CN112830771B - 氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝‑氧化钛双层复合陶瓷及其制备方法和应用，包括氧化铝瓷层和氧化铝‑氧化钛复合瓷层，氧化铝瓷层的组分为配料A，其中所述配料A包括α‑Al2O3、SiO2和CaCO3；氧化铝‑氧化钛复合瓷层的组分包括配料A、TiO2和MnO2。本发明制备的双层复合陶瓷，其中氧化铝瓷层介电常数低，介电损耗小，而氧化铝‑氧化钛复合瓷层介电常数较高，介电损耗大，具有吸收微波的功能，相比常规单一的微波吸收陶瓷，阻抗更小，能更有效的吸收微波，更有利于微波器件的设计，可用在微波器件中用作匹配的电磁终端、抑制带边振荡和高次或寄生模式的振荡以及消除其它非设计模式等。

Description

氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体而言，涉及一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
在许多微波真空电子器件(行波管、返波管、回旋管、前向波放大器、同轴磁控管等)中经常需要放置衰减器，用来提供匹配的电磁终端、抑制带边振荡和高次或寄生模式的振荡以及消除其它非设计模式等作用。衰减器通常有两种结构形式：一是薄膜结构；二是体结构。即通常所说的薄膜衰减器和体衰减器。体衰减器所能承受的功率比薄膜衰减器大，对于大功率微波器件大多采用体衰减材料。
目前国内外微波管常用的体衰减材料主要有渗碳多孔瓷、金属陶瓷、半导体-介质型衰减瓷、碳化硅陶瓷等。这些陶瓷是单一体的物质，需要被设计吸收的大部分微波往往在陶瓷表面上被反射掉，无法进入瓷体内被吸收转换掉。
发明内容
本发明旨在提供一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷及其制备方法和应用，相比常规单一的微波吸收陶瓷，该复合陶瓷阻抗更小，能够更有效地吸收微波。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷，包括氧化铝瓷层和氧化铝-氧化钛复合瓷层，氧化铝瓷层的组分为配料A，其中配料A包括α-Al2O3、SiO2和CaCO3；氧化铝-氧化钛复合瓷层的组分包括配料A、TiO2和MnO2。
根据本发明，氧化铝-氧化钛复合瓷层的组分中TiO2的含量占0.5-35wt％。优选地，按质量百分比计，氧化铝瓷层的组分中α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝(93-96):(2-3):(2-4)。优选地，按质量百分比计，氧化铝-氧化钛复合瓷层的组分中配料A:TiO2:MnO2＝(60-99):(0.5-35):(0.5-8)。具体地，按质量百分比计，α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝94.30：2.40：3.30。具体地，按质量百分比计，配料A：TiO2：MnO2＝80：15：5或者配料A：TiO2：MnO2＝93：5：2。
优选地，氧化铝瓷层的厚度为2-10mm，所述氧化铝-氧化钛复合瓷层的厚度为2-10mm。根据本发明的另一方面，还提供了一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：S1、按质量百分比α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝(93-96):(2-3):(2-4)进行配料，得到配料A，向所述配料A中加入粘结剂，得到混合料；将混合料、磨球和酒精溶液加入球磨机中球磨，球磨后将料浆烘干，捣碎，放入球磨机中进行干磨，出料过筛，获得氧化铝瓷粉；S2、按质量百分比将所述配料A：TiO2：MnO2＝(60-99)：(0.5-35)：(0.5-8)进行配料，得到配料B，向配料B中加入粘结剂，之后放入球磨罐中加入磨球、酒精和水球磨，球磨后将料浆烘干，捣碎，干磨，过筛，获得氧化铝-氧化钛复合瓷粉；S3、对氧化铝瓷粉干压成型，然后在氧化铝瓷胚上部填充氧化铝-氧化钛复合瓷粉，继续干压成型，得到氧化铝-氧化钛复合层生胚；S4、将所述氧化铝-氧化钛复合层生胚在还原气氛中炉内烧结，得到所述氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷。
根据本发明，在步骤S1中，所述粘结剂为羧甲基纤维素，羧甲基纤维素的加入量占配料A的0.5-2wt％。优选地，按照重量比计，所述配料A：磨球：酒精水溶液＝1：1：1，其中酒精水溶液为酒精与水按体积比水：酒精＝5：1混合得到。
根据本发明，在步骤S2中，所述粘结剂为羧甲基纤维素，所述羧甲基纤维素的加入量占所述配料B的0.5-2wt％。优选地，配料B：磨球：酒精水溶液＝1：1：1，其中酒精水溶液为酒精与水按体积比水：酒精＝5：1混合得到。
根据本发明，步骤S1和S2中球磨的步骤包括球磨10-15h后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻捣碎，放入球磨机中干磨10-15小时，出料过20-40目筛。
根据本发明，步骤S3具体包括：先在模具腔体内平整铺设氧化铝瓷粉，装上干压头，操作干压机施以0-50MPa对氧化铝瓷粉进行干压成型；取下干压头，在氧化铝瓷胚上部填充氧化铝-氧化钛复合瓷粉，填充平整后，继续装上干压头，操作干压机施以50-100MPa对整体瓷粉进行压制，脱模后形成氧化铝-氧化钛复合层生胚。
根据本发明，步骤S4中将氧化铝-氧化钛复合层生胚在还原气氛中烧结。优选地，步骤S4中对氧化铝-氧化钛复合层生胚烧结的步骤包括：将氧化铝-氧化钛复合层生胚升温1-2小时至1200℃；然后再升温1-2小时至烧结温度1380℃-1450℃，保温1-2小时，自然降温至300℃，然后停氢气，充氮排氢。
本发明的有益效果：
本发明提供的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷中一层为氧化铝层，另一层为以氧化铝层为基体添加氧化钛的氧化铝-氧化钛符合层，在烧结后两层之间形成一个过渡层界面，双层陶瓷的连接强度更强。其中氧化铝瓷层介电常数低，介电损耗小，而氧化钛瓷层介电常数较高、介电损耗大，具有吸收微波的功能，相比常规单一的微波吸收陶瓷阻抗更小，能更有效地吸收微波，更有利于微波器件的设计。本发明的复合陶瓷可用在微波器件中，用作匹配的电磁终端、抑制带边振荡和高次或寄生模式的振荡以及消除其它非设计模式等。
附图说明
图1是本发明实施例1中氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷的制备工艺流程图；
图2是本发明实施例1中氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷片的结构示意图；
图3是本发明实施例2中氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷环的结构示意图；
图4是本发明实施例3中氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷钉的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合本附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。需要强调，此处描述的具体实施例仅用于更好的阐述本发明，为本发明部分实施例，而非全部实施例，所以并不用作限定本发明。此外，下面描述的本发明实施例中涉及的技术特征，只要彼此间未构成冲突，即可以相互组合。
如图2-4所示，本发明提供了一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷，包括氧化铝瓷层10和氧化铝-氧化钛复合瓷层20，氧化铝瓷层的组分为配料A，所述配料A包括α-Al2O3、SiO2和CaCO3。氧化铝-氧化钛复合瓷层的组分包括配料A、TiO2和MnO2。其中，氧化铝-氧化钛复合瓷层的组分中TiO2的含量占0.5-35wt％。
本发明的双层复合陶瓷中氧化铝瓷层介电常数低，介电损耗小，而氧化铝-氧化钛复合瓷层介电常数较高，介电损耗大，具有吸收微波的功能，相比常规单一的微波吸收陶瓷，阻抗更小，能更有效地吸收微波，更有利于微波器件的设计，可用在微波器件中，用作匹配的电磁终端、抑制带边振荡和高次或寄生模式的振荡以及消除其它非设计模式。
优选地，按质量百分比计，所述氧化铝瓷层的组分中α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝(93-96):(2-3):(2-4)。具体地，按质量百分比计，α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝94.30：2.40：3.30。
优选地，按质量百分比计，所述氧化铝-氧化钛复合瓷层的组分中配料A:TiO2:MnO2＝(60-99):(0.5-35):(0.5-8)。具体地，按质量百分比计，配料A:TiO2:MnO2＝80:15:5或者配料A:TiO2:MnO2＝93:5:2。优选地，所述氧化铝瓷层的厚度为2-10mm，所述氧化铝-氧化钛复合瓷层的厚度为2-10mm。
如图1所示，本发明还提供了一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量百分比α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝(93-96):(2-3):(2-4)进行配料(合计100wt％)，得到配料A，向所述配料A中加入粘结剂，得到混合料；将混合料、磨球和酒精溶液加入球磨机中球磨，球磨后将料浆烘干，捣碎，放入球磨机中进行干磨，出料过筛，获得氧化铝瓷粉。
S2、按质量百分比将配料A:TiO2:MnO2＝(60-99):(0.5-35):(0.5-8)进行配料(合计100wt％)，向配料中加入粘结剂得到配料B，之后将配料B放入球磨罐中，加入磨球、酒精和水球磨，球磨后将料浆烘干，捣碎，干磨，过筛，获得氧化铝-氧化钛复合瓷粉。
S3、对氧化铝瓷粉干压成型，然后在氧化铝瓷胚上部填充氧化铝-氧化钛复合瓷粉，继续干压成型，得到氧化铝-氧化钛复合层生胚。
S4、将氧化铝-氧化钛复合层生胚在氢气炉内烧结，升温1-2小时到1200℃，升温1-2小时到烧结温度(1380℃-1450℃)，保温1-2小时，自然降温到300℃，然后停氢气、充氮排氢，常温后从烧结炉内取出烧结制品，根据需要进行机械加工研磨，获得可使用的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷。
优选地，所述步骤S3具体包括：先在模具腔体内平整铺设氧化铝瓷粉，装上干压头，操作干压机施以0-50MPa对氧化铝瓷粉进行干压成型；取下干压头，在氧化铝瓷胚上部填充氧化铝-氧化钛复合瓷粉，填充平整后，继续装上干压头，操作干压机施以50-100MPa对整体瓷粉进行压制，脱模后形成氧化铝-氧化钛复合层生胚。该生胚的双层比界面较明显，成型结合也比较紧密，在烧结前的取放操作中不易破碎断层。双层复合陶瓷在成型时，可根据计划的层厚，调节填充在模具内的瓷粉量；也可以在烧结后机械研磨加工时，掌握加工的研磨尺寸。
在烧结过程中施加还原气氛(氢气)，TiO2在高温氢气还原气氛中发生缺陷反应(a)和(b)，从而导致晶格失氧，出现氧空位。结果为保持电中性，部分Ti4+变为Ti3+，产生弱束缚电子(Ti4+·e)。该弱束缚电子在高频电场作用下对微波产生吸收作用，表现为在一定范围内随TiO2含量增加，材料的介电常数ε和tgδ相应增加。
TiO2+xH2→[Ti4+ 1-2xTi3+ 2x]O2- 2-x+xV¨O+xH2O↑ (a)
TiO2→[Ti4+ 1-2xTi3+ 2x]O2- 2-x+xV¨O+x/2O2↑ (b)
在步骤S1中，本发明优选采用羧甲基纤维素作为粘结剂，所述羧甲基纤维素的加入量占配料A的0.5-2wt％。优选地，按照重量比计，配料A：磨球：酒精水溶液＝1：1：1，其中酒精水溶液是按照体积比水：酒精＝5：1混合而成。
在步骤S2中，本发明优选采用羧甲基纤维素作为粘结剂，所述羧甲基纤维素的加入量占所述配料B的0.5-2wt％。其中，所述配料B：磨球：酒精水溶液＝1：1：1，其中酒精水溶液是按照体积比水：酒精＝5：1混合而成。
根据本发明，在步骤S1和S2中，球磨的步骤具体包括球磨10-15小时后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入球磨机中干磨10-15小时，出料过20-40目筛。
本发明制备的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷为采用不同介电性能的陶瓷相互连接而成，一层为氧化铝层，另一层为以氧化铝层为基体的氧化铝-氧化钛层，这样有利于双层陶瓷连接。氧化铝层微波阻抗较小，微波在陶瓷界面上反射小，进入陶瓷体的微波信号较多，因此可吸收转换的微波也较多。氧化铝-氧化钛双层的连接过度界面形成渐变层。在氧化铝-氧化钛层陶瓷配方中加入TiO2作为电损耗物质，含量为0.5-35wt％，可调节介电常数及损耗角正切值。在氧化铝-氧化钛层陶瓷配方中加入MnO2作为烧结助剂物质，烧结过程形成液相烧结，致密化效果更好。优选MnO2烧结助剂的含量为0.5-8wt％。
双层结构中的氧化铝低损耗层，其介电常数较低(8.0-9.0)，损耗角正切值低，另一层氧化钛层属于衰减层，其介电常数较高，通过氧化钛的添加量一般可调成10-50，损耗可调成0.01-0.5。使用时，微波首先渗入低损耗氧化铝层，由于阻抗小，进入陶瓷体的比例比较大；氧化铝-氧化钛双层的连接过度界面形成渐变层，使大部分微波能进一步进入氧化钛高损耗层。这种双层材料设计，更有效衰减微波。本发明的氧化铝-氧化钛复合陶瓷不仅仅可以做成双层，也可以做成多层。
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
1)按质量百分比α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝94.30：2.40：3.30进行配料(合计100％wt，形成配料A)，并加入粘结剂(羧甲基纤维素，按配料A料重的1.0％)，按质量比配料A：球(95瓷球，球径约20mm)：液(去离子水：酒精＝5：1)＝1：1：1，加入圆筒球磨机中，球磨机内径为300mm，球磨转速调节为50转/min，球磨15小时，球磨后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入同样的球磨机中进行干磨15h。干磨后出料过40目筛。获得氧化铝瓷粉。
2)按质量百分比配料：配料A：TiO2：MnO2＝80：15：5进行配料(合计100％wt)，得到配料B，向配料B中加入粘结剂(羧甲基纤维素，按上述料重的1.0％)，按配料B：球(95瓷球，球径约20mm)：液(按体积比去离子水：酒精＝5：1)＝1：1：1，加入圆筒球磨机中，球磨机内径为300mm，球磨转速调节为50转/min，球磨15h，球磨后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入同样的球磨机中进行干磨15h。干磨后出料过40目筛。获得氧化铝-氧化钛复合瓷粉。
3)干压成型：先在模具腔体内(型腔为圆柱，直径20mm)平整铺设约5克氧化铝瓷粉，然后轻敲模具，让粉末填充均匀，而后装上干压头，操作干压机施以小压强(50MPa)对氧化铝瓷粉进行压制；取下干压头，在氧化铝瓷胚上部填充约5克氧化铝-氧化钛复合瓷粉，轻敲模具，并用勺子铺整填充平整后，继续装上干压头，操作干压机施以较大压强(100MPa)对整体瓷粉进行压制，保压约1秒；脱模后形成氧化铝-氧化钛复合层生胚。
4)将此生胚移置在氢气炉内进行热处理烧结：升温2小时到1200℃，升温1小时到烧结温度(1380℃-1450℃)，保温1小时，自然降温到300℃，然后停氢气、充氮排氢。将此生胚在氢气炉内进行烧结可形成双层复合陶瓷，层间接合紧密。
5)常温后从烧结炉内取出烧结制品，进行机械加工研磨，将其表面和外圆面研磨平整，并通过研磨控制使白色氧化铝层厚度为2mm，使黑色瓷层厚度为2mm，总厚4mm，直径研磨至15mm，获得可使用的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷圆片，如图2所示。
实施例2
1)按质量百分比α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝94.30：2.40：3.30进行配料(合计100％wt，形成配料A)，并加入粘结剂(羧甲基纤维素，按配料A料重的1.0％)，按质量比料：球(95瓷球，球径约20mm)：液(去离子水：酒精＝5：1)＝1：1：1，加入圆筒球磨机中，球磨机内径为300mm，球磨转速调节为50转/min，球磨13h，球磨后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入同样的球磨机中进行干磨13h。干磨后出料过20目筛。获得氧化铝瓷粉。
2)按质量百分比计，配料A：TiO2：MnO2＝93：5：2进行配料(合计100％wt)，得到配料B，向配料B中加入粘结剂(羧甲基纤维素，按上述料重的1.0％)，按质量比配料B：球(95瓷球，球径约20mm)：液(按体积比去离子水：酒精＝5：1)＝1：1：1，加入圆筒球磨机中，球磨机内径为300mm，球磨转速调节为50转/min，球磨13h，球磨后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入同样的球磨机中进行干磨13h。干磨后出料过20目筛。获得氧化铝-氧化钛复合瓷粉；
3)干压成型：先在模具腔体内(型腔为圆环，外径50mm，内径30mm)平整铺设约17克氧化铝瓷粉，然后轻敲模具，让粉末填充均匀，而后装上干压头，操作干压机施以小压强(50MPa)对氧化铝瓷粉进行压制；取下干压头，在氧化铝瓷胚上部填充约17克氧化铝-氧化钛复合瓷粉，轻敲模具，并用勺子铺整填充平整后，继续装上干压头，操作干压机施以较大压强(100MPa)对整体瓷粉进行压制，保压约2秒；脱模后形成氧化铝-氧化钛复合层生胚。
4)将此生胚移置在氢气炉内进行热处理烧结：升温2小时到1200℃，升温1小时到烧结温度(1380℃-1450℃)，保温1小时，自然降温到300℃，然后停氢气、充氮排氢。
5)常温后从烧结炉内取出烧结制品，进行机械加工研磨，将其表面和外圆面研磨平整，并通过研磨控制使白色氧化铝层厚度为3mm，使黑色瓷层厚度为5mm，总厚8mm，外径研磨至37mm，内径研磨至30mm，获得可使用的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷圆环，如图3所示。
实施例3
(1)按质量百分比α-Al2O3:SiO2:CaCO3＝94.30：2.40：3.30进行配料(合计100％wt，形成配料A)，并加入粘结剂(羧甲基纤维素，按配料A料重的1.0％)，按质量比料：球(95瓷球，球径约20mm)：液(去离子水：酒精＝5：1)＝1：1：1，加入圆筒球磨机中，球磨机内径为300mm，球磨转速调节为50转/min，球磨13小时，球磨后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入同样的球磨机中进行干磨13小时。干磨后出料过40目筛，获得氧化铝瓷粉。
2)按质量百分比配料：配料A：TiO2：MnO2＝93：5：2进行配料(合计100％wt)，并加入粘结剂(羧甲基纤维素，按上述料重的1.0％)，按质量比料：球(95瓷球，球径约20mm)：液(去离子水：酒精＝5：1)＝1：1：1，加入圆筒球磨机中，球磨机内径为300mm，球磨转速调节为50转/min，球磨13h，球磨后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻轻捣碎，放入同样的球磨机中进行干磨13h。干磨后出料过40目筛，获得氧化铝-氧化钛复合瓷粉。
3)干压成型：先在模具腔体内(型腔为细杆圆柱状，外径5mm，高度30mm)平整铺设约1.1克氧化铝瓷粉，然后轻敲模具，让粉末填充均匀，而后装上干压头，操作干压机施以小压强(50MPa)对氧化铝瓷粉进行压制；取下干压头，在氧化铝瓷胚上部填充约1.3克氧化铝-氧化钛复合瓷粉，轻敲模具，并用勺子铺整填充平整后，继续装上干压头，操作干压机施以较大压强(100MPa)对整体瓷粉进行压制，保压约3秒；脱模后形成氧化铝-氧化钛复合层生胚。
4)将此生胚移置在氢气炉内进行热处理烧结：升温2小时到1200℃，升温1小时到烧结温度(1380℃-1450℃)，保温1小时，自然降温到300℃，然后停氢气、充氮排氢。
5)常温后从烧结炉内取出烧结制品，进行机械加工研磨，将其表面和外圆面研磨平整，并通过研磨控制使白色氧化铝层厚度为10mm，使黑色瓷层厚度为10mm，总厚20mm，外径研磨至3.5mm，获得可使用的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷钉，如图4所示。
以上所述仅是本发明的优选应用实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷，其特征在于，包括氧化铝瓷层（10）和氧化铝-氧化钛复合瓷层（20），所述氧化铝瓷层（10）的组分为配料A，所述配料A包括α-Al2O3、SiO2和CaCO3；所述氧化铝-氧化钛复合瓷层（20）的组分包括所述配料A、TiO2和MnO2；按质量百分比计，所述氧化铝瓷层（10）的组分中α-Al2O3:SiO2:CaCO3= (93-96):(2-3):(2-4)；
按质量百分比计，所述氧化铝-氧化钛复合瓷层（20）的组分中所述配料A:TiO2:MnO2 =（60-99）:（0.5-35）:（0.5-8）。
2.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷，其特征在于，按质量百分比计，α-Al2O3:SiO2:CaCO3= 94.30:2.40:3.30。
3.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷，其特征在于，按质量百分比计，所述配料A: TiO2: MnO2=80:15:5或者所述配料A:TiO2:MnO2 = 93:5:2。
4.根据权利要求1所述的氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷，其特征在于，所述氧化铝瓷层（10）的厚度为2-10mm，所述氧化铝-氧化钛复合瓷层（20）的厚度为2-10mm。
5.一种氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按质量百分比α-Al2O3:SiO2:CaCO3=(93-96):(2-3):(2-4)进行配料，得到配料A，向所述配料A中加入粘结剂，得到混合料；将混合料、磨球和酒精溶液加入球磨机中球磨，球磨后将料浆烘干，捣碎，放入球磨机中进行干磨，出料过筛，获得氧化铝瓷粉；
S2、按质量百分比将所述配料A:TiO2:MnO2 =（60-99）:（0.5-35）:（0.5-8）进行配料，得到配料B，向配料B中加入粘结剂，之后放入球磨罐中加入磨球、酒精和水球磨，球磨后将料浆烘干，捣碎，干磨，过筛，获得氧化铝-氧化钛复合瓷粉；
S3、对氧化铝瓷粉干压成型，然后在氧化铝瓷胚上部填充氧化铝-氧化钛复合瓷粉，继续干压成型，得到氧化铝-氧化钛复合层生胚；
S4、将氧化铝-氧化钛复合层生胚在还原气氛中炉内烧结，得到所述氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1，所述粘结剂为羧甲基纤维素，所述羧甲基纤维素的加入量占所述配料A的0.5-2wt%。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，按照重量比计，所述配料A：磨球：酒精水溶液=1：1：1，其中所述酒精水溶液是按照体积比水：酒精= 5：1混合而成。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述粘结剂为羧甲基纤维素，所述羧甲基纤维素的加入量占所述配料B的0.5-2wt%。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述配料B：磨球：酒精水溶液=1：1：1，其中所述酒精水溶液是按照体积比水：酒精=5：1混合而成。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中球磨的步骤包括球磨10-15h后将料浆和磨球一起倒入搪瓷盘中，放入烘箱烘干，烘干后将料块和磨球轻捣碎，放入球磨机中干磨10-15小时，出料过20-40目筛。
11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：先在模具腔体内平整铺设氧化铝瓷粉，装上干压头，操作干压机施以0-50MPa对氧化铝瓷粉进行干压成型；取下干压头，在氧化铝瓷胚上部填充氧化铝-氧化钛复合瓷粉，填充平整后，继续装上干压头，操作干压机施以50-100MPa对整体瓷粉进行压制，脱模后形成氧化铝-氧化钛复合层生胚。
12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中将氧化铝-氧化钛复合层生胚在还原气氛中烧结。
13.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中对氧化铝-氧化钛复合层生胚烧结的步骤包括：将氧化铝-氧化钛复合层生胚升温1-2小时至1200℃；然后再升温1-2小时至烧结温度1380℃-1450℃，保温1-2小时，自然降温至300℃，然后停氢气，充氮排氢。
14.权利要求1至4中任一项所述氧化铝-氧化钛双层复合陶瓷在微波器件中的应用。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04176180A (ja) * 1990-11-08 1992-06-23 Fuji Electric Co Ltd 半導体レーザ素子のチップ
JPH05299847A (ja) * 1992-04-23 1993-11-12 Tdk Corp 多層配線基板および誘電体層材料
CN101323529A (zh) * 2008-07-11 2008-12-17 中国科学院上海硅酸盐研究所 微波烧结中的梯度透波结构及其用于制备陶瓷材料的方法
CN101483417A (zh) * 2009-01-16 2009-07-15 华中科技大学 一种多层布线用黑色氧化铝基片的制备方法
CN103072325A (zh) * 2011-10-25 2013-05-01 中国科学院兰州化学物理研究所 复合结构氧化铝/氧化铝-氧化锆层状复合材料及制备方法
CN105161415A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 上海集成电路研发中心有限公司 高介电常数薄膜-氧化铝叠层结构绝缘薄膜及其制备方法
CN105842758A (zh) * 2016-05-13 2016-08-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 具有叠层结构的耐腐蚀高反光的正面镜及其制备方法
CN106810284A (zh) * 2016-12-30 2017-06-09 闫博文 一种双层耐高温隔热吸波复合材料的制备方法
CN108863322A (zh) * 2018-08-02 2018-11-23 广东国华新材料科技股份有限公司 一种低介电微波介质陶瓷及其制备方法
CN110330315A (zh) * 2019-07-04 2019-10-15 新化县顺达电子陶瓷有限公司 一种低温烧结氧化铝黑色陶瓷及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030129446A1 (en) * 2001-12-31 2003-07-10 Memscap Le Parc Technologique Des Fontaines Multilayer structure used especially as a material of high relative permittivity
CN102496429A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 西安交通大学 一种氧化钛与氧化铝复合陶瓷绝缘结构及其制备方法
CN105084873A (zh) * 2015-07-23 2015-11-25 华北理工大学 一种氧化铝基微波陶瓷的制备方法
CN105948723A (zh) * 2016-06-30 2016-09-21 华中科技大学 一种氧化铝微波介质陶瓷及其制备方法
CN106365661B (zh) * 2016-09-12 2019-02-26 中国科学院兰州化学物理研究所 一种多层结构氧化铝复合陶瓷及其制备方法
CN106904950A (zh) * 2017-03-21 2017-06-30 华东理工大学 一种低温烧结的95氧化铝陶瓷材料

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04176180A (ja) * 1990-11-08 1992-06-23 Fuji Electric Co Ltd 半導体レーザ素子のチップ
JPH05299847A (ja) * 1992-04-23 1993-11-12 Tdk Corp 多層配線基板および誘電体層材料
CN101323529A (zh) * 2008-07-11 2008-12-17 中国科学院上海硅酸盐研究所 微波烧结中的梯度透波结构及其用于制备陶瓷材料的方法
CN101483417A (zh) * 2009-01-16 2009-07-15 华中科技大学 一种多层布线用黑色氧化铝基片的制备方法
CN103072325A (zh) * 2011-10-25 2013-05-01 中国科学院兰州化学物理研究所 复合结构氧化铝/氧化铝-氧化锆层状复合材料及制备方法
CN105161415A (zh) * 2015-08-31 2015-12-16 上海集成电路研发中心有限公司 高介电常数薄膜-氧化铝叠层结构绝缘薄膜及其制备方法
CN105842758A (zh) * 2016-05-13 2016-08-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 具有叠层结构的耐腐蚀高反光的正面镜及其制备方法
CN106810284A (zh) * 2016-12-30 2017-06-09 闫博文 一种双层耐高温隔热吸波复合材料的制备方法
CN108863322A (zh) * 2018-08-02 2018-11-23 广东国华新材料科技股份有限公司 一种低介电微波介质陶瓷及其制备方法
CN110330315A (zh) * 2019-07-04 2019-10-15 新化县顺达电子陶瓷有限公司 一种低温烧结氧化铝黑色陶瓷及其制备方法

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