CN108911708A - 一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,属于陶瓷材料技术领域。本发明技术方案采用表面活性剂为模板,正硅酸乙酯为硅源,自组装合成了毫米级轻质、高强度多孔二氧化硅球.由于制备的二氧化硅球内存在大量多级孔洞,通过将可溶性镧盐与氧化锌制备成前驱体并还原制备改性颗粒,由于镧离子掺杂半导体ZnO,镧离子取代锌离子有效降低氧化锌的缺陷浓度,从而最终提高着氧化锌的电导性能,通过制备的改性粉体有效吸附和分散在基体多孔二氧化硅材料表面,形成充分的吸附和分散,进一步改善材料的介电性能。

Description

一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,属于陶瓷材料技术领域。
背景技术
微波介质陶瓷材料可用来制作介质基板、介质天线、介质谐振器、等微波器件。微波介质陶瓷材料所具有的介电特性可以这些元器件具有损耗小、稳定性高、体积小等特点,这些特点满足了通信微波电路对元器件的性能要求。微波介质陶瓷材料在微波技术中的主要用途有:
(1)介质基板,在微波电路中起着电路中元器件与线路的承载、支撑以及绝缘、屏蔽的作用。另外,在微波介质基板上可以制作微波带状线路振荡器以及它的周边电路,贴装表面组装元件,可以大大缩小微波器件体积。
片式电容器,在微波电路中的作用是电路及各元件间的耦合以及能量储存。微波片式高Q多层陶瓷电容器广泛应用于微波集成电路。随着移动通信向第三代过渡,移动电话变得更加的轻便化和高频化,进而推动高Q多层陶瓷电容器向小型化发展。
介质天线,在微波电路的作用是集中吸收电磁波能量。其中片式微波陶瓷介质天线不用再伸出机壳外,从而有效地防止因碰撞跌落而损坏,而且片式微波陶瓷介质天线与SMT表面贴装工艺兼容,有利于降低装配成本及手机小型化。现在,介质天线广泛应用于蜂窝和无绳电话、蓝牙以及无线局域网。
介质谐振器,在微波电路中起到的作用与一般电路中LC谐振电路相似。常用的有同轴形、圆柱形、矩形圆杆形、带状线形等介质谐振器。在微波通信基站、无线发射基站、雷达、导航等设备、设施中广泛应用。
滤波器,在微波电路中的作用是消除微波电路中的噪音及传输信号。现在,介质滤波器的应用范围主要有手机、无绳电话、带阻滤波器及双工器中。
随着微波通信技术不断向更高频率发展,要求微波介质陶瓷材料具有适当的
介电常数、更高的Q值以及近零的谐振频率温度系数。针对MgTiO3-CaTiO3近零温度系数体系普遍存在的介电性能(尤其是品质因数)较差、烧结温度高等缺点,进行离子取代、掺杂、添加烧结助剂等手段,优化其微波介电性能,以适应微波器件对微波介质陶瓷材料的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对现有的微波介质陶瓷介电活性不佳的问题,提供了一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
(1)按重量份数计,分别称量45~50份去离子水、25~35份质量分数80%乙醇溶液、3~5份十六烷基三甲基溴化铵、2~3份十二烷基磺酸钠置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液;
(2)再按重量份数计,分别称量45~50份混合液、10~15份正硅酸乙酯、6~8份质量分数20%盐酸置于烧杯中,搅拌混合并收集混合凝胶液,得改性前驱体;
(3)按重量份数计,分别称量85~90份去离子水、10~15份硫酸锌、10~15份氯化镧置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,将碳酸氢铵溶液滴加至混合液中,搅拌混合并调节pH至6.5;
(4)待pH调节完成后,搅拌混合并静置陈化,过滤并收集滤饼,真空冷冻干燥并研磨粉碎,过筛并置于管式气氛炉中,预烧后,通氢气排除空气,升温加热并保温煅烧,静置冷却至室温,破碎并研磨过筛,得改性颗粒;
(5)按重量份数计,分别称量45~50份氧化镁、10~15份二氧化钛、10~15份碳酸钙、3~5份碳酸钠、1~2份碳酸钾、1~2份氧化铝6~8份改性颗粒、25~30份改性前驱体和3~5份三氧化二硼置于搅拌机中,搅拌混合并收集混合料,将混合料研磨过筛后,压制成型;
(6)收集压制坯料并将其置于马弗炉中,预烧结后,程序升温并保温煅烧,静置冷却至室温,即可制备得所述的高介电活性微波介质陶瓷材料。
步骤(4)所述的预烧温度为100~110℃。
步骤(4)所述的升温加热并保温煅烧为按5℃/min升温至550~600℃,保温煅烧2~3h。
步骤(5)所述的压制成型压力为20~30MPa。
步骤(6)所述的程序升温并保温煅烧为按8℃/min升温至1200~1250℃,保温煅烧6~8h。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明技术方案采用表面活性剂为模板,正硅酸乙酯为硅源,自组装合成了毫米级轻质、高强度多孔二氧化硅球.由于制备的二氧化硅球内存在大量多级孔洞,通过将可溶性镧盐与氧化锌制备成前驱体并还原制备改性颗粒,由于镧离子掺杂半导体ZnO,镧离子取代锌离子有效降低氧化锌的缺陷浓度,从而最终提高着氧化锌的电导性能,通过制备的改性粉体有效吸附和分散在基体多孔二氧化硅材料表面,形成充分的吸附和分散,进一步改善材料的介电性能;
(2)本发明技术方案采用改善整体的微波介电性能,即在制备镁基微波介质陶瓷材料中掺入氧化锌改性材料,用锌离子取代镁离子,有效改善材料的介电活性,同时通过前驱体溶胶复合和多孔氧化硅材料的吸附,进一步提高氧化锌材料在陶瓷内部的分散性能,有效提高本发明技术方案制备的介质陶瓷材料的介电活性。
具体实施方式
按重量份数计,分别称量45~50份去离子水、25~35份质量分数80%乙醇溶液、3~5份十六烷基三甲基溴化铵、2~3份十二烷基磺酸钠置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,再按重量份数计,分别称量45~50份混合液、10~15份正硅酸乙酯、6~8份质量分数20%盐酸置于烧杯中,搅拌混合并收集混合凝胶液,得改性前驱体;按重量份数计,分别称量85~90份去离子水、10~15份硫酸锌、10~15份氯化镧置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,将质量分数15%碳酸氢铵溶液滴加至混合液中,搅拌混合并滴加质量分数1%盐酸至pH至6.5,搅拌混合并静置陈化,过滤并收集滤饼,真空冷冻干燥并研磨粉碎,过200目筛,并置于管式气氛炉中,在100~110℃下预烧2~3h后,通氢气排除空气,在氢气气氛下按5℃/min升温至550~600℃,保温煅烧2~3h后,静置冷却至室温,破碎并研磨过500目筛,得改性颗粒;按重量份数计,分别称量45~50份氧化镁、10~15份二氧化钛、10~15份碳酸钙、3~5份碳酸钠、1~2份碳酸钾、1~2份氧化铝6~8份改性颗粒、25~30份改性前驱体和3~5份三氧化二硼置于搅拌机中,搅拌混合并收集混合料,将混合料研磨过500目筛后,再在20~30MPa下压制成型,收集压制坯料并将其置于马弗炉中,在250~300℃下预烧结2~3h后,再按8℃/min升温至1200~1250℃,保温煅烧6~8h,静置冷却至室温,即可制备得所述的高介电活性微波介质陶瓷材料。
按重量份数计,分别称量45份去离子水、25份质量分数80%乙醇溶液、3份十六烷基三甲基溴化铵、2份十二烷基磺酸钠置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,再按重量份数计,分别称量45份混合液、10份正硅酸乙酯、6份质量分数20%盐酸置于烧杯中,搅拌混合并收集混合凝胶液,得改性前驱体;按重量份数计,分别称量85份去离子水、10份硫酸锌、10份氯化镧置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,将质量分数15%碳酸氢铵溶液滴加至混合液中,搅拌混合并滴加质量分数1%盐酸至pH至6.5,搅拌混合并静置陈化,过滤并收集滤饼,真空冷冻干燥并研磨粉碎,过200目筛,并置于管式气氛炉中,在100℃下预烧2h后,通氢气排除空气,在氢气气氛下按5℃/min升温至550℃,保温煅烧2h后,静置冷却至室温,破碎并研磨过500目筛,得改性颗粒;按重量份数计,分别称量45份氧化镁、10份二氧化钛、10份碳酸钙、3份碳酸钠、1份碳酸钾、1份氧化铝6~8份改性颗粒、25~30份改性前驱体和3份三氧化二硼置于搅拌机中,搅拌混合并收集混合料,将混合料研磨过500目筛后,再在20MPa下压制成型,收集压制坯料并将其置于马弗炉中,在250℃下预烧结2h后,再按8℃/min升温至1200℃,保温煅烧6h,静置冷却至室温,即可制备得所述的高介电活性微波介质陶瓷材料。
按重量份数计,分别称量47份去离子水、30份质量分数80%乙醇溶液、4份十六烷基三甲基溴化铵、2份十二烷基磺酸钠置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,再按重量份数计,分别称量47份混合液、12份正硅酸乙酯、7份质量分数20%盐酸置于烧杯中,搅拌混合并收集混合凝胶液,得改性前驱体;按重量份数计,分别称量87份去离子水、12份硫酸锌、12份氯化镧置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,将质量分数15%碳酸氢铵溶液滴加至混合液中,搅拌混合并滴加质量分数1%盐酸至pH至6.5,搅拌混合并静置陈化,过滤并收集滤饼,真空冷冻干燥并研磨粉碎,过200目筛,并置于管式气氛炉中,在105℃下预烧2h后,通氢气排除空气,在氢气气氛下按5℃/min升温至575℃,保温煅烧2h后,静置冷却至室温,破碎并研磨过500目筛,得改性颗粒;按重量份数计,分别称量47份氧化镁、12份二氧化钛、12份碳酸钙、4份碳酸钠、2份碳酸钾、2份氧化铝7份改性颗粒、27份改性前驱体和4份三氧化二硼置于搅拌机中,搅拌混合并收集混合料,将混合料研磨过500目筛后,再在25MPa下压制成型,收集压制坯料并将其置于马弗炉中,在275℃下预烧结2h后,再按8℃/min升温至1225℃,保温煅烧7h,静置冷却至室温,即可制备得所述的高介电活性微波介质陶瓷材料。
按重量份数计,分别称量50份去离子水、35份质量分数80%乙醇溶液、5份十六烷基三甲基溴化铵、3份十二烷基磺酸钠置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,再按重量份数计,分别称量50份混合液、15份正硅酸乙酯、8份质量分数20%盐酸置于烧杯中,搅拌混合并收集混合凝胶液,得改性前驱体;按重量份数计,分别称量90份去离子水、15份硫酸锌、15份氯化镧置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,将质量分数15%碳酸氢铵溶液滴加至混合液中,搅拌混合并滴加质量分数1%盐酸至pH至6.5,搅拌混合并静置陈化,过滤并收集滤饼,真空冷冻干燥并研磨粉碎,过200目筛,并置于管式气氛炉中,在110℃下预烧3h后,通氢气排除空气,在氢气气氛下按5℃/min升温至600℃,保温煅烧3h后,静置冷却至室温,破碎并研磨过500目筛,得改性颗粒;按重量份数计,分别称量50份氧化镁、15份二氧化钛、15份碳酸钙、5份碳酸钠、2份碳酸钾、2份氧化铝8份改性颗粒、30份改性前驱体和5份三氧化二硼置于搅拌机中,搅拌混合并收集混合料,将混合料研磨过500目筛后,再在30MPa下压制成型,收集压制坯料并将其置于马弗炉中,在300℃下预烧结3h后,再按8℃/min升温至1250℃,保温煅烧8h,静置冷却至室温,即可制备得所述的高介电活性微波介质陶瓷材料。
将本发明制备的实例1,2,3进行性能测试,具体测试结果如下表表1所示:
表1性能测试表
由上表可知,本发明制备的介质陶瓷材料具有优异的介电性能。

Claims (5)

1.一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)按重量份数计,分别称量45~50份去离子水、25~35份质量分数80%乙醇溶液、3~5份十六烷基三甲基溴化铵、2~3份十二烷基磺酸钠置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液;
(2)再按重量份数计,分别称量45~50份混合液、10~15份正硅酸乙酯、6~8份质量分数20%盐酸置于烧杯中,搅拌混合并收集混合凝胶液,得改性前驱体;
(3)按重量份数计,分别称量85~90份去离子水、10~15份硫酸锌、10~15份氯化镧置于三角烧瓶中,搅拌混合并收集混合液,将碳酸氢铵溶液滴加至混合液中,搅拌混合并调节pH至6.5;
(4)待pH调节完成后,搅拌混合并静置陈化,过滤并收集滤饼,真空冷冻干燥并研磨粉碎,过筛并置于管式气氛炉中,预烧后,通氢气排除空气,升温加热并保温煅烧,静置冷却至室温,破碎并研磨过筛,得改性颗粒;
(5)按重量份数计,分别称量45~50份氧化镁、10~15份二氧化钛、10~15份碳酸钙、3~5份碳酸钠、1~2份碳酸钾、1~2份氧化铝6~8份改性颗粒、25~30份改性前驱体和3~5份三氧化二硼置于搅拌机中,搅拌混合并收集混合料,将混合料研磨过筛后,压制成型;
(6)收集压制坯料并将其置于马弗炉中,预烧结后,程序升温并保温煅烧,静置冷却至室温,即可制备得所述的高介电活性微波介质陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述的预烧温度为100~110℃。
3.根据权利要求1所述的一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述的升温加热并保温煅烧为按5℃/min升温至550~600℃,保温煅烧2~3h。
4.根据权利要求1所述的一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:步骤(5)所述的压制成型压力为20~30MPa。
5.根据权利要求1所述的一种高介电活性微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:步骤(6)所述的程序升温并保温煅烧为按8℃/min升温至1200~1250℃,保温煅烧6~8h。
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