CN112457040A - 一种微波铁氧体套片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请的一个实施例公开了一种微波铁氧体套片及其制备方法，该套片包括：微波介质陶瓷环片、微波铁氧体圆片以及位于所述微波介质陶瓷环片与所述微波铁氧体圆片之间的粘接材料，其中，所述微波介质陶瓷环片用于容纳所述微波铁氧体圆片。本申请所述技术方案可兼容焙银等高温处理工艺，可承受高温环境，工艺过程简单，尺寸精度高，适用于环行器/隔离器的制造。

Description

一种微波铁氧体套片及其制备方法
技术领域
本申请涉及微波技术领域。更具体地，涉及一种微波铁氧体套片及其制备方法。
背景技术
目前，随着微波通信基站用环行器/隔离器朝着小型化、小损耗、低交调方向发展，全微波铁氧体片已经很难满足应用要求，采用不同微波铁氧体和微波介质陶瓷套片可以有效解决环行器/隔离器小型化问题。
但是，目前微波铁氧体和微波介质陶瓷套片制备主要采用有机胶粘或高温共烧的方法。其中，有机胶粘的制备方法无法承受高温环境及焙银等高温处理，难以降低损耗和交调；高温共烧的制备方法中，微波铁氧体和微波介质陶瓷的烧结收缩率、收缩历程难以调控，可选材料体系很少，也不利于内层铁氧体尺寸精确控制。
发明内容
本申请的目的在于提供一种微波铁氧体套片及其制备方法来解决背景技术部分提到的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本申请采用下述技术方案：
第一方面，本申请提供一种微波铁氧体套片，该套片包括：
微波介质陶瓷环片、微波铁氧体圆片以及位于所述微波介质陶瓷环片与所述微波铁氧体圆片之间的粘接材料，其中，所述微波介质陶瓷环片用于容纳所述微波铁氧体圆片。
在一个具体实施例中，所述微波介质陶瓷环片包括内环和外环，其中，所述内环的直径d1与所述微波铁氧体圆片的直径d2相同。
在一个具体实施例中，所述粘接材料为玻璃浆料，其中，所述玻璃浆料由玻璃粉体、溶剂和有机载体组成。
在一个具体实施例中，所述玻璃粉体为Bi-B-Zn-O体系、Bi-B-Si-O体系、Sn-P-Zn体系、B-Si-Zn-O体系、Ca-B-Si-O体系、Mg-Al-Si-O体系、Pb-B-Si-O体系或Pb-B-Zn-O体系。
第二方面，本申请提供一种如上述第一方面所述的铁氧体套片的制备方法，该方法包括：
S10、加工微波介质陶瓷套筒及微波铁氧体圆柱；
S20、将所述微波铁氧体圆柱嵌套至所述微波介质陶瓷套筒中，形成复合体，其中，所述微波铁氧体圆柱的直径与所述微波介质陶瓷套筒的内径相同，所述微波介质陶瓷套筒用于容纳所述微波铁氧体圆柱；
S30、对所述复合体进行烧结，其中，所述烧结的温度为第一温度；
S40、对烧结后的复合体进行线切割，切割成具有第一厚度的第一套片；
S50、对所述第一套片进行平面研磨，得到具有第二厚度的第二套片，其中，所述第二厚度小于所述第一厚度；
S60、对所述第二套片进行焙银，得到微波铁氧体套片。
在一个具体实施例中，所述S20包括：
S200、配置玻璃浆料；
S202、将所述玻璃浆料涂覆在所述微波介质陶瓷套筒内壁和所述微波铁氧体圆柱侧壁上以使得所述微波铁氧体圆柱嵌套至所述微波介质陶瓷套筒中。
在一个具体实施例中，所述微波铁氧体圆柱的体系为Y-Fe-O石榴石体系、Ni-Fe-O体系、Li-Fe-O体系或Mg-Mn-Fe-O体系。
在一个具体实施例中，所述微波介质陶瓷套筒的体系为Al2O3体系、AlN体系、BeO体系、Zn-Mg-Si-O体系、Mg-Ca-Ti-O体系或Zn-Nb-O体系。
在一个具体实施例中，所述玻璃浆料中玻璃粉体的玻璃化转化温度为第二温度，其中，所述第二温度小于所述第一温度。
在一个具体实施例中，所述焙银的温度为第三温度，其中，所述第三温度小于所述第二温度。
本申请的有益效果如下：
本申请所述技术方案的微波铁氧体套片可兼容焙银等高温处理工艺，可承受高温环境，工艺过程简单，尺寸精度高，适用于环行器/隔离器的制造。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本申请的一个实施例的微波铁氧体套片的结构示意图。
图2示出根据本申请的一个实施例的制备所述微波铁氧体套片的流程示意图。
图3示出根据本申请的一个实施例的微波铁氧体套片的制作方法工艺流程图。
具体实施方式
为使本申请的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本申请提出了一种微波铁氧体套片，该套片包括微波铁氧体圆片1、微波介质陶瓷环片2以及位于所述微波介质陶瓷环片与所述微波铁氧体圆片之间的粘接材料3，微波介质陶瓷环片2用于容纳所述微波铁氧体圆片1。
微波介质陶瓷环片2包括内环和外环，为了实现更严密的连接，所述内环的直径d1与所述微波铁氧体圆片的直径d2相同。
在一个具体示例中，粘接材料为玻璃浆料，其中，所述玻璃浆料由玻璃粉体、溶剂和有机载体组成，需要说明的是，上述玻璃浆料中玻璃粉体包括但不限于Bi-B-Zn-O体系、Bi-B-Si-O体系、Sn-P-Zn体系、B-Si-Zn-O体系、Ca-B-Si-O体系、Mg-Al-Si-O、Pb-B-Si-O体系或Pb-B-Zn-O体系，不同体系的玻璃粉体的玻璃化转变温度不同。
需要说明的是，位于所述微波介质陶瓷环片与所述微波铁氧体圆片之间的粘接材料很小，图1仅仅是为了说明粘接材料的位置，其尺寸可以忽略不计。本申请的目的是提供一种新型的微波铁氧体套片，用于区别于目前常用的全微波铁氧体片、胶粘套片，可兼容焙银工艺，以适用于小型化、小损耗、低交调环行器/隔离器。
如图2和图3所示，本申请的又一个实施例提出了一种上述微波铁氧体套片的制备方法，该方法包括：
S10、加工微波介质陶瓷套筒及微波铁氧体圆柱；
其中，所述微波铁氧体圆柱的体系为Y-Fe-O石榴石体系、Ni-Fe-O体系、Li-Fe-O体系或Mg-Mn-Fe-O体系；所述微波介质陶瓷套筒的体系为Al2O3体系、AlN体系、BeO体系、Zn-Mg-Si-O体系、Mg-Ca-Ti-O体系或Zn-Nb-O体系。
在一个具体示例中，按照设计需求加工微波介质陶瓷套筒的内圆和外圆，再加工微波铁氧体柱的外圆使得其直径与微波介质陶瓷内圆直径相同。
需要说明的是，微波铁氧体圆柱直径、微波介质陶瓷套筒的内径和外径与环行器/隔离器的工作频率、带宽和损耗等因素相关；微波介质陶瓷套筒内径加工为正公差+0.01至0.02mm，微波铁氧体柱外径加工为负公差﹣0.01至0mm，在合理的范围内，误差是被允许的。
下面以饱和磁化强度为1900Gs的Y-Fe-O石榴石体系作为微波铁氧体圆柱，相对介电常数为20的Mg-Ca-Ti-O体系作为微波介质陶瓷套筒为例，微波介质陶瓷套筒及微波铁氧体圆柱的加工尺寸进行说明：
具体的，微波介质陶瓷套筒高度22mm，加工外径8±0.02mm，加工内径6.5mm，公差+0.02/-0mm；微波铁氧体柱高度22mm，加工直径6.5mm，公差+0/-0.02mm。
S20、将所述微波铁氧体圆柱嵌套至所述微波介质陶瓷套筒中，形成复合体，其中，所述微波铁氧体圆柱的直径与所述微波介质陶瓷套筒的内径相同，所述微波介质陶瓷套筒用于容纳所述微波铁氧体圆柱。
在一个具体示例中，所述S20包括：
S200、配置玻璃浆料；
玻璃浆料由玻璃粉体、溶剂和有机载体组成，经搅拌、分散研磨和过滤制得。玻璃浆料中玻璃粉体的玻璃化转变温度为第二温度，其中，玻璃粉体的玻璃化转变温度，即玻璃软化(融化温度)，例如700至900℃，颗粒尺寸D50小于5um；溶剂为松油醇、丁基卡必醇醋酸酷一种或者两种的混合；有机载体为酷类、醇酷类、及纤维素类一种或者两种以上的混合。
例如，玻璃浆料由Pb-B-Si-O玻璃粉、松油醇和乙基纤维素组成，颗粒尺寸D50小于2um。混合后在60℃下搅拌4小时直至乙基纤维素全部溶解，三辊研磨和325目滤网过滤，制得玻璃浆料。
S202、将所述玻璃浆料涂覆在所述微波介质陶瓷套筒内壁和所述微波铁氧体圆柱侧壁上以使得所述微波铁氧体圆柱嵌套至所述微波介质陶瓷套筒中。玻璃浆料涂覆和嵌套组装后进行真空处理，排除缝隙连接中的气体。
在一个具体示例中，用注射器取玻璃浆料涂敷微波介质陶瓷套筒内壁，确保内壁均匀蘸有浆料；将微波铁氧体圆柱浸入玻璃浆料，确保铁氧体圆柱侧壁都蘸有玻璃浆料；然后将微波铁氧体圆柱慢慢嵌入微波介质陶瓷套筒中，直至微波铁氧体圆柱和微波介质陶瓷套筒一端齐平。
本领域技术人员应当理解，涂覆在所述微波介质陶瓷套筒内壁和所述微波铁氧体圆柱侧壁上的玻璃浆料的尺寸很小，不会对微波铁氧体圆柱的直径和微波介质陶瓷套筒的内径造成影响。
S30、对所述复合体进行烧结，其中，所述烧结的温度为第一温度；
在一个具体示例中，嵌套好的复合体经过烘干后，在马弗炉中进行一次烧结。一次烧结温度为750～950℃，烧结温度高于玻璃浆料中玻璃粉体的玻璃化转变温度，以使得玻璃粉体软化或融化，将铁氧体和陶瓷连接起来，形成套片。
在一个具体示例中，将嵌套好的复合体在烘箱中升温至100℃保温60min烘干；然后置于马弗炉中，由常温100min升温至500℃，保温60min，70min升温至850℃，保温30min，之后随炉冷却。
S40、对烧结后的复合体进行线切割，切割成具有第一厚度的第一套片；
在一个具体示例中，对烧结之后的微波介质陶瓷和微波铁氧体复合体进行多线切割，切割成一定厚度的套片。切割尺寸需要留研磨的余量，因此，线切割后套片的厚度尺寸比最终预定的套片尺寸增加0.01至0.02mm。本实施例中套片线切割的厚度为0.61mm。
S50、对所述第一套片进行平面研磨，得到具有第二厚度的第二套片，其中，所述第二厚度小于所述第一厚度；
在一个具体示例中，套片经过平面研磨或双端面磨等加工方法加工至最终厚度。切割之后的铁氧体套片采用双端面磨加工方法研磨至0.6mm厚度，公差±0.01mm，表面粗糙度Ra≤0.8um。需要说明的是，上述厚度的大小是示例性的，并非限定性的。
S60、对所述第二套片进行焙银，得到微波铁氧体套片。
在一个具体示例中，可采用铁氧体专用的银浆，按照丝网印刷、烘银和烧银等通用方法进行焙银。烧银温度必需低于玻璃浆料的玻璃化转变温度，否则玻璃会软化或融化，导致套片失效。
在一个具体操作中，采用丝网印刷方式对微波铁氧体套片进行单面刷银，然后置于烘箱中升温至120℃保温15min烘干，再将烘干后的套片置于马弗炉中升温至800℃进行烧银，降温后得到最终的焙银铁氧体套片。
本领域技术人员应当理解，上述材料仅仅是示例性的，不构成对微波铁氧体套片制备材料的不当限定。例如，为满足环行器/隔离器压缩尺寸需求，微波介质陶瓷套筒采用为介电常数为50的Mg-Ca-Ti-O体系；为满足环行器/隔离器对不同频率的应用需求，微波铁氧体选用饱和磁化强度为5000Gs的Ni-Fe-O体系或饱和磁化强度为3700Gs的Li-Fe-O体系；为满足无铅化要求的微波铁氧体套片的制作方案，玻璃浆料中玻璃粉体选用Ca-B-Si-O体系。
需要说明的是，本申请可实现微波铁氧体片和微波介质陶瓷环的套片，也可实现两种不同微波铁氧体片和环的套片；还可以实现多种材料多次嵌套的套片。例如,为满足适用于超宽带环行器/隔离器所需的两种不同饱和磁化强度的微波铁氧体套片，即套筒采用微波铁氧体套筒替代上述的微波介质陶瓷套筒，其中，微波铁氧体套筒采用饱和磁化强度为2000Gs的Ni-Fe-O体系，微波铁氧体圆柱采用饱和磁化强度为3200Gs的Ni-Fe-O体系。
如上所述，本申请提供了一种可用于通信环行器/隔离器的微波铁氧体套片及其制作方法。利用玻璃浆料实现异质材料的嵌套连接和耐高温烧结的特点，使得本申请中的铁氧体套片可兼容常规的焙银工艺，可承受器件制造所必需的高温处理和腐蚀，适用于制造环行器/隔离器。
需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本申请的上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定，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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本申请的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种微波铁氧体套片，其特征在于，包括：微波介质陶瓷环片、微波铁氧体圆片以及位于所述微波介质陶瓷环片与所述微波铁氧体圆片之间的粘接材料，其中，所述微波介质陶瓷环片用于容纳所述微波铁氧体圆片。
2.根据权利要求1所述的套片，其特征在于，所述微波介质陶瓷环片包括内环和外环，其中，所述内环的直径d1与所述微波铁氧体圆片的直径d2相同。
3.根据权利要求1所述的套片，其特征在于，所述粘接材料为玻璃浆料，其中，所述玻璃浆料由玻璃粉体、溶剂和有机载体组成。
4.根据权利要求3所述的套片，其特征在于，所述玻璃粉体为Bi-B-Zn-O体系、Bi-B-Si-O体系、Sn-P-Zn体系、B-Si-Zn-O体系、Ca-B-Si-O体系、Mg-Al-Si-O体系、Pb-B-Si-O体系或Pb-B-Zn-O体系。
5.一种如权利要求1-4中任何一项所述的微波铁氧体套片的制备方法，其特征在于，包括：
S10、加工微波介质陶瓷套筒及微波铁氧体圆柱；
S20、将所述微波铁氧体圆柱嵌套至所述微波介质陶瓷套筒中，形成复合体，其中，所述微波铁氧体圆柱的直径与所述微波介质陶瓷套筒的内径相同，所述微波介质陶瓷套筒用于容纳所述微波铁氧体圆柱；
S30、对所述复合体进行烧结，其中，所述烧结的温度为第一温度；
S40、对烧结后的复合体进行线切割，切割成具有第一厚度的第一套片；
S50、对所述第一套片进行平面研磨，得到具有第二厚度的第二套片，其中，所述第二厚度小于所述第一厚度；
S60、对所述第二套片进行焙银，得到微波铁氧体套片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S20包括：
S200、配置玻璃浆料；
S202、将所述玻璃浆料涂覆在所述微波介质陶瓷套筒内壁和所述微波铁氧体圆柱侧壁上以使得所述微波铁氧体圆柱嵌套至所述微波介质陶瓷套筒中。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微波铁氧体圆柱的体系为Y-Fe-O石榴石体系、Ni-Fe-O体系、Li-Fe-O体系或Mg-Mn-Fe-O体系。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微波介质陶瓷套筒的体系为Al2O3体系、AlN体系、BeO体系、Zn-Mg-Si-O体系、Mg-Ca-Ti-O体系或Zn-Nb-O体系。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述玻璃浆料中玻璃粉体的玻璃化转化温度为第二温度，其中，所述第二温度小于所述第一温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述焙银的温度为第三温度，其中，所述第三温度小于所述第二温度。
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