CN108911748A - 具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷的化学通式为Li3+aMg2‑b/3X1‑2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+、Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12，本发明经过第一次球磨混合、干燥、过筛，预烧，再经过第二次球磨混合，干燥，造粒，排胶，在空气中烧结制成；其制成品的晶相为有序正交相岩盐结构，本发明提供的微波介质陶瓷材料在少量取代形成孪晶结构后，微波介电性能出现了非常大的提升：其相对介电常数εr在9.8～17.6之间可调，Q×f值达到95000GHz～156000GHz，微波性能优异，谐振频率温度系数τf在‑33ppm/℃～‑5ppm/℃之间可调，制备工艺简单，并且性能稳定，满足现代微波器件的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，特别涉及的是一种频率温度系数近零端可调的超低损耗微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷为现代移动通讯、卫星通讯和军用雷达等所用的谐振器、滤波器、介质基板等微波元器件的关键材料。国务院早在2009年《电子信息产业调整振兴规划纲要》的文件提出研制介电常数系列化、微波介电性能优异的介质陶瓷的重要性。高频化是数字产品发展必然的趋势，随着电子信息技术不断向高频化和数字化发展，对元器件的小型化、集成化、模块化的需求也越来越迫切。在高频微波电路中，许多微波器件需要使用介质陶瓷材料作为基板，使得微波陶瓷介质基板材料愈来愈成为微波器件、部件与整机系统中使用的关键性基础材料。介电常数是介质陶瓷基板的关键性能，介电常数的范围往往决定基板材料的适用方向。例如，相对介电常数低于15的基板适用于高速数字电路的设计；相对介电常数15～80的基板可很好地完成高频线路的设计；相对介电常数高达20000的基板，则可使高容性器件集成到多层结构中。而发展低介电常数(低于20)的微波介质陶瓷材料以满足高频和高速的要求是微波介质陶瓷的重点研究发展方向。由于微波介质陶瓷材料的品质因数Q×f值越大，滤波器的插入损耗就越低，故高品质因素有利于实现微波器件良好选频性，而接近于零的频率温度系数τf意味着器件的中心频率随环境温度变化小，工作稳定性高。因此，研制在微波频率下同时具有一定范围内可调介电常数，超低损耗和接近于零的频率温度系数的微波介质陶瓷材料具有很大的应用价值。
微波介质陶瓷的性能优劣首先取决于所选材料的性能。为了满足上述的需求，一系列高性能的二元或三元Li基微波陶瓷体系被相继开发出来。《美国陶瓷协会会刊》(Journal of the American Ceramic Society)在2011年的文章《Li(3-3x)M4xNb(1-x)O4(M＝Mg,Zn)体系的相变及微波介电性能》中研究了Li2O-MgO-Nb2O3三元体系的相变机理及其对微波介电性能的影响，其中，Li3Mg2NbO6为具有高度有序结构的正交相，因其具有的优良的介电性能(εr＝16.8，Q×f＝79642GHz，τf＝-22ppm/℃)而引起了广大学者的注意。虽然Li3Mg2NbO6微波介质陶瓷具有较优良的介电性能，但是介质损耗还待进一步提升，并且和大多数原始微波陶瓷一样有共通的缺陷。其一，在1300℃左右的高温烧结环境下，Li+离子的严重挥发导致Li3Mg2NbO6的结构中存在较多气孔，增加了材料的介电损耗；其二，较大的负频率温度系数使Li3Mg2NbO6原始陶瓷材料较难满足工业运用。采用将材料放入富含Li挥发物的气氛烧结或者放入密闭空间煅烧抑制锂的挥发是两种常用的方法，前者往往工艺复杂，后者一般利用铂金坩埚或者不和原材料反应的埋烧粉料制造密闭空间，但因铂价格昂贵以及埋烧工艺复杂，都很难运用于实际工业生产中。《材料科学与工程：B》(MaterialsScience and Engineering:B)2011年的文章《Li2+xTiO3(0≤x≤0.2)的烧结性能，微观结构和微波介电性能》(Sintering behavior,microstructure and microwave dielectricproperties of Li2+xTiO3(0≤x≤0.2))一文中作者成功利用Li元素的非化学计量比实现Li2+xTiO3陶瓷综合微波性能的大幅度提升，同时一定程度下有效抑制了化学计量比原料中锂的挥发。一般的调节频率温度系数的方法是引入与基料体系频率温度系数相反的相，如在负频率温度系数体系引入TiO2(450ppm/℃)等具有正频率温度系数且易于控制的相，但此种方法对材料的介质损耗影响也较大。不过如Bian等人在《欧洲陶瓷协会会刊》(Journalof the European Ceramic Society)2010年的文章《新的高Q值岩盐结构微波介质材料：(1-x)Li2TiO3-xMgO》中报道，利用等电荷复合取代的方法，(1-x)Li2TiO3-xMgO材料即使在只有少量MgO的掺入下，即产生了Q×f值的巨大增加与τf值的调零，因此，在某些情况下，离子取代可以对频率温度系数进行调节。另外值得注意的是，在这篇文章中，Bian等人解释巨大的Q×f值增加可能来源于材料中孪晶的形成，Leu等人随后利用TEM的测试手段在《RSC先进材料期刊》(RSC advances)《(1-x)Li2TiO3-xMgO材料的有序-无序相变中》一文中证明了(1-x)Li2TiO3-xMgO体系在少量MgO加入时形成了的孪晶结构。而Davies等人首次在《美国陶瓷协会会刊》(Journal of the American Ceramic Society)1997年的文章《有序应变感生的畴界对低损耗Ba(Zn1/3Ta2/3)O3-BaZrO3微波介质材料的影响》一文中探讨了孪晶结构在少量Zr取代了Zn及Ti位的时候产生，并引发了Q×f值的极大提升。
综上所述，以YO2(Y＝Ti，Sn，Zr)为取代基对Li2O-MgO-X2O5(X＝Nb，Ta)系低损微波陶瓷材料进行少量等电荷掺杂改性(Mg2++2X5+→3Y4+)形成孪晶结构的基础上，运用非化学计量比加入过量Li2O的方法，研究一种中温烧结、超高品质因数(超低损耗)、接近于零的频率温度系数，同时可在一定范围内调节介电性能的新型微波介质陶瓷，具有良好的应用前景，能满足微波通信行业需求。
发明内容
为了克服以上所述现有技术的缺点，提供一种中温烧结、超高品质因数(超低损耗)、接近于零的频率温度系数，同时可在一定范围内调节介电性能的新型微波介质陶瓷，本发明通过在Li2O-MgO-XO2(X＝Nb，Ta)系低损微波陶瓷材料加入少量YO2(Y＝Ti，Sn，Zr)取代基进行等电荷取代以及运用非化学计量比加入过量Li2O的方法，制备出的微波介质陶瓷材料可观测出孪晶结构，并具有优异的介电性能：εr在9.8～17.6之间可调，Q×f值在95000GHz～156000GHz之间，谐振频率温度系数τf在-33ppm/℃～-5ppm/℃之间可控，制备工艺简单，并且性能稳定，易于工业化生产。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料，该陶瓷的组成通式为：Li3+ aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+、或Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12。
作为优选方式，所述微波陶瓷的原料包括碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物。
作为优选方式，所述微波介质陶瓷材料晶相为有序正交相岩盐结构。
作为优选方式，所述微波陶瓷的烧成温度为1230～1300℃，其相对介电常数为9.8～17.6，Q×f值达到95000GHz～156000GHz，谐振频率温度系数τf在-33ppm/℃～-5ppm/℃之间。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物，按照Li3+aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+或Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12的摩尔比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:(5～7):(2～4)进行研磨5～8小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在980～1050℃下预烧保温3～5h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:(5～7):(2～4)研磨2～3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1230～1300℃的温度下烧结，保温4～6h，制得最终的微波介质陶瓷材料。
作为优选方式，所述步骤1的碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O原料纯度大于99.95％，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物原料纯度大于99.99％。
作为优选方式，所述步骤1和步骤3的球磨机为行星式球磨机。
作为优选方式，所述步骤3的生胚成型压力为20MPa，生胚规格为Φ15mm×7mm的圆柱体。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种通过上述制备方法得到的具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料。
本发明可使用合适的原料形成化学通式Li3+aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5 +，Y为Ti4+或Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12。引入过量的Li2O，调节a的值以控制Li元素挥发。而因Li3Mg2XO6(X＝Nb5+、Ta5+)为有序层状结构，且X离子在某一层晶面上高度有序地交替分布。而当极少量YO2进入此晶格结构时，根据Goldschmidt规则，取代将会在X离子位于的阳离子层上发生，取代化学方程式为于是取代具有特殊的选择性，为孪晶结构的出现制造了条件。但X离子位于的阳离子层上只能容纳一少部分的Y离子，b的值必须控制在一个特定的较小值不引发结构的相变，才能保证孪晶结构存在的稳定性。而孪晶结构对于介质材料的损耗性能有极大的改善。本发明的具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料在微波频率下测得其电性能为：εr＝9.8～17.6，Q×f在95000GHz～156000GHz之间，谐振频率温度系数τf在-33ppm/℃～-5ppm/℃之间可调，烧结温度为1230～1300℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的微波介质陶瓷材料在性能上实现了较大提升，现有技术所制备的相关体系微波介质陶瓷材料，其εr在13～17之间，Q×f值在79000～95000GHz之间，其谐振频率温度系数在-22ppm/℃左右；相比之下，本发明提供的微波介质陶瓷材料的相对介电常数εr在9.8～17.6之间可调，Q×f值为95000GHz～156000GHz，谐振频率温度系数τf满足-33ppm/℃～-5ppm/℃，并且性能稳定，能够满足现代微波器件的应用需求。
2、本发明的微波介质陶瓷材料中不含Pb，Cd，Bi等挥发性有毒金属，可广泛应用于卫星通信中介质谐振器、滤波器、振荡器等微波器件中应用，绿色环保无污染，满足欧共体最新出台的RHOS(《电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》)和回收处理管理条例(WEEE)的严格标准要求。
3、本发明采用中温烧结的同时实现了较大的Q×f值,节约了时间和能源成本，应用前景广泛。
附图说明
图1的(1)、(2)、(3)例分别是实施例1、实施例5、实施例7制备的微波陶瓷介质材料的XRD分析结果；
图2是实施例2的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)所观察到的图像；
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例
一种具有复相岩盐结构的超低损耗微波介质陶瓷材料，该陶瓷的组成通式为Li3+ aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+或Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12。
所述微波陶瓷的原料包括碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物。
所述微波介质陶瓷材料晶相为有序正交相岩盐结构。
所述微波陶瓷的烧成温度为1230～1300℃，其相对介电常数为9.8～17.6，Q×f值达到95000GHz～156000GHz，谐振频率温度系数τf在-33ppm/℃～-5ppm/℃之间。
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物，按照Li3+aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+、Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12的摩尔比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:(5～7):(2～4)进行研磨5～8小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在980～1050℃下预烧保温3～5h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:(5～7):(2～4)研磨2～3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1230～1300℃的温度下烧结，保温4～6h，制得最终的微波介质陶瓷材料。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明，表1为本发明化学通式为Li3+ aMg2-b/3X1-2b/3YbO6的微波介质陶瓷材料的具体实施例的各组分质量百分含量数据表格，其中X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+、Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12。
表1各实施例的各组分质量百分含量数据
实施例1：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Nb2O5和TiO2，分别按照43.95％、25.71％、28.69％和1.65％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:5:2进行研磨6小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在1000℃下预烧保温3h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:5:2研磨2小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1260℃的温度下烧结，保温4h制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例2：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Nb2O5和TiO2，分别按照43.63％、26.16％、28.02％和2.19％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:6:3进行研磨7小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在980℃下预烧保温4h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:6:3研磨3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1250℃的温度下烧结，保温6h，制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例3：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Nb2O5和SnO2，分别按照43.28％、25.94％、28.41％和2.37％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:7:4进行研磨6小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在990℃下预烧保温5h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:7:4研磨2小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1230℃的温度下烧结，保温5h制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例4：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Nb2O5和ZrO2，分别按照56.68％、33.31％、8.20％和1.81％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:5:3进行研磨8小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在1020℃下预烧保温3h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:5:3研磨3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1270℃的温度下烧结，保温5h制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例5：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Ta2O5和TiO2，分别按照36.72％、22.23％、39.20％和1.85％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:6:4进行研磨7小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在1010℃下预烧保温4h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:6:4研磨2小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1280℃的温度下烧结，保温6h制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例6：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Ta2O5和TiO2，分别按照37.01％、21.54％、40.38％和1.07％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:7:4进行研磨6小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在1050℃下预烧保温5h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:7:4研磨3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1290℃的温度下烧结，保温6h制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例7：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Ta2O5和SnO2，分别按照36.41％、21.61％、40.56％和1.42％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:5:4进行研磨7小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在1030℃下预烧保温4h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:5:4研磨2小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1240℃的温度下烧结，保温4h制得最终的微波介质陶瓷材料。
实施例8：
步骤1：将碱式碳酸镁(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)、Li2CO3、Ta2O5和ZrO2，分别按照36.58％、21.61％、39.69％和2.12％的质量比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:6:2进行研磨5小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在1040℃下预烧保温5h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:6:2研磨3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1300℃的温度下烧结，保温6h制得最终的微波介质陶瓷材料。
表2本发明各实施例制备出的微波介质陶瓷材料的性能参数。
从表2可以看出，本发明制备出的微波介质陶瓷材料具有超高的品质因数，Q×f值为95000GHz～156000GHz，谐振频率温度系数τf为-33ppm/℃～-5ppm/℃，且相对介电常数εr可调节，其值在9.8～17.6之间。
图1的(1)、(2)、(3)分别是实施例1、实施例5、实施例7制备的微波陶瓷介质材料的XRD分析结果，从图1可以看出：该发明实施例1、实施例5、实施例7制备的微波介质陶瓷材料都为有序的正交相结构，且无其他杂相，Y离子都充分进入了晶格结构之中形成了固溶体。且随着Y掺量的不同，超晶格反射和衍射最强峰的相对强度有所变化，说明Y的进入对原有序结构的有序度产生了影响。
图2是实施例2的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)所观察到的图像，图2观察到明显孪晶结构的形成，两种晶格结构基本相同，且量结构晶面取向相互呈一定夹角生长。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：该陶瓷的组成通式为：Li3+aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+、或Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12。
2.如权利要求1所述的一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波陶瓷的原料包括碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物。
3.如权利要求1所述的一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波介质陶瓷材料晶相为有序正交相岩盐结构。
4.如权利要求1所述的一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波陶瓷的烧成温度为1230～1300℃，其相对介电常数为9.8～17.6，Q×f值达到95000GHz～156000GHz，谐振频率温度系数τf在-33ppm/℃～-5ppm/℃之间。
5.一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物，按照Li3+aMg2-b/3X1-2b/3YbO6，其中，X为Nb5+或Ta5+，Y为Ti4+或Sn4+或Zr4+，0.03≤a≤0.12，0.05≤b≤0.12的摩尔比进行备料，将得到的混合料以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:(5～7):(2～4)进行研磨5～8小时，最后得到混合均匀的混合物；
步骤2：球磨后的混合物在100℃下烘干并过60目筛，得到干燥粉体，然后在980～1050℃下预烧保温3～5h，得到样品烧块；
步骤3：将样品烧块粉碎，以二氧化锆球为球磨介质，以无水乙醇为溶剂，按照混合料：磨球：乙醇的重量比为1:(5～7):(2～4)研磨2～3小时，进行干燥、造粒处理，造粒尺寸控制在120目，将粒料放入成型模具中干压成型得到生坯；
步骤4：将步骤4得到的生坯于1230～1300℃的温度下烧结，保温4～6h，制得最终的微波介质陶瓷材料。
6.如权利要求5所述的一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1的碱式碳酸镁Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O原料纯度大于99.95％，Li2CO3，Nb或Ta的稀土氧化物，钛或锡或锆的氧化物原料纯度大于99.99％。
7.如权利要求5所述的一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1和步骤3的球磨机为行星式球磨机。
8.如权利要求5所述的一种具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3的生胚成型压力为20MPa，生胚规格为Φ15mm×7mm的圆柱体。
9.权利要求5至8任意一项制备方法得到的具有孪晶结构的超低损耗微波介质陶瓷材料。
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