CN110407579A - 一种具有超高q值微波介质材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有超高Q值微波介质材料及其制备方法，所述微波介质材料的化学组成为(1‑x)BMT‑xG，所述BMT为含有Ba、Mg和Ta元素的微波介质材料，G为含有Ba、B、Mg、Zn、Ti五种氧化物成分的玻璃组分，0.1 wt%≤x≤2 wt%。

Description

一种具有超高Q值微波介质材料及其制备方法
技术领域
本发明是涉及一种具有超高Q值的微波介质材料及其制备方法，属于陶瓷材料领域。
背景技术
微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300MHz～3000GHz)中起到集总元件功能或者其它绝缘等功能的一种功能陶瓷，它不仅能作为微波电路中的绝缘基片材料，也是制作介质谐振器、滤波器等微波功能器件的关键材料，为近年来高速发展的一种新型功能材料。微波介质陶瓷具有介电常数可调、品质因素高、频率温度适应性好等优点，已被广泛应用于卫星、移动通讯等微波通信领域。
随着移动5G通讯和卫星通讯技术的发展，通讯频率逐渐提高、带宽增大，传统的腔体滤波器等器件已不能满足微波通信设备的性能要求，微波介质器件的发展对介质材料提出了更高的要求。根据器件的设计要求，合适的介电常数能够满足器件尺寸和频率的设计要求，较高的Q值增强器件的选频特性，而近零的频率温度系数能够提高器件的适应性，扩大应用范围。而对于Ba(Mg1/3Ta2/3)O3介质陶瓷，由于其具有优异的微波介电性能，被广泛应用于卫星通信等高端领域；但是该材料系统具有典型的制备难的特点，烧结温度高(＞1700℃)、保温时间长，由此造成材料成分挥发、性能的下降、成品率低等问题。
目前，制备Ba(Mg1/3Ta2/3)O3陶瓷有固相反应法、溶胶凝胶法、水热法等各种方法，传统的固相反应法多存在工艺性差、性能调控难等问题，溶胶凝胶法、水热法等存在成本高、产出率低等问题，因而开发工艺简单、可控性好的制备高性能Ba(Mg1/3Ta2/3)O3陶瓷方法成为研究的热点。
发明内容
为此，本发明提供了一种介电常数23～26，超高Q·f＞150000，谐振频率温度系数-5～10ppm/℃连续可调，成本低，且易于大批量生产的高性能Ba(Mg1/3Ta2/3)O3微波介质陶瓷材料及其制备方法。
一方面本发明提供了一种具有超高Q值的微波介质材料，所述微波介质材料的化学组成为(1-x)BMT-xG，其中BMT为含有Ba、Mg和Ta元素的微波介质材料，G为含有Ba、B、Mg、Zn、Ti五种元素氧化物的玻璃组分，0.1wt％≤x≤2wt％。
较佳地，所述BMT的组成包括BaO、MgO和Ta2O5，所述BaO、MgO和Ta2O5的摩尔比为(48～50)：(17～18)：(16.5～17.5)，优选为3:1:1。
较佳地，所述G的组成包括：20～60wt％BaO、10～30wt％B2O3、20～50wt％MgO、10～35wt％ZnO和1～9wt％TiO2，各组成的质量百分比之和为100％。
较佳地，所述微波介质材料的介电常数为23～26，谐振温度系数为-5～10ppm/℃和Q·f值＞150000。
另一方面，本发明还提供了一种如上所述的具有超高Q值的微波介质材料的制备方法，将BMT粉体和G粉体按照化学组成(1-x)BMT-xG混合，再经球磨、造粒和成型后，先升温至1550～1600℃下保温4～6小时，再降温至1300～1350℃下保温4～6小时，得到所述具有超高Q值的微波介质材料。
本发明通过在BMT粉体(含有Ba、Mg和Ta元素的微波介质材料)中添加少量的G玻璃成分会对陶瓷的烧结起到助烧的作用。本发明采用的G玻璃组分(含有Ba、B、Mg、Zn、Ti五种元素氧化物的玻璃组分)为含有BMT基体组分或者能与基体相固溶的元素成分的一种低熔点玻璃，此玻璃具有促进陶瓷反应烧结的作用，能显著降低陶瓷的烧结温度，同时与BMT基体具有良好的固溶特性，有助于提高了Ba(Mg1/3Ta2/3)O3单相的形成能力，更快地促进材料B位离子的有序化过程；并能防止因Mg元素的挥发导致含Ba、Ta元素的杂相形成，从而提高了材料的微波介电性能；本发明采用的材料系统还具有相比文献报道中较短的工艺周期，烧结保温时间大幅减少，极大地降低了工艺成本。研究表明，多元系统的玻璃系统一般具有良好的化学稳定性，因此，本发明中采用的玻璃添加剂由于Mg、Ti等多元元素的引入，使得玻璃粉体化学稳定性提高，使其利于存放储存，改善了材料制备的工艺特性。
较佳地，将Ba源、Mg源和Ta源按照BMT的组成混合，然后在1000～1100℃下保温至少20小时，得到所述BMT粉体；优选地，所述Ba源为BaCO3或/BaO，所述Mg源为MgO或/和碱式MgCO3，所述Ta源为Ta2O5。
较佳地，所述G粉体的粒度D90＜1μm。
较佳地，将Ba源、B源、Mg源、Zn源、Ti源按照G的组成配比混合后，在1300℃～1400℃下熔制2～3小时，再经淬冷和粉碎，得到所述G粉体；优选地，所述Ba源为BaCO3或/BaO，所述B源为H3BO3或/和B2O3，所述Mg源MgO或/和碱式MgCO3，所述Zn源为ZnO，所述Ti源为TiO2。
较佳地，所述升温的速率为5～10℃/分钟。
较佳地，所述降温的速率为1～5℃/分钟，优选为1℃/分钟。
本发明制备的微波介质陶瓷材料介电常数在23～26，谐振温度系数在-5～10ppm/℃内连续可调，同时还具有＞150000的较高Q·f值，可作为微波移动通讯用滤波器、谐振器、双工器等电子元器件的关键核心材料，广泛应用于卫星通信、移动通信、等现代通信行业。
与现有技术相比，本发明制备的单相Ba(Mg1/3Ta2/3)O3陶瓷的方法具有工艺简单的特点，在保证材料性能的同时能够显著提高材料的成品率，适合大批量的工业生产，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明中掺杂G添加剂前后微波介质材料的XRD图；
图2为本发明中微波介质材料的G掺入量与陶瓷品质因数的关系曲线图。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明提供了一种具有超高Q值的微波介质材料，是由(1-x)BMT-xG系统组成，其中BMT为含有Ba、Mg和Ta元素的微波介质材料，G为含有Ba、B、Mg、Zn、Ti中五种元素氧化物成分的纳米玻璃粉体。其中G的质量百分含量x在0.1～2wt％，过高的玻璃添加量、(>2wt％)易导致材料性能的急剧恶化，少于0.1wt％的添加量达不到助烧的效果，同时材料性能得不到有效的提高。
可选地，所述微波介质材料BMT组成可选为BaO+MgO+Ta2O5，其中BaO+MgO+Ta2O5的摩尔比可为(48～50)：(17～18)：(16.5～17.5)，优选为3:1:1。可选地，所述玻璃材料G为含有五种元素氧化物的玻璃系统，其组成配比可如下：20～60wt％BaO、10～30wt％B2O3、20～50wt％MgO、10～35wt％ZnO和1～9wt％TiO2；上述各组成的质量百分比之和为100％，进一步可选地，所述玻璃材料G的组成配比可如下：BaO：20～60wt％；B2O3：10～30wt％；MgO：20～50wt％；ZnO：10～35wt％；TiO2：1～9wt％；上述各组成的质量百分比之和为100％。
以下示例性地说明本发明提供的具有超高Q值的微波介质材料的制备方法。
BMT粉体的制备。按照BMT的组成将Ba源、Mg源和Ta源混合，然后在1000～1100℃下保温至少20小时，得到所述BMT粉体。所述Ba源可为BaCO3或/BaO。所述Mg源可为MgO或/和碱式MgCO3。所述Ta源可为Ta2O5。作为一个示例，将BMT微波介质材料各原料按摩尔配比称取，然后加水，在行星球磨机上用锆球磨成浆料，再烘干，煅烧合成，得到BMT粉体。其中，球磨浆料粒度D50＜2μm，合成温度在1000～1100℃下保温不低于20小时。
G粉体(G纳米玻璃粉体或G添加剂)体的制备。将G玻璃按组成配比称料混合，于铂金坩埚中熔制成玻璃液后，倒入水中淬冷成碎玻璃，再在超细球磨机中制成G纳米玻璃粉体。所得水淬碎玻璃为透明玻璃材料，烘干后于无水乙醇介质中超细球磨制得纳米玻璃粉体粒度D90＜1μm。作为一个示例，将Ba源、B源、Mg源、Zn源、Ti源按照G的组成配比混合后，在1300℃～1400℃下熔制2～3小时，再经淬冷和粉碎，得到所述G粉体。所述Ba源为BaCO3或/BaO，所述B源为H3BO3或/和B2O3，所述Mg源MgO或/和碱式MgCO3，所述Zn源为ZnO，所述Ti源为TiO2。所述G粉体的粒度以D90＜1μm最佳，由于G粉添加量极其微少，粒度较粗的G料不易分散均匀，造成玻璃相的残余和BMT主晶相的偏析，引起性能的急剧恶化；烧结过程中，G添加料能够形成离子迁移通道，参与BMT主相的形成，促进离子有序化的进程，微量的纳米级的粉体在起到助烧传质的过程中，不会造成BMT杂相的产生，同时改善了材料的烧结特性和微波性能。
将BMT粉体和G粉体按一定比例混合、球磨、造粒和成型，于特定烧结制度下烧结成所述具有超高Q值的微波介质材料。将BMT粉体和G粉体的总质量计为100wt％，所述G粉体的质量百分含量在0.1～2wt％之间。上述特定烧结制度可为先按5～10℃/min升温至1550～1600℃，保温4～6小时，再按1℃/min降至1300～1350℃，再保温4～6小时结束。
本发明制得的具有超高Q值的微波介质材料的介电常数在23～26，谐振温度系数在-5～10ppm/℃内连续可调，同时具有＞150000的较高Q·f值。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.106mol、Ta2O5 0.106mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.5μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 52.88g，硼酸H3BO3 21.05g，MgO 9.48g，ZnO15.01g，TiO2 1.58g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.7μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取99gBMT合成粉料和1gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.5μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1580℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例2
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.106mol、Ta2O5 0.104mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 56.58g，硼酸H3BO3 17.04g，MgO 6.39g，ZnO18.39g，TiO2 1.6g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.7μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取99.5gBMT合成粉料和0.5gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1600℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例3
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.106mol、Ta2O5 0.103mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 56.58g，硼酸H3BO3 17.04g，MgO 6.39g，ZnO18.39g，TiO2 1.6g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.7μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取99gBMT合成粉料和1.0gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.5μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1590℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例4
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.106mol、Ta2O5 0.105mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.3μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 56.58g，硼酸H3BO3 17.04g，MgO 6.39g，ZnO18.39g，TiO2 1.6g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.6μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取98.5gBMT合成粉料和1.5gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.5μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1580℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例5
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.300mol、碱式MgCO3 0.110mol、Ta2O50.101mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 56.58g，硼酸H3BO3 17.04g，MgO 6.39g，ZnO18.39g，TiO2 1.6g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.7μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取99gBMT合成粉料和1.0gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1590℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例6
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.300mol、碱式MgCO3 0.110mol、Ta2O50.102mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 44.55g，硼酸H3BO3 30.06g，MgO 6.15g，ZnO18.85g，TiO2 0.38g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.7um，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取98.5gBMT合成粉料和1.5gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1590℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例7
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.300mol、碱式MgCO3 0.110mol、Ta2O50.104mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 50.5g，硼酸H3BO3 28g，MgO 5.87g，ZnO 9.54g，TiO2 0.37g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.8μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取98.8gBMT合成粉料和1.2gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.5μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1590℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
实施例8
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.108mol、Ta2O5 0.108mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 56.58g，硼酸H3BO3 17.04g，MgO 6.39g，ZnO18.39g，TiO2 1.6g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.7μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取98gBMT合成粉料和2.0gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1600℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
对比例1
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.106mol、Ta2O5 0.106mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.6μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)称取100gBMT合成粉料，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.5um，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1600℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
对比例2
(1)准确称取纯度大于99.9％的BaCO3 0.3mol、碱式MgCO3 0.106mol、Ta2O5 0.106mol，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2:2；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为1.5μm，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。将烘干的粉料装入匣钵中，在1100℃下煅烧20h后，随炉冷却，制得BMT合成粉料；
(2)准确称取纯度大于99％的BaCO3 56.58g，硼酸H3BO3 17.04g，MgO 6.39g，ZnO18.39g，TiO2 1.6g，把所有称好的玻璃原料混合均匀，加入铂金坩埚中，于1350℃熔制2h，倒入水中淬冷，碎玻璃加入超细球磨机中，用无水乙醇作为介质，球磨浆料粒度D90为0.72μm，烘干玻璃浆料，制得G纳米玻璃粉体；
(3)称取97.5gBMT合成粉料和2.5gG玻璃粉添加剂，加入尼龙球磨罐中，倒入去离子水和直径10mm氧化锆球，其重量比为料：球：水＝1：2：1；球磨时间为2h，球磨浆料粒度D50为2.6um，球磨结束后将浆料倒入搪瓷盘中，放入烘箱，在130℃温度下烘干。用PVA水溶液造粒，于直径6mm的模具中100MPa的压力下成型，成型样品高度为4mm，放入马弗炉中，按8℃/min升温至1600℃，保温4h，再按1℃/min降至1300℃，再保温5h结束，制得微波介质材料，性能见表1。
表1为本发明实施例1-8和对比例1-2制备的微波介质材料的性能参数：
图1为对比例1、实施例2、实施例1、实施例8、对比例2制备的掺杂玻璃成分前后的微波介质材料的XRD图，图中可以看出掺杂本发明玻璃成分后的能够制得纯的Ba(Mg1/ 3Ta2/3)O3单相。图2为实施例1掺杂本发明玻璃对陶瓷品质因数的影响曲线，其中G粉体掺杂量0wt％、0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％分别对应本发明中对比例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例8、对比例2可以看到一定的掺入量能明显的提高了材料的品质因数。

Claims (10)

1.一种具有超高Q值的微波介质材料，其特征在于，所述微波介质材料的化学组成为(1-x)BMT-xG，所述BMT为含有Ba、Mg和Ta元素的微波介质材料，G为含有Ba、B、Mg、Zn、Ti五种氧化物成分的玻璃组分，0.1 wt%≤x≤2 wt%。
2.根据权利要求1所述的微波介质材料，其特征在于，所述BMT的组成包括BaO、MgO和Ta2O5，所述BaO、MgO和Ta2O5的摩尔比为（48～50）：（17～18）：（16.5～17.5），优选为3:1:1。
3.根据权利要求1或2所述的微波介质材料，其特征在于，所述G的组成包括：20～60wt%BaO、10～30wt% B2O3、20～50wt% MgO、10～35wt% ZnO和1～9wt% TiO2，各组成的质量百分比之和为100%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微波介质材料，其特征在于，所述微波介质材料的介电常数为23～26，谐振温度系数为-5～10 ppm/℃和Q·f值＞150000。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的具有超高Q值的微波介质材料的制备方法，其特征在于，将BMT粉体和G粉体按照化学组成(1-x)BMT-xG混合，再经球磨、造粒和成型后，先升温至1550～1600℃下保温4～6小时，再降温至1300～1350℃下保温4～6小时，得到所述具有超高Q值的微波介质材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将Ba源、Mg源和Ta源按照BMT的组成混合，然后在1000～1100℃下保温至少20小时，得到所述BMT粉体；优选地，所述Ba源为BaCO3或/BaO，所述Mg源为MgO或/和碱式MgCO3，所述Ta源为Ta2O5。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述G粉体的粒度D90＜1μm。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，将Ba源、B源、Mg源、Zn源、Ti源按照G的组成配比混合后，在1300℃～1400℃下熔制2～3小时，再经淬冷和粉碎，得到所述G粉体；优选地，所述Ba源为BaCO3或/BaO，所述B源为H3BO3或/和B2O3，所述Mg源MgO或/和碱式MgCO3，所述Zn源为ZnO，所述Ti源为TiO2。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述升温的速率为5～10℃/分钟。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述降温的速率为1～5℃/分钟，优选为1℃/分钟。
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