CN115108823B - 一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115108823B
CN115108823B CN202210854920.4A CN202210854920A CN115108823B CN 115108823 B CN115108823 B CN 115108823B CN 202210854920 A CN202210854920 A CN 202210854920A CN 115108823 B CN115108823 B CN 115108823B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
powder
ceramic material
raw materials
microwave dielectric
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
CN202210854920.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115108823A (zh
Inventor
修志宇
毛敏敏
宋开新
石仁刚
朱晟锴
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.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
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 Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202210854920.4A priority Critical patent/CN115108823B/zh
Publication of CN115108823A publication Critical patent/CN115108823A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115108823B publication Critical patent/CN115108823B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C04B35/44—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 aluminates
    • C04B35/443—Magnesium aluminate spinel
    • 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
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213—Strontium 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
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C04B2235/3234—Titanates, not containing zirconia
    • C04B2235/3236—Alkaline earth titanates
    • 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
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C04B2235/3267—MnO2
    • 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
    • C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates 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
    • C04B2235/34—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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • 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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • 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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • 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
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法，材料的物相晶体结构为尖晶石型结构，化学式为MgAl2‑x(Zn0.5Mn0.5)xO4，其中，0<x≤0.08。本发明利用Zn2+和Mn4+协同置换所述镁铝尖晶石晶格中的Al3+，制备得到的微波介质陶瓷材料在掺杂Zn2+和Mn4+后的烧结温度为1440℃～1590℃，低于现有的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的烧结温度，其介电常数为8.23～8.51，品质因数为76764GHz～111010GHz，谐振频率温度系数为‑64ppm/℃～‑58ppm/℃，微波介电性能显著提高。

Description

一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于无线移动通讯与射频电子电路系统用电子陶瓷元器件与材料技术领域，具体涉及一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷作为一种新型多功能陶瓷材料受到了研究人员的重视，也常称它为无线通信的基石。它被广泛地应用于无线互联网、移动通信、雷达等领域内。随着5G技术的发展，基于微波介质陶瓷设计的滤波器、谐振器、介质天线等被广泛地应用，对微波介质陶瓷材料的需求也在大大增加。当然，对于材料的性能也提出了更高的要求。研究人员一般重点关注微波介质陶瓷材料的三个性能指标参数：能够决定器件尺寸大小，影响设备传输时延的相对介电常数(εr)，能够影响微波元器件损耗大小的品质因数(Q×f)以及决定微波元器件能否在不同温度下具有良好温度稳定性的谐振频率温度系数(τf)。为了满足5G技术的应用，低介电常数(εr<20)，高品质因数和近零温度系数(|τf|<3ppm/℃)的微波介质陶瓷材料是目前研究的重点。
当前有关镁铝尖晶石微波陶瓷材料与制备技术上仍然存在品质因数不够高、负谐振频率温度系数绝对值较大与烧结温度高(＞1600℃)等缺点，低的品质因数和绝对值大的负频率温度系数不满足5G技术的要求，会导致器件损耗大与谐振频率温度稳定性差，而且高烧结温度会产生大量的能源消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法，本发明利用Zn2+和Mn4+协同置换所述镁铝尖晶石晶格中的Al3+，制备得到的微波介质陶瓷材料MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4(0<x≤0.08)在掺杂Zn2+和Mn4+后的烧结温度为1440℃～1590℃，低于现有的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的烧结温度，相对介电常数εr为8.23～8.51，品质因数Q×f为76764GHz～111010GHz、谐振频率温度系数τf为-64ppm/℃～-58ppm/℃，微波介电性能优良。
本发明提供了一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，材料的物相晶体结构为尖晶石型结构，化学式为MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4，其中，x为摩尔比，0<x≤0.08。
优选的，x为0.02、0.04、0.06、0.08。
优选的，所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1440℃～1590℃；相对介电常数为8.23～8.51，品质因数为76764GHz～111010GHz，谐振频率温度系数为-64ppm/℃～-58ppm/℃。
优选的，添加H3BO3的微波介质陶瓷材料化学式为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3，其中，y为质量百分比，0.2≤y≤1。
优选的，y为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0。
优选的，添加H3BO3的微波介质陶瓷材料的烧结温度为1230℃～1350℃；相对介电常数为7.57～7.64，品质因数为78518GHz～99166GHz，谐振频率温度系数为-62.1ppm/℃～-58.0ppm/℃。
优选的，添加H3BO3和SrTiO3的微波介质陶瓷材料的化学式为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+z wt％SrTiO3，其中，z为质量百分比，1.5≤z≤5.5。
优选的，z为1.5、2.5、3.5、4.5、5.5。
优选的，添加H3BO3和SrTiO3的微波介质陶瓷材料的烧结温度为1290℃～1410℃；相对介电常数为8.02～9.93，品质因数为32102GHz～69210GHz，谐振频率温度系数为-44ppm/℃～+15ppm/℃。
本发明还提供了一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的制备方法，化学式为MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4，其中0<x≤0.08，制备方法包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式计量比称量配料，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％；
由于MgO与ZnO原料易受潮或者与二氧化碳反应生成氢氧化物和碳酸盐，Al2O3和MnO2原料也容易受潮，因此需要将原料进行预处理。具体将原料进行预处理的过程包括：将MgO与ZnO原料放入炉子中煅烧以去除水分和分解氢氧化物和碳酸盐，把炉子的调温程序设定为升温速率5℃～10℃/min到900℃～1000℃时保温2h～4h，例如升温速率可以是5℃/min、8℃/min或10℃/min，升高温度可以为900℃、950℃或1000℃，保温时间可以是2h、3h或4h，待炉子降温至室温后把处理好的粉料妥善储存并密封好，放入烘干箱；将Al2O3、MnO2原料置入高温烘箱于100℃烘干24h以上；上述原料需要使用时拿出冷却至室温。
(2)一次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机进行球磨，转速220r/min，球磨6小时，再烘干；
(3)预烧：将烘干后的粉末研磨过筛，再转入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升至1300℃保温4h；
(4)二次球磨：将预烧后的原料添加无水乙醇再次用行星式球磨机进行球磨，转速220r/min，球磨6h，将球磨完的浆料倒入托盘，烘干；
(5)造粒：将烘干后的块状原料研磨成粉状，加入粘合剂，粘合剂为粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料，将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料；
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具压制得到陶瓷生坯，压制压强为1MPa，压制时间为30秒；陶瓷生坯为直径12mm，高度4mm以上的圆柱体；
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，先以4℃/min的升温速率升温至800℃保温4h排出粘合剂，然后再以4℃/min的升温速率升至烧结温度1440℃～1590℃，烧结时间4h，然后以4℃/min的降温速率降至800℃后自然冷却，获得陶瓷材料。
优选的，添加H3BO3的微波介质陶瓷材料的化学式为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+ywt％H3BO3，其中，0.2≤y≤1，制备方法包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式计量比称量配料，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％；
(2)一次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机进行球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(3)预烧：将烘干后的粉末研磨过筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升至1300℃保温4h；
(4)二次球磨：将预烧后的原料加入无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(5)称量配料：将经过烘干处理的H3BO3原料，和(4)获得的粉料，按化学式的质量百分比称量配料，其中，H3BO3的纯度为99.95％，H3BO3原料的烘干处理操作为：将H3BO3原料置入高温烘箱于100℃烘干24h以上；
(6)三次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(7)造粒：将烘干后的块状原料研磨成粉状，加入粘合剂，粘合剂为粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料，将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料；
(8)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具压制得到陶瓷生坯，压制压强为1MPa，压制时间为30秒；陶瓷生坯为直径12mm，高度4mm以上的圆柱体；
(9)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，先以4℃/min的升温速率升至800℃保温4h以排出粘合剂，然后再以4℃/min的升温速率升至烧结温度1230℃～1350℃，烧结时间4h，最后以4℃/min的降温速率降至800℃后自然冷却，获得陶瓷材料。
优选的，添加H3BO3和SrTiO3的微波介质陶瓷材料的化学式为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+z wt％SrTiO3，其中，1.5≤z≤5.5，制备方法包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式计量比称量配料，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％；
(2)一次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(3)预烧：将烘干后的粉末研磨过筛，再移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升至1300℃保温4h；
(4)二次球磨：将预烧后的原料加入无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(5)称量配料：将经过烘干处理的H3BO3、SrTiO3原料，和(4)获得的粉料，按化学式的质量百分比称量配料，其中，H3BO3的纯度为99.95％，SrTiO3的纯度为99.5％，H3BO3和SrTiO3原料的烘干处理操作为：将H3BO3和SrTiO3原料置入高温烘箱于100℃烘干24h以上；
(6)三次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(7)造粒：将烘干后的块状原料研磨成粉状，加入粘合剂，粘合剂为粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料，将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料；
(8)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具压制得到陶瓷生坯，压制压强为1MPa，压制时间为30秒；陶瓷生坯为直径12mm，高度4mm以上的圆柱体；
(9)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，先以4℃/min的升温速率升至800℃保温4h以排出粘合剂，然后再以4℃/min的升温速率升至烧结温度1290℃～1410℃，烧结时间4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然冷却，获得陶瓷材料。
本发明的有益效果：
本发明利用Zn2+和Mn4+协同置换所述镁铝尖晶石晶格中的Al3+，制备得到的微波介质陶瓷材料MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4(0<x≤0.08)实现电荷平衡与改善微结构缺陷，其烧结温度为1440℃～1590℃，低于现有的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的烧结温度，其相对介电常数为8.23～8.51、品质因数为76764GHz～111010GHz、谐振频率温度系数为-64ppm/℃～-58ppm/℃，微波介电性能显著提高。
在最佳MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4基础上，添加H3BO3获得的微波介质陶瓷材料为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(0.2≤y≤1)，添加H3BO3能有效降低镁铝尖晶石的烧结温度，具体表现在该微波介质陶瓷材料的烧结温度为1230℃～1350℃；相对介电常数为7.57～7.64，品质因数为78518GHz～99166GHz，谐振频率温度系数为-62.1ppm/℃～-58.0ppm/℃。
然后在MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3基础上，进一步添加SrTiO3获得的微波介质陶瓷材料为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+zwt％SrTiO3(1.5≤z≤5.5)，添加SrTiO3能有效降低镁铝尖晶石的谐振频率温度系数绝对值，具体表现在烧结温度为1290℃～1410℃；相对介电常数为8.02～9.93，品质因数为32102GHz～69210GHz，谐振频率温度系数为-44ppm/℃～+15ppm/℃。
掺杂Zn2+和Mn4+、H3BO3、SrTiO3后的微波介质陶瓷材料MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+z wt％SrTiO3(1.5≤z≤5.5)，有效降低了镁铝尖晶石陶瓷材料的致密化烧结温度，并降低了镁铝尖晶石陶瓷材料的谐振频率温度系数绝对值，同时该材料显著地提高了镁铝尖晶石陶瓷的品质因数，可以在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中做电子元器件的功能介质使用。
附图说明
图1是根据本发明实施例1～4的微波介质陶瓷材料的制备方法的示意性流程图；
图2是根据本发明的对比例1和实施例1～4制备得到的掺杂Zn2+和Mn4+的微波介质陶瓷材料的XRD图谱；
图3是根据本发明的对比例1和实施例1～4制备得到的掺杂Zn2+和Mn4+的微波介质陶瓷材料在不同温度下烧结的块体密度曲线图；
图4是根据本发明的对比例1和实施例1～4制备得到的掺杂Zn2+和Mn4+的微波介质陶瓷材料在最佳烧结温度点的陶瓷相对密度曲线图；
图5是根据本发明的对比例1和实施例1～4制备得到的掺杂Zn2+和Mn4+的微波介质陶瓷材料的相对介电常数随摩尔比x的变化曲线；
图6是根据本发明的对比例1和实施例1～4制备得到的掺杂Zn2+和Mn4+的微波介质陶瓷材料的品质因数随摩尔比x的变化曲线图；
图7是根据本发明的对比例1和实施例1～4制备得到的掺杂Zn2+和Mn4+的微波介质陶瓷材料的温度系数随摩尔比x的变化曲线图。
图8是根据本发明的实施例5制备得到的添加H3BO3后的微波介质陶瓷材料的XRD图谱；
图9是根据本发明的实施例5制备得到的添加H3BO3后的微波介质陶瓷材料的相对介电常数随质量百分比y的变化曲线；
图10是根据本发明的实施例5制备得到的添加H3BO3后的微波介质陶瓷材料的品质因数随质量百分比y的变化曲线图；
图11是根据本发明的实施例5制备得到的添加H3BO3后的微波介质陶瓷材料的温度系数随质量百分比y的变化曲线图。
图12是根据本发明的实施例6制备得到的添加SrTiO3后的微波介质陶瓷材料的XRD图谱；
图13是根据本发明的实施例6制备得到的添加SrTiO3后的微波介质陶瓷材料的相对介电常数随质量百分比z的变化曲线；
图14是根据本发明的实施例6制备得到的添加SrTiO3后的微波介质陶瓷材料的品质因数随质量百分比z的变化曲线图；
图15是根据本发明的实施例6制备得到的添加SrTiO3后的微波介质陶瓷材料的温度系数随质量百分比z的变化曲线图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例来说明本次发明的实施方式。本领域的技术人员可以通过本说明书的内容理解本发明的优点和功效。
实施例1
MgAl1.98(Mn0.5Zn0.5)0.02O4微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式MgAl1.98(Mn0.5Zn0.5)0.02O4计量比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％。
(2)一次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(3)预烧：将烘干之后的粉末研磨过120目的尼龙筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升温到1300℃保温4h。
(4)二次球磨：将预烧之后的原料再次倒入球磨罐中，再加入一定量的无水乙醇作为液态介质，放入行星式球磨机中球磨6h，转速220r/min，将二次球磨完浆料倒入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(5)造粒：将烘干之后的块状原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀之后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料；将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具中，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm，高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度1560℃，烧结4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然降温。
(8)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备得到的MgAl1.98(Mn0.5Zn0.5)0.02O4微波介质陶瓷材料介电常数εr为8.34，品质因数Q×f为111010GHz，谐振频率温度系数τf为-60ppm/℃。
实施例2
MgAl1.96(Mn0.5Zn0.5)0.04O4微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干预处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式MgAl1.96(Mn0.5Zn0.5)0.04O4计量比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％。
(2)一次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘中，移入烘箱烘干至恒重。
(3)预烧：将烘干之后的粉末研磨过120目的尼龙筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升温到1300℃保温4h。
(4)二次球磨：将预烧之后的原料再次倒入行星式球磨机的球磨罐中，再加入一定量的无水乙醇作为液态介质，放入球磨机中球磨6h，转速为220r/min，将二次球磨完浆料倒入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(5)造粒：将烘干之后的块状原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀之后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料；将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具中，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm、高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度1560℃，烧结4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然降温。
(8)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备得到的MgAl1.96(Mn0.5Zn0.5)0.04O4微波介质陶瓷材料介电常数εr为8.45，品质因数Q×f为98178GHz，谐振频率温度系数τf为-61ppm/℃。
实施例3
MgAl1.94(Mn0.5Zn0.5)0.06O4微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式MgAl1.94(Mn0.5Zn0.5)0.06O4计量比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％。
(2)一次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘中，移入烘箱烘干至恒重。
(3)预烧：将烘干之后的粉末研磨过120目的尼龙筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升温到1300℃保温4h。
(4)二次球磨：将预烧之后的原料再次倒入球磨罐中，再加入一定量的无水乙醇作为液态介质，放入球磨机中球磨6h，转速为220r/min，将二次球磨完浆料倒入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(5)造粒：将烘干之后的块状的原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀之后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120但是没有通过200目的粉末作为下一步的原料；将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入到模具中，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm，高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h，排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度点1530℃下保温4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然降温。
(8)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备得到的MgAl1.94(Mn0.5Zn0.5)0.06O4微波介质陶瓷材料介电常数εr为8.49，品质因数Q×f的值为77121GHz，谐振频率温度系数τf值为-62ppm/℃。
实施例4
MgAl1.92(Mn0.5Zn0.5)0.08O4微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式MgAl1.92(Mn0.5Zn0.5)0.08O4计量比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，MgO、Al2O3、ZnO的纯度为99.99％，MnO2的纯度为99.5％。
(2)一次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速为220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(3)预烧：将烘干之后的粉末研磨过120目的尼龙筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升温到1300℃保温4h。
(4)二次球磨：将预烧之后的原料再次倒入行星式球磨机的球磨罐中，再加入一定量的无水乙醇作为液态介质，放入球磨机中球磨6h，转速为220r/min，将二次球磨完浆料倒入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(5)造粒：将烘干之后的块状原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀之后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目但是没有通过200目的粉末作为下一步的原料；将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具中，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm，高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度1530℃，烧结4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然降温。
(8)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备得到的MgAl1.92(Mn0.5Zn0.5)0.08O4微波介质陶瓷材料的介电常数εr为8.51，品质因数Q×f为73974GHz，谐振频率温度系数τf为-63.6ppm/℃。
实施例5
MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(y＝0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过烘干处理的H3BO3原料，和实施例1二次研磨并烘干后的粉料，按不同质量百分比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，H3BO3的纯度为99.95％。
(2)三次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速为220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(3)造粒：将烘干之后的块状原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀之后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料；通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(4)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具中，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm、高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(5)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入到高温炉中，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度1230℃～1350℃，烧结4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然降温。
(6)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备得到的MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(y＝0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)微波介质陶瓷材料的介电常数εr为7.57～7.64，品质因数Q×f为78518GHz～99166GHz，谐振频率温度系数τf为-62.1ppm/℃～-58.0ppm/℃。
实施例6
MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+z wt％SrTiO3(z＝1.5、2.5、3.5、4.5、5.5)微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过烘干处理的H3BO3、SrTiO3原料，和实施例1二次研磨并烘干后的粉料，按不同质量百分比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，H3BO3的纯度为99.95％，SrTiO3的纯度为99.5％。
(2)三次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速为220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(3)造粒：将烘干后的块状原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料；将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(4)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具中，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm、高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(5)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度1290℃～1410℃，烧结4h，最后以4℃/min的降温速率降至800℃后自然降温。
(6)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备得到的MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+z wt％SrTiO3(z＝1.5、2.5、3.5、4.5、5.5)微波介质陶瓷材料的介电常数εr为8.02～9.93，品质因数Q×f为32102GHz～69210GHz，谐振频率温度系数τf值为-44ppm/℃～+15ppm/℃。
对比例1
MgAl2O4(纯镁铝尖晶石)微波介质陶瓷材料制备，包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3原料，按化学式MgAl2O4计量比称量配料，采用精密电子天平称量，其中，MgO、Al2O3的纯度为99.99％。
(2)一次球磨：将配料转移入行星式球磨机的球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质和二氧化锆作为研磨介质，密封球磨罐置入球磨机中球磨6h，转速220r/min，球磨完之后将浆料放入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(3)预烧：将烘干之后的粉末研磨过120目的尼龙筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4℃/min的升温速率升温到1300℃保温4h。
(4)二次球磨：将预烧之后的原料再次倒入球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为液态介质，放入行星式球磨机中球磨6h，转速220r/min，将二次球磨完的浆料倒入托盘，移入烘箱烘干至恒重。
(5)造粒：将烘干之后的块状原料用玛瑙研钵研磨成粉状，加入粉料质量8％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂，使之和原料混合均匀之后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料；将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料。
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具，然后放在压片机中以1MPa的压强下保持30秒，压制成直径为12mm、高度为4mm以上的陶瓷生坯。
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，以4℃/min的升温速率升温到800℃保温4h排出PVA，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度1590℃，烧结4h，最后以4℃/min的降温速率降到800℃后自然降温。
(8)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的陶瓷样品用抛光机进行陶瓷表面研磨抛光处理，然后再超声清洗处理，烘干，之后性能检测，包装。
制备出的MgAl2O4微波介质陶瓷材料介电常数εr为8.24，品质因数Q×f为76764GHz，谐振频率温度系数τf值为-58ppm/℃。
图2示出了对比例1和实施例1～4中MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4陶瓷在最佳烧结温度下烧结陶瓷的粉末XRD图。由图2可以看出，对比例1和实施例1～4均显示出空间群为Fd-3m的尖晶石结构，所有衍射峰的位置与晶体结构数据库的标准卡片21-1152特征峰完全匹配，这表明在对比例1和实施例1～4中的陶瓷都是单相尖晶石固溶体陶瓷。由于本发明中XRD视图中没有其它物相的存在。因此可以断定原料中所有物质形成了一种单相尖晶石固溶体陶瓷，也可以证明Zn2+和Mn4+掺杂进了尖晶石(MgAl2O4)晶体结构中。
图3示出了对比例1和实施例1～4中不同成分陶瓷样品在不同温度下烧结的块体密度。在x＝0时，对比例1陶瓷样品的块体密度呈现持续增大的趋势。当x≥0.2时，随着x的增大，实施例1～4陶瓷样品的块体密度呈现先增大后减小的趋势。相对于纯相的MgAl2O4陶瓷，(Zn0.5Mn0.5)3+的掺杂有效地降低陶瓷的烧结温度，并且在1530℃～1560℃的范围内密度就已经达到了较大值。
图4示出了对比例1和实施例1～4在最佳烧结温度点的陶瓷相对密度曲线，可以看到所有陶瓷在最佳温度点烧结的相对密度均大于96％，相对密度呈现先增大后减小的趋势，在实施例1中达到最高大约为97.3％。可以看出，经过(Zn0.5Mn0.5)3+协同取代的实施例1～4中的尖晶石基陶瓷的相对密度都大于未掺杂的对比例1中纯尖晶石陶瓷的相对密度，由此也可以说明掺杂后的陶瓷的烧结特性优于未掺杂的陶瓷的烧结特性。
图5示出了对比例1和实施例1～4中MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4陶瓷的相对介电常数随组分x的变化曲线，陶瓷相对介电常数数值εr范围在8.23～8.51间。该介电常数范围较低，说明了利用本实施例的制备方法制备的MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4陶瓷的性能较好，相对介电常数范围均较低。
图6示出了对比例1和实施例1～4中MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4陶瓷的Q×f随组分x的变化曲线图。(Zn0.5Mn0.5)3+协同取代Al3+显著地提高对比例1组分的Q×f值，在x＝0.02处达到最大值111010GHz，显著地高于现有尖晶石基陶瓷的Q×f值。
图7示出了对比例1和实施例1～4中MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4陶瓷的谐振频率温度系数τf数值随组分x的变化曲线图，τf值范围在-64ppm/℃～-58ppm/℃之间。
图8示出了实施例5中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(0.2≤y≤1)陶瓷在最佳烧结温度下烧结陶瓷的粉末XRD图。由图8可以看出，所有样品均显示出空间群为Fd-3m的尖晶石结构，所有衍射峰的位置与晶体结构数据库的标准卡片21-1152特征峰完全匹配，这表明在实施例5中掺杂不同质量百分比的H3BO3的陶瓷都是单相尖晶石固溶体陶瓷。
图9示出了实施例5中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(0.2≤y≤1)陶瓷的相对介电常数随组分y的变化曲线，陶瓷相对介电常数数值εr范围在7.57～7.64之间。
图10示出了实施例5中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(0.2≤y≤1)陶瓷的Q×f随质量百分比y的变化曲线图。添加H3BO3后会使得MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4的Q×f值降低，最佳性能点在y＝0.8处为99166GHz。
图11示出了实施例5中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+y wt％H3BO3(0.2≤y≤1)陶瓷的谐振频率温度系数τf数值随质量百分比y的变化曲线图，τf值范围在-62.1ppm/℃～-58.0ppm/℃之间。在Q×f最佳点y＝0.8处τf值为-58.5ppm/℃。
图12示出了实施例6中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+zwt％SrTiO3(1.5≤z≤5.5)陶瓷在最佳烧结温度下烧结陶瓷的粉末XRD图。由图12可以看出，当z≤3.5时显示出空间群为Fd-3m的尖晶石结构，所有衍射峰的位置与晶体结构数据库的标准卡片21-1152特征峰完全匹配，当z≥3.5时，出现SrTiO3的第二相，且随着SrTiO3含量增加，第二相愈加明显。
图13示出了实施例6中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+zwt％SrTiO3(1.5≤z≤5.5)陶瓷的相对介电常数随质量百分比z的变化曲线，陶瓷相对介电常数数值εr范围在8.02～9.93之间。
图14示出了实施例6中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+zwt％SrTiO3(1.5≤z≤5.5)陶瓷的Q×f随组分z的变化曲线图。添加H3BO3和SrTiO3后会使得MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4的Q×f值降低。
图15示出了实施例6中MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4+0.8wt％H3BO3+zwt％SrTiO3(1.5≤z≤5.5)陶瓷的谐振频率温度系数τf数值随质量百分比z的变化曲线图，τf值范围在-44ppm/℃～+15ppm/℃之间。在τf绝对值最小处z＝4.5处τf值为-1.5ppm/℃，此时Q×f值为45933GHz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (9)

1.一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波介质陶瓷材料的物相晶体结构为尖晶石型结构，化学式为MgAl2-x(Zn0.5Mn0.5)xO4，其中，0<x≤0.04。
2.如权利要求1所述的一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1440℃ ~ 1590℃；相对介电常数为8.23 ~ 8.51，品质因数为776764GHz ~ 111010GHz，谐振频率温度系数为-64ppm/℃ ~ -58ppm/℃。
3.如权利要求1所述的一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，其特征在于：添加H3BO3的微波介质陶瓷材料化学式为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4 + y wt%H3BO3，其中，0.6≤y≤1。
4.如权利要求3所述的一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，其特征在于：添加H3BO3的微波介质陶瓷材料的烧结温度为1230℃ ~ 1350℃；相对介电常数为7.57 ~ 7.64，品质因数为78518GHz ~ 99166GHz，谐振频率温度系数为-62.1ppm/℃ ~ -58.0ppm/℃。
5.如权利要求1所述的一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，其特征在于：添加H3BO3和SrTiO3的微波介质陶瓷材料的化学式为MgAl1.98(Zn0.5Mn0.5)0.02O4 + 0.8wt%H3BO3 + z wt%SrTiO3，其中，1.5≤z≤2.5。
6.如权利要求5所述的一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，其特征在于：添加H3BO3和SrTiO3的微波介质陶瓷材料的烧结温度为1290℃ ~ 1410℃；相对介电常数为8.02 ~9.93，品质因数为32102GHz ~ 69210GHz，谐振频率温度系数为-44 ppm/℃ ~ +15ppm/℃。
7.一种如权利要求1-2任一项所述的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式计量比称量配料；
(2)一次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机进行球磨，转速220r/min，球磨6小时，再烘干；
(3)预烧：将烘干后的粉末研磨过筛，再转入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4°C/min的升温速率升至1300°C保温4h；
(4)二次球磨：将预烧后的原料添加无水乙醇再次用行星式球磨机进行球磨，转速220r/min，球磨6h，将球磨完的浆料倒入托盘，烘干；
(5)造粒：将烘干后的块状原料研磨成粉状，加入粉料质量8%的浓度为10wt%的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料，将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料；
(6)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具压制得到陶瓷生坯，压制压强为1MPa，压制时间为30秒；陶瓷生坯为直径12mm，高度4mm以上的圆柱体；
(7)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，先以4°C/min的升温速率升至800°C保温4h以排出聚乙烯醇，然后再以4°C/min的升温速率升至烧结温度1440℃ ~ 1590℃，烧结时间4h，最后以4°C/min的降温速率降至800°C后自然冷却，获得陶瓷材料。
8.一种如权利要求3-4任一项所述的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式计量比称量配料；
(2)一次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机进行球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(3)预烧：将烘干后的粉末研磨过筛，再转移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4°C/min的升温速率升至1300°C保温4h；
(4)二次球磨：将预烧后的原料加入无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(5)称量配料：将经过烘干处理的H3BO3原料，和(4)获得的粉料，按化学式的质量百分比称量配料；
(6)三次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(7)造粒：将烘干后的块状原料研磨成粉状，加入粉料质量8%的浓度为10wt%的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料，通过200目筛的粉末作为烧结的垫料；
(8)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具压制得到陶瓷生坯，压制压强为1MPa，压制时间为30秒；陶瓷生坯为直径12mm，高度4mm以上的圆柱体；
(9)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，先以4°C/min的升温速率升至800°C保温4h以排出聚乙烯醇，然后再以4°C/min的升温速率升至烧结温度1230℃ ~ 1350℃，烧结时间4h，最后以4°C/min的降温速率降至800°C后自然冷却，获得陶瓷材料。
9.一种如权利要求5-6任一项所述的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称量配料：将经过煅烧与烘干处理的MgO、Al2O3、ZnO、MnO2原料，按化学式计量比称量配料；
(2)一次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(3)预烧：将烘干后的粉末研磨过筛，再移入氧化铝坩埚内，置于高温炉中以4°C/min的升温速率升至1300°C保温4h；
(4)二次球磨：将预烧后的原料加入无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(5)称量配料：将经过烘干处理的H3BO3、SrTiO3原料，和(4)获得的粉料，按化学式的质量百分比称量配料；
(6)三次球磨：将配料添加无水乙醇用行星式球磨机球磨，转速220r/min，球磨6h，再烘干；
(7)造粒：将烘干后的块状原料研磨成粉状，加入粉料质量8%的浓度为10wt%的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，分别通过120目、200目的尼龙筛，选取通过120目且没有通过200目的粉末作为下一步的原料，将通过200目筛的粉末作为烧结的垫料；
(8)生坯压制成型：称取一定量的粉末倒入模具压制得到陶瓷生坯，压制压强为1MPa，压制时间为30秒；陶瓷生坯为直径12mm，高度4mm以上的圆柱体；
(9)排胶、烧结：将陶瓷生坯放入高温炉，先以4°C/min的升温速率升至800°C保温4h以排出聚乙烯醇，然后再以4°C/min的升温速率升至烧结温度1290℃ ~ 1410℃，烧结时间4h，最后以4°C/min的降温速率降到800°C后自然冷却，获得陶瓷材料。
CN202210854920.4A 2022-07-19 2022-07-19 一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法 Active CN115108823B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210854920.4A CN115108823B (zh) 2022-07-19 2022-07-19 一种镁铝尖晶石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
CN202210854920.4A CN115108823B (zh) 2022-07-19 2022-07-19 一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115108823A CN115108823A (zh) 2022-09-27
CN115108823B true CN115108823B (zh) 2023-05-23

Family

ID=83334517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210854920.4A Active CN115108823B (zh) 2022-07-19 2022-07-19 一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115108823B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105819846A (zh) * 2016-03-13 2016-08-03 浙江展邦电子科技有限公司 一种堇青石型微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN107434411A (zh) * 2017-08-29 2017-12-05 电子科技大学 低介高品质因数ltcc微波介质材料及其制备方法
WO2019001032A1 (zh) * 2017-06-27 2019-01-03 深圳光启高等理工研究院 一种微波介质陶瓷及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100444178B1 (ko) * 2001-12-26 2004-08-09 한국전자통신연구원 스피넬계 유전체 세라믹 조성물 및 그를 이용한 유전체 세라믹 제조방법
KR100842854B1 (ko) * 2007-05-23 2008-07-02 요업기술원 저온 소결용 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
CN101786875B (zh) * 2010-01-02 2012-10-03 桂林理工大学 低温烧结尖晶石结构微波介质陶瓷材料及制备方法
CN104341144B (zh) * 2013-08-01 2016-04-27 北京元六鸿远电子技术有限公司 低温烧结c0g特性微波介质材料及其制备方法
CN110272263B (zh) * 2018-03-13 2022-05-27 浙江矽瓷科技有限公司 一种低温共烧陶瓷介质材料及其制备方法
CN108383519B (zh) * 2018-05-15 2021-01-29 广东国华新材料科技股份有限公司 一种微波介电陶瓷材料及其制备方法
CN113307615B (zh) * 2021-06-16 2022-07-05 杭州电子科技大学 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105819846A (zh) * 2016-03-13 2016-08-03 浙江展邦电子科技有限公司 一种堇青石型微波介质陶瓷材料及其制备方法
WO2019001032A1 (zh) * 2017-06-27 2019-01-03 深圳光启高等理工研究院 一种微波介质陶瓷及其制备方法
CN107434411A (zh) * 2017-08-29 2017-12-05 电子科技大学 低介高品质因数ltcc微波介质材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
镁铝尖晶石多孔陶瓷的制备及性能;李思蒙;黄建国;;硅酸盐学报(09);第1-8页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115108823A (zh) 2022-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. A‐and B Site Cosubstituted Ba6− 3xSm8+ 2xTi18O54Microwave Dielectric Ceramics
CN101260001A (zh) 新型高q微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN113307615B (zh) 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN107188557B (zh) 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN104860672A (zh) 一种高介微波陶瓷介质材料及其制备方法
Jiayu et al. Effects of rare earth oxides on dielectric properties of Y2Ti2O7 series ceramics
CN111908897B (zh) MgO基微波陶瓷介质材料及其制备方法
CN111925207B (zh) 一种Mg3B2O6-Ba3(VO4)2复合陶瓷材料及制备方法
Qi et al. Effects of Bi2O3–ZnO–B2O3–SiO2 glass addition on the sintering and microwave dielectric properties of ZnZrNb2O8 ceramics for LTCC applications
CN111004030B (zh) 一种MgTiO3基微波介质陶瓷及其制备方法
CN115108823B (zh) 一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法
FI113905B (fi) Dielektrinen keraamikoostumus ja dielektrinen resonaattori
JP3793485B2 (ja) マイクロ波誘電体磁器組成物およびその磁器の製造方法
Du et al. Phase evolution and microwave dielectric properties of ceramics with nominal composition Li 2x (Zn 0.95 Co 0.05) 2− x SiO 4 for LTCC applications
CN108002836B (zh) 中介电常数微波介电陶瓷材料及其制备方法
CN115057698A (zh) 一种低介电石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN113248243B (zh) 一种微波介质陶瓷复合材料及其制备方法
CN112830780B (zh) 一种调控剂、ltcc微波介质材料及其制备方法
CN111825445B (zh) 一种高介电常数微波介质陶瓷材料、制备及其应用
Agathopoulos Influence of B2O3 on sintering behavior and the dielectric properties of Li2MgSiO4 ceramics
CN108002833B (zh) 六方钙钛矿结构微波介质陶瓷材料及其制备方法
JP2004091266A (ja) ガリウム添加形誘電体磁器組成物、誘電体共振器及びマイクロ波通信装置
CN107986785B (zh) 高品质因数微波介电陶瓷材料及其制备方法
CN112250441B (zh) 一种低烧结温度介电性能可调的微波介质陶瓷
CN115141006B (zh) 一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途

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