CN104311024A - 中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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夏往所
王莹
石礼伟
张国营
黄逸佳
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Abstract

本发明公开了一种中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料，其化学式为：MgZrTa2O8；先将原料MgO、ZrO2、Ta2O5按化学计量式称量配料；再经球磨、烘干、过筛后，于1000℃煅烧合成前驱体；再经球磨、烘干、过筛后，加入石蜡于电阻炉上碾匀，压制成坯体；坯体于1400～1525℃烧结，制成微波介质陶瓷。本发明介电常数为14～23，品质因数为7,900～132,000GHz，谐振频率温度系数为-27～-46×10-6/℃，制备工艺简单，过程无污染，具有广阔的应用前景。

Description

中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电子信息材料与元器件领域，是一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种新型中介电常数高品质因数(Q×f)微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
微波信息技术的迅速发展，极大地改变了人类生活和工作方式，构成了信息化社会的重要标志。微波无源器件的开发是微波通信系统的关键技术，也是目前的研究热点之一。发展高性能的微波器件离不开高性能微波介质材料的支撑。微波介质陶瓷具有低微波损耗、高介电常数和稳定的谐振频率温度系数等特点，其作为微波器件，如介质谐振器、滤波器及介质波导等而广泛应用于移动通讯、无线互联网以及卫星通信等现代通讯产业中。
中介电常数微波介质陶瓷主要包括BaO-TiO2系、(Zr,Sn)TiO4系、AB2O6系、ABNb2O8系、复合钙钛矿系等。这类微波介质陶瓷主要应用于移动通讯基站和卫星通讯中，随着微波技术的迅速发展，对这类陶瓷材料的需求增加，新材料体系的开发和改性成为目前的研究热点之一。
单斜钨锰铁矿型微波介质陶瓷是最近几年发展起来的一类新型高性能微波介质材料，其具有中等的介电常数和较高的品质因数，典型的材料体系如：ZnTiNb2O8(εr＝34,Q×f＝48000GHz)、MgTiNb2O8(εr＝30.8,Q×f＝60000GHz)。因此，这类微波介质陶瓷材料是一种非常具有应用前景的新型微波介质材料。本发明所制备的MgZrTa2O8陶瓷具有单斜的钨锰铁矿结构，其具有相对较高的介电常数(εr～22)以及高的品质因数(Q×f～130000GHz)。
发明内容
本发明的目的，为克服现有材料品质因数相对较低的缺点，提供一种新型中介电常数、高品质因数、具有单斜的钨锰铁矿结构的MgZrTa2O8微波介质陶瓷材料及其制备方法。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料，其化学式为：MgZrTa2O8；
该中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料的制备方法，具有以下步骤：
(1)将化学原料MgO、ZrO2、Ta2O5按化学计量式MgZrTa2O8称量配料；
(2)将步骤(1)配置好的化学原料混合，以料：去离子水：锆球的质量比为1：1：1.5加入球磨罐中，球磨24小时；
(3)将步骤(2)球磨后的原料置于干燥箱中于90～120℃烘干，然后过40目筛；
(4)将步骤(3)过筛后的粉料于1000℃煅烧4小时，合成前驱体即熔块；
(5)将步骤(4)合成的熔块放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨12小时，烘干后过筛；
(6)在步骤(5)过筛后的粉料中外加入质量百分比为6～10％的石蜡，置于电阻炉上碾匀，过80目筛；
(7)将步骤(6)过筛后的粉料用粉末压片机压制成型为坯体；
(8)将步骤(7)的坯体于1400～1525℃烧结，保温6小时，制成中介电常数高品质因数的微波介质陶瓷。
所述步骤(2)、步骤(4)的球磨是采用行星式球磨机。
所述步骤(8)的坯体烧结温度为1475℃。
本发明的MgZrTa2O8中介电常数高Q微波介质陶瓷材料，其烧结温度为：1400～1525℃，介电常数为14～23，品质因数为7,900～132,000GHz，谐振频率温度系数为-27～-46×10-6/℃。此外，该制备工艺简单，过程无污染，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明采用化学原料MgO(分析纯)、ZrO2(分析纯)、Ta2O5(分析纯)制备MgZrTa2O8微波介质陶瓷。具体实施方式如下：
(1)将化学原料MgO、ZrO2、Ta2O5按化学计量式MgZrTa2O8称量配料；
(2)将配置好的化学原料混合，以料：去离子水：锆球的质量比为1：1：1.5加入球磨罐中，在行星式球磨机上球磨24小时；
(3)将球磨后的原料置于干燥箱中于90～120℃烘干，烘干后过40目筛；
(4)将过筛后的粉料于1000℃煅烧4小时，合成前躯体；
(5)将前驱体即熔块放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨12小时，烘干后过筛；
(6)在步骤(5)过筛后的粉料中外加入质量百分比为6-10％的石蜡，置于电阻炉上碾匀，过80目筛；
(7)将步骤(6)过筛后的粉料再用粉末压片机以8MPa的压力成型为Φ10mm×5mm的圆柱形坯体；
(8)将坯体于1400～1525℃烧结，保温6小时，制成中介电常数高品质因数的微波介质陶瓷材料；
最后，将上述微波介质陶瓷材料用网络分析仪测试其微波介电性能。
本发明具体实施例的相关工艺参数及其微波介电性能详见表1、表2。
表1
表2
No 介电常数(εr) Q×f(GHz) τf(10-6/℃)
实施例1 14.98 7902 -27.0
实施例2 20.05 32899 -29.7
实施例3 22.64 128904 -36.9
实施例4 22.7 131530 -33.8
实施例5 21.66 25755 -40.0
实施例6 21.24 32310 -45.8
本发明所提供的MgZrTa2O8微波介质陶瓷，是以NiO、ZrO2、Ta2O5为原料，通过简单固相法获得的高性能微波介质陶瓷，其具有中等的介电常数、高品质因数以及相对稳定的谐振频率温度系数，是一种能够满足微波介质陶瓷在高性能微波器件应用的新型微波介质材料。

Claims (3)

1.一种中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料，其化学式为：MgZrTa2O8；
该中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料的制备方法，具有以下步骤：
(1)将化学原料MgO、ZrO2、Ta2O5按化学计量式MgZrTa2O8称量配料；
(2)将步骤(1)配置好的化学原料混合，以料：去离子水：锆球的质量比为1：1：1.5加入球磨罐中，球磨24小时；
(3)将步骤(2)球磨后的原料置于干燥箱中于90～120℃烘干，然后过40目筛；
(4)将步骤(3)过筛后的粉料于1000℃煅烧4小时，合成前驱体即熔块；
(5)将步骤(4)合成的熔块放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨12小时，烘干后过筛；
(6)在步骤(5)过筛后的粉料中外加入质量百分比为6～10％的石蜡，置于电阻炉上碾匀，过80目筛；
(7)将步骤(6)过筛后的粉料用粉末压片机压制成型为坯体；
(8)将步骤(7)的坯体于1400～1525℃烧结，保温6小时，制成中介电常数高品质因数的微波介质陶瓷。
2.根据权利要求1所述的中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(4)的球磨是采用行星式球磨机。
3.根据权利要求1所述的中介电常数高品质因数微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述步骤(8)的坯体烧结温度为1475℃。
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