CN111116186B - 一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111116186B
CN111116186B CN202010006939.4A CN202010006939A CN111116186B CN 111116186 B CN111116186 B CN 111116186B CN 202010006939 A CN202010006939 A CN 202010006939A CN 111116186 B CN111116186 B CN 111116186B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric ceramic
constant
dielectric
low
ceramic material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010006939.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111116186A (zh
Inventor
应红
杨月霞
刘光明
杨彬
邢晶
付清波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Sinocera Functional Material Co Ltd
Original Assignee
Shandong Sinocera Functional Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Sinocera Functional Material Co Ltd filed Critical Shandong Sinocera Functional Material Co Ltd
Priority to CN202010006939.4A priority Critical patent/CN111116186B/zh
Publication of CN111116186A publication Critical patent/CN111116186A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111116186B publication Critical patent/CN111116186B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/20—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in magnesium oxide, e.g. forsterite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3256—Molybdenum oxides, molybdates or oxide forming salts thereof, e.g. cadmium molybdate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

本发明属于微波介质陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，并进一步公开其制备方法。本发明所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，以Mg2SiO4为基体材料，通过添加正温度系数的Ca(1‑3x/2‑3y/2)NdxLayTiO3材料，使频率温度系数往正向移动，调节τf值近零并保持高的品质因数，介电常数有一定程度的提高，同时，材料在毫米波频段下也具有较好的介电性能，性能可满足新型毫米波器件的使用要求。

Description

一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于微波介质陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，并进一步公开其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段，300MHz-300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，其具有高介电常数、低介电损耗、低谐振频率温度系数等优良性能，是谐振器、滤波器、双工器、天线、稳频振荡器、波导传输线等器件的重要组成元件，可广泛应用于个人便携式移动电话、微波基站、车载电话、卫星通讯、军用雷达等众多领域。尤其是近年来，随着通讯技术的迅速发展，对微波器件的需求量也日益增长，特别是5G通信时代基站数量增加导致滤波器需求增加，陶瓷介质滤波器由于具有高Q值、选频特性好、工作频率稳定性好、插入损耗小及更加小型化和集成化等优势而受到越来越多的关注，这成为近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向。
现有研究表明，实现微波介质陶瓷器件性能的关键即是基于微波介质陶瓷材料的性能。现有技术中，微波介质陶瓷材料存在多种分类方法，其中，根据介电常数的大小，微波介质陶瓷可分为三大类：其一是低介电常数微波介质陶瓷，此类微波介质陶瓷主要包括A12O3、Mg2SiO4、Zn2SiO4、MgTiO3等；其二是中介电常数微波介质陶瓷，此类微波介质陶瓷主要包括BaO-TiO2体系、Ln2O3-TiO2体系、钙基或钡基复合钙钛矿等；其三是高介电常数微波介质陶瓷，此类微波介质陶瓷主要包括TiO2、CaTiO3、BaO-Ln2O3-TiO2和铅基复合钙钛矿等。
现有研究表明，实现微波介质陶瓷器件性能的关键即是基于微波介质陶瓷材料的性能。目前，行业内对不同介电常数不同体系的微波材料的研究非常多，不同介电常数的微波材料均对品质因数和谐振频率温度系数有严格要求，在应用方面均要求材料具有高的温度稳定性和低的损耗(高的品质因数)。
通常说的低介电常数微波介质陶瓷材料是指介电常数在20-30之间的陶瓷材料，对于介电常数更低(如介电常数小于20)的陶瓷材料则报导相对较少。但此类低介电微波陶瓷材料可广泛的应用于卫星通讯、导弹遥控和GPS天线等高端毫米波微波器件中。尤其是通信技术的发展要求微波介质陶瓷材料的性能进一步提高，而低介电常数微波介质陶瓷材料是构成毫米波无线通信器件的关键材料，因而国内外对它的相关研究报导越来越多。目前，介电常数小于20的常用材料体系包括Al2O3、Zn2SiO4、Mg2SiO4等，尤其是Mg2SiO4体系因具有合适的低介电常数(介电常数7左右)，高的品质因数等优势受到广泛关注。但是，Mg2SiO4体系材料由于谐振频率温度系数偏负且较高(-60ppm/℃)、烧结温度高(约1450℃)而使其应用受到限制。
因此，如何有效降低硅酸镁体系材料的谐振频率温度系数，进而开发一种谐振频率温度系数适宜、使用性能稳定、便于实现工业化生产的硅酸镁基低介电常数复合微波介质陶瓷材料具有积极的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，以解决现有技术中Mg2SiO4体系材料谐振频率温度系数高的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，其制备原料包括基体材料以及添加剂；
所述基体材料以其总量计，包括如下质量含量的组分：
Mg2SiO4 60-80wt％；
Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO320-40wt％；
其中，0.1<x<0.5，0<y<0.2；
所述添加剂的添加量占所述基体材料总量的0.5-5wt％。
具体的，所述添加剂包括有助烧作用的氧化物和/或碳酸盐。
更具体的，所述添加剂包括MoO3、SiO2、Al2O3、Nb2O5、Li2CO3、B2O3等降低材料的烧结温度并对材料的性能进行适当调整。
本发明还公开了一种制备所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述Mg2SiO4、Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3和添加剂混合，得到混合料，并加入水和分散剂进行球磨预混合分散，并进行砂磨再分散处理；
(2)将砂磨后的物料加入胶水并进行喷雾造粒，并将造粒后的粉体过筛，即得。
具体的，所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法：
所述步骤(1)中，控制球磨后物料的固含量在50-70％；
所述步骤(2)中，所述胶水以选自聚乙烯醇、聚乙二醇和丙烯酸类胶水中的至少两种为胶粘成分，并添加脱模剂和消泡剂，控制所述胶水中的总含胶量为3-8wt％。
具体的，所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，还包括固相合成所述Mg2SiO4的步骤，具体包括如下步骤：按照化学计量比称取镁源材料和硅源材料混合得到混合料；并加入水和分散剂进行球磨预混合分散，并进行砂磨再分散处理；随后将分散后的物料进行微波干燥，并将干燥后的粉料于1200±10℃进行煅烧，得到所需Mg2SiO4。
具体的，所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，所述Mg2SiO4的制备步骤中：
所述镁源材料和硅源材料的化学计量比为2：1；
控制所述混合料与水的质量比为1：1-1.5；
所述分散剂的加入量占所述混合料量的0.5-1.5wt％；
所述微波干燥步骤控制物料水分含量<1％。
具体的，所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，还包括固相合成所述Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3的步骤，具体包括如下步骤：按照选定组成式的化学计量比，取CaCO3、TiO2、Nd2O3、La(OH)3混合，得到混合料；并加入水和分散剂进行球磨预混合分散，并进行砂磨再分散处理；随后将分散后的物料进行微波干燥，并将干燥后的粉料于1170±10℃进行煅烧，得到所需Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3。
具体的，所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，所述Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3的制备步骤中：
控制所述混合料与水的质量比为1：1-1.5；
所述分散剂的加入量占所述混合料量的0.5-1.0wt％；
所述微波干燥步骤控制物料水分含量<1％。
本发明还公开了由所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料制备得到的微波介质陶瓷器件。
本发明还公开了一种制备所述微波介质陶瓷器件的方法，包括将所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料进行压制成型得到坯体的步骤，以及将所述坯体于1300-1350℃进行保温烧结的步骤。
本发明所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，以Mg2SiO4为基体材料，通过添加正温度系数的Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3材料，使频率温度系数往正向移动，调节τf值近零并保持高的品质因数，介电常数有一定程度的提高。
本发明所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，进一步添加MoO3、SiO2、Al2O3、Nb2O5、Li2CO3、B2O3等助烧结功能性助剂，有效对材料的微波性能进一步优化，使材料的τf进一步变小接近0，使得材料的烧结温度可以降至1300-1350℃，材料性能进一步优化，可以大批稳定生产。
本发明所述复合微波介质陶瓷材料品质因数较高，介电常数在8-16左右，25℃的f*Q>40000，谐振频率温度系数值结果均在-5～5ppm/℃以内，数值近零，随着温度变化材料稳定性变好，同时，材料在毫米波频段下也具有较好的介电性能，可满足新型毫米波器件的使用要求，并且材料的烧结温度仅为1300-1350℃，微波性能大幅提升，可以大批稳定生产。
具体实施方式
实施例1-14
采用固相合成法，称取选定化学计量比的MgO和SiO2进行混匀，得到混合料，并按照混合料：水的质量比为1：1.2的比例添加水混合，并加入占所述混合料总量1.0wt％的铵盐分散剂，使用柱状锆球进行球磨处理，球磨时间3-5h对物料进行初步混合分散，然后置于卧式砂磨机中，使用直径为1.5mm的锆球为研磨介质进一步分散，研磨后使用微波干燥机进行干燥至含水率小于1％，干燥后的物料用粉碎机过筛后使用推板炉进行煅烧，煅烧温度为1200℃，保温时间3h，即得到所需结构的Mg2SiO4，放置备用。
分别按照下表1所示的Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3材料的结构及化学计量比，分别取CaCO3、TiO2、Nd2O3、La(OH)3混合，得到混合料；并按照混合料：水的质量比为1：1.2的比例添加水混合，并加入占所述混合料总量0.8wt％的铵盐分散剂，使用柱状锆球进行球磨处理，球磨时间3-5h对物料进行初步混合分散，然后置于砂磨机中，使用直径为1.5mm的锆球为研磨介质进一步分散，研磨后使用微波干燥机进行干燥至含水率小于1％，干燥后的物料用粉碎机过筛后使用推板炉进行煅烧，煅烧温度为1170℃，保温时间3h，烧后物料放置备用，即得到所需结构的Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3材料，备用。
按照如下表1所示的添加量，分别取上述制备好的Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3材料和Mg2SiO4材料(总计100g)，并添加选定成分和含量比例的添加剂进行配料，得到混合料，并按照混合料：水的质量比为1：0.5的比例添加水混合，并加入占所述混合料总量0.5wt％的铵盐分散剂，球磨时间4h对物料进行初步混合分散，然后置于砂磨机中，使用直径为1.5mm的锆球为研磨介质进一步分散。
取聚乙烯醇在90±5℃下加水溶解制得15wt％的聚乙烯醇溶液，取聚乙二醇在85±5℃下加水溶解制得所述30wt％的聚乙二醇溶液，备用。
向前述得到的砂磨后浆料中依次加入胶含量2％的聚乙烯醇、胶含量3％的聚乙二醇、含量0.6％的消泡剂和0.05％的脱模剂并搅拌均匀；并采用喷雾干燥机进行喷雾造粒，控制进口温度200±10℃，出口温度110±10℃，过筛60目即得所需复合微波介质陶瓷材料。
对比例1-5
所述对比例1-5所述微波介质陶瓷材料的结构及成分见下表1所示，制备方法同前述实施例1-14。
表1微波介质陶瓷材料的成分及用量表
Figure BDA0002355602500000061
Figure BDA0002355602500000071
实验例
将上述造粒后的物料分别进行成型、烧结，并记录各生坯的烧结温度，保温时间4h，分别对上述实施例1-14及对比例1-5中制得的瓷体进行性能测试，测试性能具体包括：
1)采用Hakki and Coleman提出的介质谐振腔法测试材料的介电常数、25℃的f*Q值、以及频率温度系数τf；
所述频率温度系数τf代表具有良好的温度特性，通过分别测试-40℃、25℃、110℃时的共振频率f，并按照如下公式计算：
[(f110℃-f-40℃)/f25℃]/(150)*106(ppm/℃)。
测定及计算结果见下表2。
表2微波介质陶瓷材料的性能测试结果
Figure BDA0002355602500000072
Figure BDA0002355602500000081
2)选取部分实施例采用Q/0500SGC 001-2019的方法测试材料在毫米波频段24GHz和39GHz的介电常数和介电损耗角正切，测试结果见表3。
表3毫米波频段材料介电性能测试结果
Figure BDA0002355602500000082
可见，本发明所述复合微波介质陶瓷材料品质因数较高，介电常数在8-16左右，25℃的f*Q>40000，谐振频率温度系数值结果均在-5～5ppm/℃以内，数值近零，随着温度变化材料稳定性变好，材料在毫米波频段下也具有较好的介电性能，可满足新型毫米波器件的使用要求；并且材料的烧结温度仅为1300-1350℃，微波性能大幅提升，可以大批稳定生产。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，其特征在于，其制备原料包括基体材料以及添加剂；
所述基体材料以其总量计，包括如下质量含量的组分：
Mg2SiO4 60-80wt％；
Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO320-40wt％；
其中，0.1<x<0.5，0<y<0.2；
所述添加剂的添加量占所述基体材料总量的0.5-5wt％；
所述复合微波介质陶瓷材料的介电常数为8-16，25℃的f*Q>40000，谐振频率温度系数值在-5～5ppm/℃以内。
2.根据权利要求1所述的低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述添加剂包括有助烧作用的氧化物和/或碳酸盐。
3.一种制备权利要求1或2所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述Mg2SiO4、Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3和添加剂混合，得到混合料，并加入水和分散剂进行球磨预混合分散，并进行砂磨再分散处理；
(2)将砂磨后的物料加入胶水并进行喷雾造粒，并将造粒后的粉体过筛，即得。
4.根据权利要求3所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，控制球磨后物料的固含量在50-70％；
所述步骤(2)中，所述胶水以选自聚乙烯醇、聚乙二醇和丙烯酸类胶水中的至少两种为胶粘成分，并添加脱模剂和消泡剂；并控制所述胶水中的总含胶量为3-8wt％。
5.根据权利要求3或4所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，还包括固相合成所述Mg2SiO4的步骤，具体包括如下步骤：按照化学计量比称取镁源材料和硅源材料混合得到混合料；并加入水和分散剂进行球磨预混合分散，并进行砂磨再分散处理；随后将分散后的物料进行微波干燥，并将干燥后的粉料于1200±10℃进行煅烧，得到所需Mg2SiO4。
6.根据权利要求5所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述Mg2SiO4的制备步骤中：
所述镁源材料和硅源材料的化学计量比为2：1；
控制所述混合料与水的质量比为1：1-1.5；
所述分散剂的加入量占所述混合料量的0.5-1.5wt％；
所述微波干燥步骤控制物料水分含量<1％。
7.根据权利要求3-6任一项所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，还包括固相合成所述Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3的步骤，具体包括如下步骤：按照选定组成式的化学计量比，取CaCO3、TiO2、Nd2O3、La(OH)3混合，得到混合料；并加入水和分散剂进行球磨预混合分散，并进行砂磨再分散处理；随后将分散后的物料进行微波干燥，并将干燥后的粉料于1170±10℃进行煅烧，得到所需Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3。
8.根据权利要求7所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述Ca(1-3x/2-3y/2)NdxLayTiO3的制备步骤中：
控制所述混合料与水的质量比为1：1-1.5；
所述分散剂的加入量占所述混合料量的0.5-1.0wt％；
所述微波干燥步骤控制物料水分含量<1％。
9.由权利要求1或2所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料制备得到的微波介质陶瓷器件。
10.一种制备权利要求9所述微波介质陶瓷器件的方法，其特征在于，包括将权利要求1或2所述低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料进行压制成型得到坯体的步骤，以及将所述坯体于1300-1350℃进行保温烧结的步骤。
CN202010006939.4A 2020-01-03 2020-01-03 一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法 Active CN111116186B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010006939.4A CN111116186B (zh) 2020-01-03 2020-01-03 一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010006939.4A CN111116186B (zh) 2020-01-03 2020-01-03 一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111116186A CN111116186A (zh) 2020-05-08
CN111116186B true CN111116186B (zh) 2022-02-22

Family

ID=70486727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010006939.4A Active CN111116186B (zh) 2020-01-03 2020-01-03 一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111116186B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111620680B (zh) * 2020-06-04 2022-02-11 山东国瓷功能材料股份有限公司 一种毫米波器件用陶瓷材料及其制备方法与应用
CN112552034A (zh) * 2020-12-25 2021-03-26 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 低损耗低介电常数的温度稳定型微波介质陶瓷及制备方法
CN112830780B (zh) * 2021-01-15 2022-02-01 华中科技大学 一种调控剂、ltcc微波介质材料及其制备方法
CN112919894B (zh) 2021-03-10 2022-02-22 嘉兴佳利电子有限公司 一种频率稳定型低介微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN113277848A (zh) * 2021-05-26 2021-08-20 福建溥昱电子科技有限公司 一种中介复合钒酸盐系微波介质陶瓷的制备方法
CN113321496B (zh) * 2021-07-01 2023-07-25 宜宾红星电子有限公司 复合微波介质陶瓷材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101031524A (zh) * 2004-09-30 2007-09-05 Tdk株式会社 电介质陶瓷组合物及其制造方法
JP2009051706A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Ngk Spark Plug Co Ltd 誘電体磁器組成物、誘電体磁器組成物の製造方法及び積層セラミック部品
CN101851092A (zh) * 2009-03-30 2010-10-06 Tdk株式会社 电介质陶瓷组合物
CN103626488A (zh) * 2013-11-28 2014-03-12 广东风华高新科技股份有限公司 微波陶瓷介质材料及其制备方法
CN108439968A (zh) * 2018-06-29 2018-08-24 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 一种低介电常数和超低损耗的微波介质陶瓷及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101031524A (zh) * 2004-09-30 2007-09-05 Tdk株式会社 电介质陶瓷组合物及其制造方法
JP2009051706A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Ngk Spark Plug Co Ltd 誘電体磁器組成物、誘電体磁器組成物の製造方法及び積層セラミック部品
CN101851092A (zh) * 2009-03-30 2010-10-06 Tdk株式会社 电介质陶瓷组合物
CN103626488A (zh) * 2013-11-28 2014-03-12 广东风华高新科技股份有限公司 微波陶瓷介质材料及其制备方法
CN108439968A (zh) * 2018-06-29 2018-08-24 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 一种低介电常数和超低损耗的微波介质陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CLnT（Ln=La，Nd）系高介LTCC材料研究;牛娜;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170228;第B015-579页 *
Li2CO3掺杂对0.94Mg2 SiO4 -0.06Ca0.9 Sr0.1 TiO3陶瓷微波介电性能的影响;刘玲等;《人工晶体学报》;20150228;第430-434页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111116186A (zh) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111116186B (zh) 一种低介电常数两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111138176B (zh) 一种硅酸镁基微波介质陶瓷材料及其制备方法与应用
CN111170734B (zh) 一种滤波器用两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111099892A (zh) 一种钛酸钡基两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111138193B (zh) 一种中介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法与应用
CN111170738A (zh) 一种两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法与应用
CN110668795A (zh) 微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用、微波介质陶瓷体及其制备方法和应用、微波器件
CN110092655B (zh) 一种钡钐钛系低损耗微波介质陶瓷及其制备方法
CN111116197B (zh) 一种铌酸钡体系微波介质陶瓷材料及其制备方法与应用
CN105254293A (zh) 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN112851344A (zh) 一种中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法
CN111302775B (zh) 一种具有高品质因数低介电常数的陶瓷材料及其制备方法
CN105198408A (zh) 微波陶瓷介质材料及其制备方法
CN108147809B (zh) 中低温烧结钡-钛系微波介质材料及制备方法
CN111302788A (zh) 一种具有高Qf值低介电常数的陶瓷材料及其制备方法
CN112266232A (zh) 一种适用于5g毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111320473B (zh) 一种低烧微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111517786A (zh) 微波介质陶瓷粉及制备方法、微波介质陶瓷、微波元器件
CN110845226A (zh) 一种微波介质陶瓷材料SrGa2O4及其制备方法
CN105294103B (zh) 一种钒基温度稳定型微波介质陶瓷及其制备方法
CN113998990A (zh) 微波介质陶瓷材料、微波介质陶瓷器件及其制备方法
CN113387695A (zh) 一种5g通信用低介高品质微波介质陶瓷及其制备方法
CN111825445B (zh) 一种高介电常数微波介质陶瓷材料、制备及其应用
CN112500153A (zh) 一种温度系数可调低损耗介电常数微波介质陶瓷及其制备方法
CN107739201B (zh) 一种高介电常数的微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant