CN113321521A - 氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法，包括质量分数为77.55‑95.54wt％的复相陶瓷基料和4.46‑22.45wt％的掺杂剂，掺杂剂分散在所述复相陶瓷基料中，复相陶瓷基料包括Al2O3、TiO2、MgO、CaO，掺杂剂包括占陶瓷材料4‑20wt％的氧化铝晶须和0.46‑2.45wt％的调解电性能掺杂剂。通过在复相陶瓷基料中掺杂氧化铝晶须和调解电性能掺杂剂，氧化铝晶须具有较高的机械强度和较高的弹性模量，可极大地改善复相陶瓷的抗弯强度和抗热震性能，调解电性能掺杂剂能够改善低介微波介质陶瓷材料的电性能；且掺杂有氧化铝晶须的低介微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，可靠性更强，可满足介质谐振器与滤波器等微波元器件向小型化发展的要求，具有良好的应用前景。

Description

氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于5G微波介质陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着移动通讯与卫星通讯技术的迅速发展，随着电子元器件不断向高频化、微型化、集成化、模块化、多功能化的方向发展，人们对元器件的性能要求越来越高。而随着5G网络快速普及，用于谐振器、滤波器、隔离器、移相器等射频元器件的微波介质陶瓷已经成为近年来功能陶瓷最活跃的研究领域之一。相比其他材料而言，微波介质陶瓷具有适当的介电常数(εr)，较低介电损耗(tanδ)和近零的谐振频率温度系数(τf)的优良介电性能，还具有良好的力学性能和化学稳定性，但是，因为陶瓷其固有的脆性，在快速加热或者由高温极速冷却的过程中容易产生微裂纹，随着微裂纹迅速增多和扩展，可能导致微波介质陶瓷器件失效、剥离等灾难性破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决现有复相微波介质陶瓷材料存在的综合性能有待提升的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，包括质量分数为77.55-95.54wt％的复相陶瓷基料和质量分数为4.46-22.45wt％的掺杂剂，所述掺杂剂分散在所述复相陶瓷基料中，所述复相陶瓷基料包括Al2O3、TiO2、MgO、CaO，所述掺杂剂包括占所述低介微波介质陶瓷材料质量分数为4-20wt％的氧化铝晶须和0.46-2.45wt％的调解电性能掺杂剂。
进一步地，所述氧化铝晶须为纤维状α-氧化铝晶须，直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm。
进一步地，所述调解电性能掺杂剂包括CeO2、ZrO2、SiO2、Y2O3中的至少一种。
进一步地，所述调解电性能掺杂剂由CeO2、ZrO2、SiO2、Y2O3组成，所述调解电性能掺杂剂各组分在所述低介微波介质陶瓷材料中的质量分数分别为：CeO2为0.04-1wt％、ZrO2为0.04-1.2wt％、SiO2为0.05-0.15wt％、Y2O3为0.01-0.1wt％。
进一步地，所述复相陶瓷基料各组分在所述低介微波介质陶瓷材料中的质量分数分别为：Al2O3为87.7wt％-90.2wt％、TiO2为9.33wt％-11.72wt％、MgO为0.42wt％-0.52wt％、CaO为0.05wt％-0.06wt％。
进一步地，所述低介微波介质陶瓷材料的介电常数εr为9-13，谐振频率温度系数τf为-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃，抗弯强度大于或等于290MPa，热震温度差大于180℃。
第二方面，本发明还提供了一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将复相陶瓷基料的各个组分按照质量百分比进行称重配料，得到混合料；
S2、将所述混合料与锆球、去离子水按比例球磨至混合均匀，球磨时间为4-6小时，球磨后得到的浆料以80-110℃烘12-24小时，然后过40-120目筛网，得到混合均匀的混合物；
S3、将所述混合物在1100-1200℃下预烧4-6h，得到预烧粉体；
S4、称取纤维状α-氧化铝晶须加入去离子水，用超声分散均匀，得到氧化铝晶须分散液；
S5、将所述氧化铝晶须分散液、调解电性能掺杂剂以及所述预烧粉体混合后球磨4-6h，加入粘接剂进行造粒，得到造粒粉；
S6、将所述造粒粉干压成型，并进行烧结处理后得到低介微波介质陶瓷材料。
进一步地，在步骤S2中，所述混合料与锆球、去离子水的质量比为1：5：1-3。
进一步地，在步骤S4中，所述去离子水与所述氧化铝晶须的质量比为1:40-60。
进一步地，在步骤S6中，所述烧结处理的温度为1400-1500℃，烧结处理的时间为3-6h。
本发明提供了一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，包括质量分数为77.55-95.54wt％的复相陶瓷基料和质量分数为4.46-22.45wt％的掺杂剂，所述掺杂剂分散在所述复相陶瓷基料中，所述复相陶瓷基料包括Al2O3、TiO2、MgO、CaO，所述掺杂剂包括占所述低介微波介质陶瓷材料质量分数为4-20wt％的氧化铝晶须和0.46-2.45wt％的调解电性能掺杂剂。本发明通过在复相陶瓷基料中掺杂氧化铝晶须和调解电性能掺杂剂，氧化铝晶须具有较高的机械强度和较高的弹性模量，将其适量加入复相陶瓷基料中具有补强增韧的作用，可极大地改善复相陶瓷基料的抗弯强度和抗热震性能，调解电性能掺杂剂能够改善低介微波介质陶瓷材料的电性能；且本发明提供的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，可靠性更强，可满足介质谐振器与滤波器等微波元器件向小型化发展的要求，还能够适应昼夜温差大等恶劣的工作环境，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例说明书中所提到的各组分的质量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间质量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书各组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
本申请实施例通过在包括Al2O3、TiO2、MgO、CaO的复相陶瓷基料中掺杂氧化铝晶须和调解电性能掺杂剂CeO2、ZrO2、SiO2、Y2O3，由于氧化铝晶须具有较高的机械强度和较高的弹性模量，将其适量加入复相陶瓷基料中具有补强增韧的作用，可极大地改善复相陶瓷基料的抗弯强度和抗热震性能，另外调解电性能掺杂剂的掺入，可极大地改善复相陶瓷基料的电性能。本发明实施例提供的复相微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能，其介电常数εr为9-13，在-40℃-85℃下的谐振频率温度系数τf为-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃，品质因数Qf≥80000，抗弯强度≥290MPa，热震温度>180℃，可靠性更强，可满足5G介质滤波器等微波元器件的电性能要求，还能够适应昼夜温差大等恶劣的工作环境，具有良好的应用前景。
氧化铝有多种同质异晶体，包括α、β、γ、θ、ρ等，其中，α、β、γ是最主要的三种；氧化铝晶须具有强度高、弹性模量高的优点，呈白色，具有针状或纤维状结构，断面一般为六角形。在一些实施例中，选择纯度大于99.9％的纤维状α-氧化铝晶须，且直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm。纤维状α-氧化铝晶须属三方晶系，具有结构紧密、活性低、在所有温度下稳定、电学性能最好的优点。此外，通过选择直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm的氧化铝晶须，与其它尺寸的氧化铝晶须相比，可与Al2O3、TiO2、MgO、CaO形成的复相陶瓷形成协同作用的体系，进一步提升所得复相微波介质陶瓷材料的整体性能和抗热震性能。具体地，典型而非限制性的氧化铝晶须直径为0.50μm、0.55μm、0.60μm、0.65μm、0.70μm、0.75μm、0.80μm、0.85μm、0.90μm、0.95μm、1.0μm；典型而非限制性的氧化铝晶须长度为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm。
在本申请实施例中，复相陶瓷基料的组成为Al2O3、TiO2、MgO、CaO，其中，Al2O3的质量百分比含量：87.7wt％—90.2wt％；TiO2的质量百分比含量：9.33wt％—11.72wt％；MgO的质量百分比含量：0.42wt％—0.52wt％；CaO的质量百分比含量：0.05wt％—0.06wt％。复相陶瓷基料中，各成分的质量百分比很大程度上影响着所得复相微波介质陶瓷材料的介电性能和综合性能。本发明实施例通过优化基料材料各组分的百分含量、纤维状α-氧化铝晶须的百分含量，以及调解电性能掺杂剂的质量百分比获得的复相陶瓷基料具备良好的综合性能，其介电常数εr为9-13，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃，品质因数Qf≥80000，抗弯强度≥290MPa，热震温度>180℃，可靠性更强。
本申请实施例还提供了一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将复相陶瓷基料的各个组分按照质量百分比进行称重配料，得到混合料；
S2、将所述混合料与锆球、去离子水以1:5:1-3的比例置于球磨罐中进行球磨，行星球磨时间为4-6小时，球磨后得到的浆料在干燥箱中以80-110℃烘干12-24小时，然后过40-120目筛网，得到混合均匀的混合物；
S3、将所述混合物放置于1100-1200℃的高温箱式炉中预烧4-6h，得到预烧粉体；
S4、称取纤维状α-氧化铝晶须加入去离子水，用超声分散均匀，得到氧化铝晶须分散液，其中所述去离子水与所述氧化铝晶须的质量比为1:40-60；
S5、将所述氧化铝晶须分散液、调解电性能掺杂剂以及所述预烧粉体混合后放置于球磨罐中球磨4-6h，加入粘接剂进行造粒，得到造粒粉干；
S6、将所述造粒粉干压成型，在1400-1500℃下烧结3-6h后得到低介微波介质陶瓷材料。
其中的球磨机均为行星球磨机，且步骤S5中的粘接剂为聚乙烯醇(PVA)，本申请实施例提供的制备方法步骤简单，易于实施，制备得到的复相微波介质陶瓷材料具有良好的综合性能。
进一步地，在步骤S1中，复相陶瓷基料既可以采用本领域现有包括Al2O3、TiO2、MgO、CaO的复相陶瓷，也可以采用本发明实施例提供的制备方法制备得到的复相陶瓷基料，在一些实施例中，为了实现与氧化铝晶须的协同配合效果，提升所得复相微波介质陶瓷材料的整体性能，优选采用本发明实施例提供的制备方法制备得到的复相陶瓷基料。
进一步地，在步骤S2中，混合的具体方法可采用本领域常用的方法，包括但不限于球磨。
进一步地，在步骤S3中，预烧处理的温度为1000℃-1200℃，预烧处理的时间为4h-6h。具体地，典型而非限制性的烧结处理温度为1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃；典型而非限制性的烧结处理时间为2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h。
进一步地，在步骤S4中，氧化铝晶须作为掺杂剂，其具体选择及添加量如前文所述，此处不再赘述。在一些实施例中，将氧化铝晶须事先制备成氧化铝晶须分散液，可进一步提升其作为掺杂剂与复相陶瓷基料的掺杂分布效果。具体地，制备氧化铝晶须分散液的步骤如下：将氧化铝晶须分散于去离子水中，得到10wt％-25wt％的氧化铝晶须分散液；其中，氧化铝晶须与去离子水的质量比为1:40-1：60。
进一步地，在步骤S5中，将复相陶瓷基料与掺杂剂进行混合处理的方法可采用本领域常用的方法，包括但不限于球磨，球磨的具体参数可以根据实际情况进行相应调整；为了便于造粒和后续加工，可在混合物中添加适量的粘结剂、消泡剂、增塑剂等添加剂以形成流动性较好的粉料。
进一步地，在步骤S6中，成型处理包括对复相陶瓷基料与掺杂剂进行混合处理所得混合物进行造粒、加工成生坯体的步骤；其中，生坯体可通过粉末压片机对粉料进行压制得到。烧结处理可使生坯体在高温下发生一系列的理化反应，进而转变为复相微波介质陶瓷材料，烧结的条件对于所得复相微波介质陶瓷材料的性能具有显著的影响。在本申请实施例中，适当的烧结温度和时间，有利于物质的迁移和晶粒的生长，使所得复相微波介质陶瓷材料更加致密，具有更好的性能。如烧结温度过高或时间过长，容易出现过烧的问题，材料中的气孔来不及排除，导致介质损耗增大；烧结温度过低或时间过短，所得复相微波介质陶瓷材料致密性较差，介电性能受影响。具体地，典型而非限制性的烧结处理温度为1400℃、1410℃、1420℃、1430℃、1440℃、1450℃、1460℃、1470℃、1480℃、1490℃、1500℃；典型而非限制性的烧结处理时间为3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h。
通过本申请实施例提供的制备方法制备得到的复相微波介质陶瓷材料的介电常数εr为9-13，在-40℃～85℃下的谐振频率温度系数τf为-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃，品质因数Qf≥80000，抗弯强度≥290MPa，热震温度>180℃，可靠性更强。
为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例复相微波介质陶瓷材料及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
本申请实施例提供了一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，所述氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料通过如下步骤制备：
S1、将复相陶瓷基料中的组分Al2O3、TiO2、MgO、CaO分别按照90.2wt％、9.33wt％、0.42wt％、0.05wt％的质量百分比进行称重配料，得到混合料；
S2、将所述混合料与锆球、去离子水按1:5:1的比例置于球磨罐中进行球磨，行星球磨时间为4小时，球磨后得到的浆料在干燥箱中以80℃烘干24小时，然后过80目筛网，得到混合均匀的混合物；
S3、将所述混合物放置于1100℃的高温箱式炉中预烧6h，得到预烧粉体；
S4、称取纤维状α-氧化铝晶须加入去离子水，其中纤维状α-氧化铝晶须的直径为0.6μm，长度为10μm，去离子水与氧化铝晶须的质量比为1:40，用超声分散均匀，得到氧化铝晶须分散液；
S5、将所述氧化铝晶须分散液、调解电性能掺杂剂以及所述预烧粉体混合后放置于球磨罐中球磨4h，加入粘接剂进行造粒，得到造粒粉干，其中氧化铝晶须质量百分比为0，调解电性能掺杂剂中各组分的质量百分比按照CeO2为1wt％、ZrO2为0.04wt％、SiO2为0.1wt％、Y2O3为0.01wt％；
S6、将所述造粒粉干压成型，并进行烧结处理后得到低介微波介质陶瓷材料。
实施例1-81中陶瓷基料，以及添加剂的添加量，具体如表1所示。
表1复相微波介质陶瓷各组分的质量质量百分比
Figure BDA0003087446920000071
Figure BDA0003087446920000081
Figure BDA0003087446920000091
Figure BDA0003087446920000101
Figure BDA0003087446920000111
对实施例1-81所得复相微波介质陶瓷材料的介电性能和抗热震性进行检测，采用造粒粉干压烧结成3mm*4mm*36mm的试样测试热震，热震实验采用水淬法单次热震法测试(热震温度ΔT＝介质最高不裂温度-水温)；采用微波谐振腔法对产品介电性能进行测试；在Instron-1186电子万能试验机上用三点弯曲法测定材料的抗弯强度。试样为矩形截面的长棒状，尺寸为3mm×4mm×36mm，长度方向四个棱倒角0.1～0.3mm×45°，每组测5个试样。结果如表2所示。
表2实施例1-81所得复相微波介质陶瓷材料的介电性能和抗热震性
Figure BDA0003087446920000112
Figure BDA0003087446920000121
Figure BDA0003087446920000131
Figure BDA0003087446920000141
通过表1和表2可以看出，本申请实施例中提供的复相微波介质陶瓷材料中，随着调解电性能掺杂剂的添加量变化，所得复相微波介质陶瓷材料的电性能变化差异较大，综合比较，调解电性能掺杂剂的质量百分比按照CeO2为0.07wt％、ZrO2为0.8wt％、SiO2为0.1wt％、Y2O3为0.05wt％时得到的复相微波介质陶瓷材料的综合电性能最优。同时，在未添加氧化铝晶须时，所得复相微波介质陶瓷材料的热震温度以及抗弯强度并不高，并且相对稳定。
实施例2
表3为实施例2-5的数据，其中的实施步骤与实施例1基本相同，但在实施例2-5中调解电性能掺杂剂各组分的质量百分比为CeO2为0.07wt％、ZrO2为0.8wt％、SiO2为0.1wt％、Y2O3为0.05wt％。
表3实施例2-5中复相微波介质陶瓷材料的组成及质量百分比
Figure BDA0003087446920000142
Figure BDA0003087446920000151
对实施例2-5所得复相微波介质陶瓷材料的介电性能和抗热震性进行检测，采用造粒粉干压烧结成3mm*4mm*36mm的试样测试热震，热震实验采用水淬法单次热震法测试(热震温度ΔT＝介质最高不裂温度-水温)；采用微波谐振腔法对产品介电性能进行测试；在Instron-1186电子万能试验机上用三点弯曲法测定材料的抗弯强度。试样为矩形截面的长棒状，尺寸为3mm×4mm×36mm，长度方向四个棱倒角0.1～0.3mm×45°，每组测5个试样。结果如表4所示。
表4实施例2-5所得复相微波介质陶瓷材料的介电性能和抗热震性
Figure BDA0003087446920000152
通过表3和表4可以看出，本发明在添加α-氧化铝晶须时增韧效果明显，随着氧化铝晶须含量的增加，热震温度差和抗弯强度随之增加，并在氧化铝晶须的质量百分比为16wt％达到了最优的状态，当氧化铝晶须持续增加到20wt％时，由增韧效果减弱。
需要说明的是，本发明内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本发明内容中，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。
对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内容。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，本发明内容中所定义的一般原理可以在不脱离本发明内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明内容将不会被限制于本发明内容所示的这些实施例，而是要符合与本发明内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，其特征在于，包括质量分数为77.55-95.54wt％的复相陶瓷基料和质量分数为4.46-22.45wt％的掺杂剂，所述掺杂剂分散在所述复相陶瓷基料中，所述复相陶瓷基料包括Al2O3、TiO2、MgO、CaO，所述掺杂剂包括占所述低介微波介质陶瓷材料质量分数4-20wt％的氧化铝晶须和0.46-2.45wt％的调解电性能掺杂剂。
2.如权利要求1所述的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝晶须为纤维状α-氧化铝晶须，直径为0.5μm-1.0μm，长度为10μm-15μm。
3.如权利要求1所述的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述调解电性能掺杂剂包括CeO2、ZrO2、SiO2、Y2O3中的至少一种。
4.如权利要求3所述的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述调解电性能掺杂剂由CeO2、ZrO2、SiO2、Y2O3组成，所述调解电性能掺杂剂各组分在所述低介微波介质陶瓷材料中的质量分数分别为：CeO2为0.04-1wt％、ZrO2为0.04-1.2wt％、SiO2为0.05-0.15wt％、Y2O3为0.01-0.1wt％。
5.如权利要求1所述的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述复相陶瓷基料各组分在所述低介微波介质陶瓷材料中的质量分数分别为：Al2O3为87.7wt％-90.2wt％、TiO2为9.33wt％-11.72wt％、MgO为0.42wt％-0.52wt％、CaO为0.05wt％-0.06wt％。
6.如权利要求1-5任一项所述的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述低介微波介质陶瓷材料的介电常数εr为9-13，谐振频率温度系数τf为-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃，抗弯强度大于或等于290MPa，热震温度差大于180℃。
7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的氧化铝晶须掺杂的低介微波介质陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将复相陶瓷基料的各个组分按照质量百分比进行称重配料，得到混合料；
S2、将所述混合料与锆球、去离子水按比例球磨至混合均匀，球磨时间为4-6小时，球磨后得到的浆料以80-110℃烘12-24小时，然后过40-120目筛网，得到混合均匀的混合物；
S3、将所述混合物在1100-1200℃下预烧4-6h，得到预烧粉体；
S4、称取纤维状α-氧化铝晶须加入去离子水，用超声分散均匀，得到氧化铝晶须分散液；
S5、将所述氧化铝晶须分散液、调解电性能掺杂剂以及所述预烧粉体混合后球磨4-6h，加入粘接剂进行造粒，得到造粒粉干；
S6、将所述造粒粉干压成型，并进行烧结处理后得到低介微波介质陶瓷材料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述混合料与锆球、去离子水的质量比为1：5：1-3。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述去离子水与所述氧化铝晶须的质量比为1:40-60。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S6中，所述烧结处理的温度为1400-1500℃，烧结处理的时间为3-6h。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115849876A (zh) * 2022-12-28 2023-03-28 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 一种低温烧结的中低介电低损耗微波介质陶瓷及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4591574A (en) * 1984-02-21 1986-05-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Alumina porcelain composition
US5147835A (en) * 1991-03-05 1992-09-15 Motorola, Inc. Composite titanate aluminate dielectric material
JP2001072462A (ja) * 1999-06-29 2001-03-21 Hitachi Metals Ltd アルミナ磁器組成物
US6362120B1 (en) * 1999-06-29 2002-03-26 Hitachi Metals, Ltd. Alumina ceramic composition
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
CN112592195A (zh) * 2020-12-02 2021-04-02 无锡市高宇晟新材料科技有限公司 复相微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN112624755A (zh) * 2020-12-02 2021-04-09 无锡市高宇晟新材料科技有限公司 微波介质陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4591574A (en) * 1984-02-21 1986-05-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Alumina porcelain composition
US5147835A (en) * 1991-03-05 1992-09-15 Motorola, Inc. Composite titanate aluminate dielectric material
JP2001072462A (ja) * 1999-06-29 2001-03-21 Hitachi Metals Ltd アルミナ磁器組成物
US6362120B1 (en) * 1999-06-29 2002-03-26 Hitachi Metals, Ltd. Alumina ceramic composition
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
CN112592195A (zh) * 2020-12-02 2021-04-02 无锡市高宇晟新材料科技有限公司 复相微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN112624755A (zh) * 2020-12-02 2021-04-09 无锡市高宇晟新材料科技有限公司 微波介质陶瓷材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
千粉玲等: ""Al2O3陶瓷微波介电性能的研究与发展"", 《陶瓷学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115849876A (zh) * 2022-12-28 2023-03-28 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 一种低温烧结的中低介电低损耗微波介质陶瓷及其制备方法
CN115849876B (zh) * 2022-12-28 2023-11-24 无锡鑫圣慧龙纳米陶瓷技术有限公司 一种低温烧结的中低介电低损耗微波介质陶瓷及其制备方法

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