CN110357608A - 一种ms-lt复合微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MS‑LT复合微波介质陶瓷，具有下式所示的通式：Mg2.1‑xCoxSiO4‑Li2TiO3；其中，x＝0～0.1；所述MS‑LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为0～40％。与现有技术相比，本发明提供的MS‑LT复合微波介质陶瓷以上述特定通式的复合氧化物为主体材料，通过调整Li2TiO3的含量可以实现介电常数在7～10之间，频率温度系数的连续可调；并且，该MS‑LT复合微波介质陶瓷结构稳定，具有特定的介电常数和较高的Q×f值，同时谐振频率温度系数连续可调。实验结果表明，本发明提供的MS‑LT复合微波介质陶瓷的介电常数在7～9.7，Q×f≥41200GHz，可高达135600GHz，相比于同介电常数的其他体系微波介质陶瓷，本体系Q×f值高，介电损耗低；同时，谐振频率温度系数在‑40ppm/℃～+22ppm/℃之间连续可调，烧结温度低至950度，配方可灵活调整。
Description
技术领域
本发明涉及微波介质陶瓷技术领域，更具体地说，是涉及一种MS-LT复合微波介质陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着5G时代来临，为了满足人们超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性的需求，需要使用Massive MIMO技术对天线和滤波器进行大规模集成化、小型化和轻量化。陶瓷介质波导滤波器在满足性能的前提条件下，凭借轻量化、频率温度性能好以及小型化优势成为主设备商主要选择方案之一。全球范围内5G部署的频段主要有Sub-6及毫米波。波长较短的毫米波因较窄的波束，为数据传输提供更好的分辨率和安全性，且速度快、数据量大，时延小而备受青睐。同等尺寸下频率与介电常数的平方根成反比，因此毫米波应用需要介电常数低于10的微波介质材料来实现。现阶段研究多的镁橄榄石体系、硅锌矿体系、MgAl2O4、ZnAl2O4均存在频率温度系数过大且烧结温度高的缺点，限制了大规模使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MS-LT复合微波介质陶瓷及其制备方法，本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷的介电常数为7～10，Q×f值高、介电损耗低，同时谐振频率温度系数连续可调。
本发明提供了一种MS-LT复合微波介质陶瓷，具有式(I)所示的通式：
Mg2.1-xCoxSiO4-Li2TiO3 式(I)；
式(I)中，x＝0～0.1；所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为0～40％。
优选的，还包括：
添加剂；
所述添加剂由质量比为(1～10)：(10～30)：(15～40)：(12～40)：(1～10)的SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO制备而成。
优选的，所述添加剂的制备方法具体为：
将SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO混合后球磨，再在900℃～1200℃下熔融10min～30min，分离后破碎、过筛，得到添加剂。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的MS-LT复合微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
a)将MgCO3、Co3O4和SiO2混合后，进行第一次研磨处理，再经第一次预烧结，得到MS预烧料；
b)将Li2CO3和TiO2混合后，进行第二次研磨处理，再经第二次预烧结，得到LT预烧料；
c)将所述MS预烧料和LT预烧料混合后，进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料；
d)在所述MS-LT粉料中加入粘合剂进行造粒成型，得到陶瓷生坯；再将得到的陶瓷生坯进行烧结，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
优选的，步骤a)中所述第一次研磨处理的过程具体为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：(1～4)：(2～3)的质量比混合，在200r/min～300r/min的转速下球磨6h～10h，然后在80℃～150℃下烘干，得到第一次研磨处理后的混料。
优选的，步骤a)中所述第一次预烧结的温度为800℃～1100℃，升温速率为2℃/min～4℃/min，保温时间为2h～3h。
优选的，步骤b)中所述粘合剂为质量百分含量为6％～8％的聚乙烯醇水溶液；
所述MS-LT粉料与粘合剂的质量比为100：(7～10)。
优选的，步骤b)中所述造粒成型的过程具体为：
在所述MS-LT粉料中加入粘合剂，造粒研磨0.5h～1.5h，过30目～50目筛，再将得到的粉料在80MPa～120MPa的压力下压制成型，得到陶瓷生坯。
优选的，步骤b)中所述烧结的温度为950℃～1300℃，升温速率为2℃/min～4℃/min，保温时间为2h～4h。
优选的，所述步骤c)还包括：
将所述MS预烧料、LT预烧料与添加剂混合后，再进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料。
本发明提供了一种MS-LT复合微波介质陶瓷，具有下式所示的通式：Mg2.1- xCoxSiO4-Li2TiO3；其中，x＝0～0.1；所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为0～40％。与现有技术相比，本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷以上述特定通式的复合氧化物为主体材料，通过调整Li2TiO3的含量可以实现介电常数在7～10之间，频率温度系数的连续可调；并且，该MS-LT复合微波介质陶瓷结构稳定，具有特定的介电常数和较高的Q×f值，同时谐振频率温度系数连续可调。实验结果表明，本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷的介电常数在7～9.7，Q×f≥41200GHz，可高达135600GHz，相比于同介电常数的其他体系微波介质陶瓷，本体系Q×f值高，介电损耗低；同时，谐振频率温度系数在-40ppm/℃～+22ppm/℃之间连续可调，配方可灵活调整。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，烧结温度低至950℃，且符合环保要求，无毒、对环境无污染，适宜大规模的产业化，具有十分广阔的发展前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种MS-LT复合微波介质陶瓷，具有式(I)所示的通式：
Mg2.1-xCoxSiO4-Li2TiO3 式(I)；
式(I)中，x＝0～0.1；所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为0～40％。
在本发明中，所述MS-LT复合微波介质陶瓷由MS(Mg2.1-xCoxSiO4)和LT(Li2TiO3)复合而成；其中，MS由MgO、Co3O4和SiO2为基础复合而成，LT由LiCO3和TiO2为基础复合而成。在本发明中，所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为0％～40％，优选为10％～30％；在本发明优选的实施例中，所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量分别为0％、10％、20％、30％、40％。在本发明中，所述Li2TiO3的添加主要是为了提高介电常数及调节谐振频率温度系数趋近于零；如果Li2TiO3的加入量多于40％时，Q×f值则会急剧降低。
在本发明中，x＝0～0.1，优选为0.05；在本发明优选的实施例中，所述x的取值分别为0、0.05、0.1。
本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷以上述特定通式的复合氧化物为主体材料，可以实现介电常数在7～10之间，同时将具有负谐振频率温度系数的Mg2.1-xCoxSiO4(x＝0～0.1)陶瓷和具有正谐振频率温度系数的Li2TiO3陶瓷相复合，提供了包括Mg2.1-xCoxSiO4(x＝0～0.1)和Li2TiO3两种晶相结构的复合微波介质陶瓷，这样不仅使复合后的微波介质陶瓷谐振频率温度系数趋近于零，而且提高了陶瓷的Q×f值；并且，该MS-LT复合微波介质陶瓷结构稳定，同时谐振频率温度系数连续可调，配方可灵活调整。
在本发明中，所述MS-LT复合微波介质陶瓷优选还包括：
添加剂。
在本发明中，所述添加剂优选由质量比为(1～10)：(10～30)：(15～40)：(12～40)：(1～10)的SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO制备而成，更优选由质量比为8：27：30：25：10的SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO制备而成。
在本发明中，所述添加剂的制备方法优选具体为：
将SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO混合后球磨，再在900℃～1200℃下熔融10min～30min，分离后破碎、过筛，得到添加剂；
更优选为：
将SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO混合后球磨，干燥、过筛后，再在1000℃下熔融20min，分离后破碎、过筛，得到添加剂。
本发明对所述球磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的球磨机即可。在本发明中，所述球磨的时间优选为20h～30h，更优选为24h。在本发明中，所述分离的方式优选为用水进行萃取分离，本发明对此没有特殊限制。本发明对所述破碎的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的破碎方法即可。在本发明中，所述过筛的筛孔大小优选为150目～250目，更优选为200目。本发明采用上述制备方法，能够获得细化的添加剂，便于后续使用。
在本发明中，所述添加剂的量优选不超过所述MS-LT复合微波介质陶瓷的质量的2％，更优选为1％～2％。
在本发明中，所述添加剂能够降低烧结温度，同时抑制钛还原，提升Q×f值。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的MS-LT复合微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
a)将MgCO3、Co3O4和SiO2混合后，进行第一次研磨处理，再经第一次预烧结，得到MS预烧料；
b)将Li2CO3和TiO2混合后，进行第二次研磨处理，再经第二次预烧结，得到LT预烧料；
c)将所述MS预烧料和LT预烧料混合后，进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料；
d)在所述MS-LT粉料中加入粘合剂进行造粒成型，得到陶瓷生坯；再将得到的陶瓷生坯进行烧结，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
本发明首先将MgCO3、Co3O4和SiO2混合后，进行第一次研磨处理，再经第一次预烧结，得到MS预烧料。本发明对所述MgCO3、Co3O4和SiO2的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述MgCO3、Co3O4和SiO2的用量按照式(I)所示的通式中Mg2.1-xCoxSiO4的化学计量比计算。
在本发明中，所述第一次研磨处理的过程优选具体为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：(1～4)：(2～3)的质量比混合，在200r/min～300r/min的转速下球磨6h～10h，然后在80℃～150℃下烘干，得到第一次研磨处理后的混料；
更优选为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：2：2的质量比混合，在250r/min的转速下球磨6h，然后在150℃下烘干，得到第一次研磨处理后的混料。
本发明对所述球磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的行星式球磨机即可。
得到所述第一次研磨处理后的混料后，本发明将得到的第一次研磨处理后的混料进行第一次预烧结，得到MS预烧料。在本发明中，所述第一次预烧结的温度优选为800℃～1100℃，更优选为1000℃；所述第一次预烧结的升温速率优选为2℃/min～4℃/min，更优选为3℃/min；所述第一次预烧结的保温时间优选为2h～3h，更优选为3h。
本发明在得到MS预烧料前，优选还包括对第一次预烧结后的产物进行冷却；采用本领域技术人员熟知的随炉冷却的技术方案即可，本发明对此没有特殊限制。
同时，本发明将Li2CO3和TiO2混合后，进行第二次研磨处理，再经第二次预烧结，得到LT预烧料。本发明对所述Li2CO3和TiO2的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述Li2CO3和TiO2的用量按照式(I)所示的通式中Li2TiO3的化学计量比计算，即Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比计算。
在本发明中，所述第二次研磨处理的过程与所述第一次研磨处理的过程相同，优选具体为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：(1～4)：(2～3)的质量比混合，在200r/min～300r/min的转速下球磨6h～10h，然后在80℃～150℃下烘干，得到第二次研磨处理后的混料；
更优选为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：2：2的质量比混合，在250r/min的转速下球磨6h，然后在150℃下烘干，得到第二次研磨处理后的混料。
本发明对所述球磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的行星式球磨机即可。
得到所述第二次研磨处理后的混料后，本发明将得到的第二次研磨处理后的混料进行第二次预烧结，得到LT预烧料。在本发明中，所述第二次预烧结的温度优选为800℃～1100℃，更优选为1000℃；所述第二次预烧结的升温速率优选为2℃/min～4℃/min，更优选为3℃/min；所述第二次预烧结的保温时间优选为2h～3h，更优选为2h。
本发明在得到LT预烧料前，优选还包括对第二次预烧结后的产物进行冷却；采用本领域技术人员熟知的随炉冷却的技术方案即可，本发明对此没有特殊限制。
得到所述MS预烧料和LT预烧料后，本发明将所述MS预烧料和LT预烧料混合后，进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料。本发明优选还包括：
将所述MS预烧料、LT预烧料与添加剂混合后，再进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料。在本发明中，所述添加剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。在本发明中，所述添加剂的量优选不超过所述MS预烧料、LT预烧料总质量的2％，更优选为1％～2％。
在本发明中，所述第三次研磨处理的过程与所述第一次研磨处理的过程相同，优选具体为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：(1～4)：(2～3)的质量比混合，在200r/min～300r/min的转速下球磨6h～10h，然后在80℃～150℃下烘干，得到MS-LT粉料；
更优选为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：2：2的质量比混合，在250r/min的转速下球磨10h，然后在80℃下烘干，得到MS-LT粉料。
本发明对所述球磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的行星式球磨机即可。
得到所述MS-LT粉料后，本发明在所述MS-LT粉料中加入粘合剂进行造粒成型，得到陶瓷生坯；再将得到的陶瓷生坯进行烧结，得到MS-LT复合微波介质陶瓷。在本发明中，所述粘合剂有足够的黏性，能够保证良好的成型性和坯体的机械强度，且高温煅烧后能全部挥发，使坯体中不留有粘合剂残留杂质。在本发明中，所述粘合剂优选为质量百分含量为6％～8％的聚乙烯醇水溶液，更优选为质量百分含量为7％的聚乙烯醇水溶液。在本发明中，所述聚乙烯醇经高温煅烧(后续烧结过程)后变成CO2和H2O，能全部挥发。
在本发明中，所述MS-LT粉料与粘合剂的质量比优选为100：(7～10)，更优选为100：7。
在本发明中，所述造粒成型的过程优选具体为：
在所述MS-LT粉料中加入粘合剂，造粒研磨0.5h～1.5h，过30目～50目筛，再将得到的粉料在80MPa～120MPa的压力下压制成型，得到陶瓷生坯；
更优选为：
在所述MS-LT粉料中加入粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将得到的粉料在100MPa的压力下压制成型，得到陶瓷生坯。在本发明中，所述造粒研磨的过程能够使所述MS-LT粉料与粘合剂混合均匀并进行造粒。
在本发明中，所述陶瓷生坯优选为厚度为4mm～10mm、直径为8mm～20mm的薄圆柱形的坯体，更优选为厚度为6mm、直径为13mm的薄圆柱形的坯体(直径高度比约为2.0的圆柱体)。
在本发明中，所述烧结的温度优选为950℃～1300℃，更优选为950℃～1080℃；所述烧结的升温速率优选为2℃/min～4℃/min，更优选为3℃/min；所述烧结的保温时间优选为2h～4h，更优选为2h。
本发明在烧结后，优选还包括对烧结后的产物进行冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；采用本领域技术人员熟知的随炉冷却的技术方案即可，本发明对此没有特殊限制。
本发明提供的制备方法工艺简单，烧结温度低至950℃，且符合环保要求，无毒、对环境无污染，适宜大规模的产业化，具有十分广阔的发展前景。
本发明提供了一种MS-LT复合微波介质陶瓷，具有下式所示的通式：Mg2- xBaxAl4Si5O18-Li2TiO3；式中，x＝0～0.16；所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为6％～24％。与现有技术相比，本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷以上述特定通式的复合氧化物为主体材料，通过调整Li2TiO3的含量可以实现介电常数在4～6之间，频率温度系数的连续可调；并且，该MS-LT复合微波介质陶瓷结构稳定，具有特定的介电常数和较高的Q×f值，同时谐振频率温度系数连续可调。实验结果表明，本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷的介电常数在4～5.8，Q×f≥35800GHz，可高达87600GHz，相比于同介电常数的其他体系微波介质陶瓷，本体系Q×f值高，介电损耗低；同时，谐振频率温度系数在-12ppm/℃～+13ppm/℃之间连续可调，配方可灵活调整。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，烧结温度低至950℃，且符合环保要求，无毒、对环境无污染，适宜大规模的产业化，具有十分广阔的发展前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的药品原料均为市售商品；其中，粘合剂为质量百分含量为7％的聚乙烯醇水溶液；添加剂为复合氧化物，由质量比为8：27：30：25：10的SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO制备而成，具体为：
将SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO混合后球磨24h，干燥、过筛后，再在1000℃下熔融20min，然后用去离子水进行萃取分离，粉碎后过200目筛，得到添加剂。
实施例1
(1)按照化学式Mg2.1SiO4称取149.33g MgCO3和50.67g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取80g MS预烧料、20g LT预烧料，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1300℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的20％。
对本发明实施例1提供的MS-LT复合微波介质陶瓷的各项性能进行测试，具体为：
将所制备的陶瓷样品表面抛光，采用Agiligent 8722ET网络分析仪，根据Hakki-Coleman法测定介电常数εr和品质因子Q×f；另外，谐振频率温度系数的测定是将网络分析仪与恒温箱直接相连，测试在20℃～85℃的温度范围内谐振频率的变化值，然后按照式(II)所示公式计算出τf值；
本发明实施例1提供的MS-LT复合微波介质陶瓷的各项性能的测试结果为：εr＝8.3，Q×f＝68500GHz(10GHz)，τf＝0ppm/℃。
实施例2
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取80g MS预烧料、20g LT预烧料，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1300℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的20％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例2提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝8.6，Q×f＝87300GHz(10GHz)，τf＝0.15ppm/℃。
实施例3
(1)按照化学式Mg2Co0.1SiO4称取142.46g MgCO3、6.78g Co3O4和50.76g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取80g MS预烧料、20g LT预烧料，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1300℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的20％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例3提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝8，Q×f＝71300GHz(10GHz)，τf＝0.3ppm/℃。
实施例4
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取80g MS预烧料、20g LT预烧料和1g添加剂，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1080℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的20％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例4提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝8.5，Q×f＝94500GHz(10GHz)，τf＝0.2ppm/℃。
实施例5
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取80g MS预烧料、20g LT预烧料和2g添加剂，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在950℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的20％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例5提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝7.5，Q×f＝78000GHz(10GHz)，τf＝0.3ppm/℃。
实施例6
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取100g MS预烧料、0g LT预烧料和1g添加剂，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1080℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的0％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例6提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝7，Q×f＝135600GHz(10GHz)，τf＝-40ppm/℃。
实施例7
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取90g MS预烧料、10g LT预烧料和1g添加剂，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1080℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的10％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例7提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝7.5，Q×f＝113500GHz(10GHz)，τf＝-15ppm/℃。
实施例8
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取70g MS预烧料、30g LT预烧料和1g添加剂，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1080℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的30％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例8提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝9，Q×f＝74300GHz(10GHz)，τf＝11ppm/℃。
实施例9
(1)按照化学式Mg2.05Co0.05SiO4称取145.9g MgCO3、3.39g Co3O4和50.72g SiO2，混合得到第一混合料；将所述第一混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)3h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到MS预烧料。
(2)按照Li2CO3：TiO2＝1：1的摩尔比称取96.09g Li2CO3及103.91g TiO2，混合得到第二混合料；将所述第二混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星磨湿法球磨6h，在150℃烘干后，在1000℃预烧(在大气气氛中)2h，升温速率为3℃/min，随炉冷却，得到LT预烧料。
(3)称取60g MS预烧料、40g LT预烧料和1g添加剂，混合得到第三混合料；将所述第三混合料、玛瑙球及去离子水以1：2：2的质量比，用行星湿法球磨10h，在80℃烘干后，得到MS-LT粉料。
(4)在所述MS-LT粉料中加入粉料质量的7％的粘合剂，造粒研磨1h，过40目筛，再将粉料压制成厚为6mm、直径为13mm的薄圆柱坯体，压力为100MPa；将坯体在1080℃烧结成瓷，升温速率为3℃/min，保温时间为2h，然后随炉冷却，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；其中，LT的质量占MS-LT复合微波介质陶瓷总质量的40％。
按照实施例1提供的测试方法对本发明实施例9提供的微波介质陶瓷的各项性能进行测试，测试结果为：εr＝9.7，Q×f＝41200GHz(10GHz)，τf＝22ppm/℃。
实验结果表明，本发明提供的MS-LT复合微波介质陶瓷的介电常数在7～9.7，Q×f≥41200GHz，可高达135600GHz，相比于同介电常数的其他体系微波介质陶瓷，本体系Q×f值高，介电损耗低；同时，谐振频率温度系数在-40ppm/℃～+22ppm/℃之间连续可调，配方可灵活调整。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单，烧结温度低至950℃，且符合环保要求，无毒、对环境无污染，适宜大规模的产业化，具有十分广阔的发展前景。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种MS-LT复合微波介质陶瓷，具有式(I)所示的通式：
Mg2.1-xCoxSiO4-Li2TiO3 式(I)；
式(I)中，x＝0～0.1；所述MS-LT复合微波介质陶瓷中Li2TiO3的质量百分含量为0～40％。
2.根据权利要求1所述的MS-LT复合微波介质陶瓷，其特征在于，还包括：
添加剂；
所述添加剂由质量比为(1～10)：(10～30)：(15～40)：(12～40)：(1～10)的SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO制备而成。
3.根据权利要求2所述的MS-LT复合微波介质陶瓷，其特征在于，所述添加剂的制备方法具体为：
将SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3和MgO混合后球磨，再在900℃～1200℃下熔融10min～30min，分离后破碎、过筛，得到添加剂。
4.一种权利要求1所述的MS-LT复合微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
a)将MgCO3、Co3O4和SiO2混合后，进行第一次研磨处理，再经第一次预烧结，得到MS预烧料；
b)将Li2CO3和TiO2混合后，进行第二次研磨处理，再经第二次预烧结，得到LT预烧料；
c)将所述MS预烧料和LT预烧料混合后，进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料；
d)在所述MS-LT粉料中加入粘合剂进行造粒成型，得到陶瓷生坯；再将得到的陶瓷生坯进行烧结，得到MS-LT复合微波介质陶瓷；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述第一次研磨处理的过程具体为：
将混合后的原料、玛瑙球和水以1：(1～4)：(2～3)的质量比混合，在200r/min～300r/min的转速下球磨6h～10h，然后在80℃～150℃下烘干，得到第一次研磨处理后的混料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述第一次预烧结的温度为800℃～1100℃，升温速率为2℃/min～4℃/min，保温时间为2h～3h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述粘合剂为质量百分含量为6％～8％的聚乙烯醇水溶液；
所述MS-LT粉料与粘合剂的质量比为100：(7～10)。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述造粒成型的过程具体为：
在所述MS-LT粉料中加入粘合剂，造粒研磨0.5h～1.5h，过30目～50目筛，再将得到的粉料在80MPa～120MPa的压力下压制成型，得到陶瓷生坯。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述烧结的温度为950℃～1300℃，升温速率为2℃/min～4℃/min，保温时间为2h～4h。
10.根据权利要求4～9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)还包括：
将所述MS预烧料、LT预烧料与添加剂混合后，再进行第三次研磨处理，得到MS-LT粉料。
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