸镁基微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(5)的烧结温度为1250℃。
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