CN115141006B - 一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途，所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg1.8Ni0.2‑xCoxAl4Si5O18，其中0.05≤x≤0.15。本发明的微波介质陶瓷材料为一种Ni2+和Co2+共掺杂的堇青石型晶体结构材料，其中Ni2+和Co2+协同置换占据所述镁堇青石晶格中的部分Mg2+晶格位置，由此使得微波介质陶瓷材料具有较好的微波性能。本发明的复合材料具有好的微波性能，改善了现有的各类堇青石陶瓷材料温度稳定性差的缺陷及品质因数，降低了烧结温度，并使其温度系数近零；该复合材料具有温度稳定高Qf值，有望在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中做电子元器件作为的功能介质使用。

Description

一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途
技术领域
本发明涉及电子陶瓷元器件技术领域，特别是涉及一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途。
背景技术
随着2019年工信部正式向三大通信运营商和中国广电的5G商用牌照发放，中国正式进入了5G时代。中国移动有两个主要的5G频段，分别是n41和n79频段，它们对应的频率范围为2.515GHz-2.675GHz和4.8GHz-4.9GHz；中国电信和中国联通的5G频段为n78，对应频率范围是3.4GHz-3.5GHz和3.5GHz-3.6GHz。这些频段都可归于Sub-6GHz频段，即频率在6GHz之下。另外，n257和n258等24.25GHz～29GHz毫米波频段以及更高频段，目前也在积极布局中，为6G通讯到来准备着。
随着信息通讯时代的发展与升级，大数据、物联网、5G/6G、人工智能、无人驾驶、即时通信等新技术的兴起，国家与个人对通讯系统与设备的信息快速处理能力与通信质量的要求越来越高，这使得微波介质陶瓷材料由高介电常数向着超低介电常数(εr)、高品质因数(以Q×f值衡量，Q为品质因数，f为介质谐振频率)与近零谐振频率温度系数(τf)三者兼容以及原材料材料无毒害污染与低成本的方向发展。现代通信技术离不开微波器件，而微波毫米波介质陶瓷又是生产微波器件不可缺少的材料之一，在全球定位系统(GPS)、蓝牙、介质滤波器、介质基板、天线等领域已经有着广泛的应用。微波毫米波介质陶瓷的质量直接关系到终端设备的最终尺寸和性能。
因此，在具有高Q值、τf值近零的基础上，低成本、无污染、制备工艺简洁的微波介质陶瓷是目前科研人员极力研究的目标。现有的堇青石结构类陶瓷材料品质因数较低，谐振温度系数数值大的负值，不能满足现有与未来微波毫米波通讯功能器件的介质材料使用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途，用于解决现有技术中堇青石微波毫米波陶瓷材料品质因数低、介电常数高和谐振频率温度系数不稳定以及谐振频率温度系数绝对值大的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括以下技术方案获得的。
本发明的发明目的之一在于提供一种微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg1.8Ni0.2-xCoxAl4Si5O18，其中0.05≤x≤0.15。
优选地，所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1400～1430℃，品质因数为49634～66539GHz，温度系数为-28.97～-16.92ppm/℃，介电常数为4.34～4.424。
本发明的发明目的之二在于提供一种复合材料，所述复合材料包括所述微波介质陶瓷材料和TiO2，以所述复合材料总重量为基准，所述TiO2的含量为2～10wt％。
优选地，所述复合材料的化学式为Mg1.8Ni0.1Co0.1Al4Si5O18-TiO2，所述复合材料的烧结温度为1320～1420℃，品质因数为66539～52116GHz，温度系数为-21.54～+2.67ppm/℃，介电常数为4.4～5.41。
本发明的发明目的之三在于提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁源、铝源、镍源、钴源和硅源按化学式计量比分散于反应介质中，一次研磨，烘干，得粉料；
(2)预烧所述粉料，二次研磨，烘干，得掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料；
(3)烧结所述掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料，得所述微波介质陶瓷材料。
本发明的发明目的之四在于提供一种复合材料的制备方法，将微波介质陶瓷材料和TiO2混合均匀，三次研磨，烘干，得掺杂TiO2的复合陶瓷原料；烧结所述掺杂TiO2的复合陶瓷原料，即制得所述复合材料。
本发明的发明目的之五在于提供一种复合材料作为功能介质在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中的用途。
如上所述，本发明的微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途，具有以下有益效果：通过Ni2+和Co2+协同置换占据镁堇青石晶格中的部分Mg2+晶格位置，之后再向Ni2+和Co2+的共掺杂堇青石型晶体结构材料的最佳浓度添加TiO2来调节陶瓷的温度系数，使其近零，得到复合材料；本发明的复合材料具有好的微波性能，改善了现有的各类堇青石陶瓷材料温度稳定性差的缺陷及品质因数，降低了烧结温度，并使其温度系数近零；该复合材料具有温度稳定高Qf值，有望在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中做电子元器件作为的功能介质使用。
附图说明
图1显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的XRD图。
图2显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料在不同烧结温度下的块体密度曲线图。
图3显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的相对密度曲线。
图4显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的相对介电常数随组分x的变化曲线。
图5显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的品质因数Qf随组分x的变化曲线。
图6显示为实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的谐振频率温度系数τf数值随组分x的变化曲线。
图7显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的XRD图。
图8显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的相对介电常数随TiO2掺杂量的变化曲线。
图9显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的品质因数Qf随TiO2掺杂量的变化曲线。
图10显示为实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的谐振频率温度系数随TiO2掺杂量的变化曲线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本申请实施例提供了一种微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg1.8Ni0.2-xCoxAl4Si5O18，其中0.05≤x≤0.15，如具体为0.05、0.1和0.15。
在本申请的上述技术方案中，所述微波介质陶瓷材料为一种Ni2+和Co2+共掺杂的堇青石型晶体结构材料，其中Ni2+和Co2+协同置换占据所述镁堇青石晶格中的部分Mg2+晶格位置，由此使得微波介质陶瓷材料具有较好的微波性能。具体表现在，所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1400～1430℃，品质因数为49634～66539GHz，温度系数为-28.97～-16.92ppm/℃，介电常数为4.34～4.424。
本申请实施例还提供一种复合材料，所述复合材料包括所述微波介质陶瓷材料和TiO2，以所述复合材料总重量为基准，所述TiO2的含量为2～10wt％，如具体为2～4wt％，4～6wt％，6～8wt％，8～10wt％。
在一个具体地实施方式中，所述复合材料的化学式为Mg1.8Ni0.1Co0.1Al4Si5O18-TiO2，当所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg1.8Ni0.1Co0.1Al4Si5O18时具有最佳性能，此时加入TiO2形成的复合材料的温度系数接近零，具体表现在所述复合材料的烧结温度为1320～1420℃，品质因数为66539～52116GHz，温度系数为-21.54～+2.67ppm/℃，介电常数为4.4～5.41。该复合材料可以明显改善纯镁堇青石(Mg2Al4Si5O18)陶瓷的温度稳定性，同时提高堇青石型陶瓷的品质因数Qf值。
本申请实施例还提供一种微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镁源、铝源、镍源、钴源和硅源按化学式计量比分散于反应介质中，一次研磨，烘干，得粉料；
(2)预烧所述粉料，二次研磨，烘干，得掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料；
(3)烧结所述掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料，得所述微波介质陶瓷材料。
在一个更为具体地实施方式中，所述镁源、铝源、镍源、钴源和硅源的纯度均大于99.9％；所述镁源为MgO，所述铝源为Al2O3，所述镍源为NiO，所述钴源为CoO，所述硅源为SiO2。以二元氧化物的摩尔质量进行计量称料，采用精密电子天平称量，称取完后倒进球磨罐内，注意整个过程中应避免其他粉料的污染，从而确保实验的准确性。
本申请对原料的纯度均需要有一定的要求，纯度过低得不到本实施例的材料或者得到的材料的品质较差。由于MgO原料易受潮或者二氧化碳反应生成氢氧化物和碳酸盐，Al2O3和SiO2原料也容易受潮，因此在实验前需要将原料进行预处理。
在一个更为具体地实施方式中，对所述原料进行预处理：将MgO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和SiO2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。
在一个具体地实施方式中，步骤2)中，预烧的工艺条件为：以4℃/min的升温速率升温至1100℃～1200℃保温3～4h，为以4℃/min的降温速率降至到800℃后自然冷却。例如温度升高到1100℃、1150℃或1200℃；保温时间可以是3h、3.5h或4h。
在一个具体地实施方式中，步骤3)中，烧结的工艺条件为：以4℃/min的升温速率升温至1400℃～1430℃，保温3～4h，再以4℃/min的降温速率降至800℃后自然冷却。例如温度升高到1400℃、1410℃或1420℃；保温时间可以是3h、3.5h或4h。
在一个具体地实施方式中，步骤3)中，烧结前，还包括以下工序：将掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料和粘结剂混合均匀后，过120～200目筛，压制成型，得陶瓷生坯，将陶瓷生坯排胶。
在一个具体地实施方式中，所述粘结剂为浓度为5wt％的PVA溶液，所述粘结剂为掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料重量的8wt％；如加入2.5～3ml的浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)。
在一个具体地实施方式中，压制成型的压力为95～100Mpa，如95MPa、96MPa、98MPa或100MPa；
在一个具体地实施方式中，排胶的工艺条件为：4℃/min升温至800℃，保温3～4h。
本申请实施例还提供一种复合材料的制备方法，将微波介质陶瓷材料和TiO2混合均匀，三次研磨，烘干，得掺杂TiO2的复合陶瓷原料；烧结所述掺杂TiO2的复合陶瓷原料，即制得所述复合材料。两种原料按照不同的重量百分比，采用精密电子天平称量，称取完后倒进球磨罐内，注意整个过程中应避免其他粉料的污染，从而确保实验的准确性。
在一个更为具体的实施方式中，所述反应介质为无水乙醇；一次研磨、二次研磨，三次研磨的步骤包括：倒入适量的无水乙醇到球磨罐中，密封罐、放进球磨机中进行研磨混合各原料；球磨机转动速率设置为240r/min，球磨12小时后，将浆料倒入陶瓷盘上，放入恒温干燥箱中烘干。所述球磨机可以为行星式球磨机。
在一个具体地实施方式中，烧结的工艺条件为：以4℃/min的升温速率升温至1320～1420℃，保温3～4h，再以4℃/min的降温速率降温到800℃后自然冷却。
在一个具体地实施方式中，烧结前，还包括以下工序：将掺杂TiO2的复合陶瓷原料和粘结剂混合均匀后，过120～200目筛，压制成型，得复合陶瓷生坯，将复合陶瓷生坯排胶。
在一个具体地实施方式中，所述粘结剂为浓度为5wt％的PVA溶液，所述粘结剂为掺杂TiO2的复合陶瓷原料重量的8wt％；压制成型的压力为95～100MPa；排胶的工艺条件为：4℃/min升温至800℃，保温3～4h。
在一个更为具体地实施方式中，所述陶瓷生坯和复合陶瓷生坯为直径为12～14mm、厚度约为7～9mm的圆柱体。
本申请实施例还提供一种复合材料作为功能介质在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中的用途。本申请的复合材料的品质因数数Qf值大于40000GHz，最高Qf值达到66539GHz，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。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
本实施例提供了一种微波介质陶瓷材料Mg1.8Ni0.15Co0.05Al4Si5O18(x＝0.05)的制备方法，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、SiO2、NiO、CoO原料，按化学式计量比称量配料；
(2)一次球磨：将配料转移入球磨罐中，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12h，设置的转速为240r/min，球磨完之后将浆料放入到托盘中，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1200℃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12h，设置的转速为240r/min；
(5)烘干：将二次球磨完浆料倒入托盘，移入烘箱烘干至恒重；
(6)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8wt％的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目的粉末作为我们下一步的原料；将通过200目筛子的粉末作为烧结的垫料。
(7)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95MPa的压强下保持一分钟，就可以压制成直径是12mm，高度为8mm的陶瓷生坯；
(8)排胶、烧结：将压制好的生坯放入到高温炉中，本次实验的烧结温度设置成：1420℃。然后设置炉子的升温速率为4℃/min，升温到800℃的温度下保温4h排胶，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度点1420℃下保温4h，然后以4℃/min的降温速率降到800℃后将程序停止，使炉子自然降温，即制得微波介质陶瓷材料Mg1.8Ni0.15Co0.05Al4Si5O18(x＝0.05)；
(9)样品机械处理与性能测试：将烧结之后的微波介质陶瓷材料Mg1.8Ni0.15Co0.05Al4Si5O18(x＝0.05)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。
本实施例制得的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为4.39，品质因数Qf的值为63307GHz，频率温度系数τf值为-26.62ppm/℃。
实施例2
本实施例提供了一种微波介质陶瓷材料的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，所述微波介质陶瓷材料的化学式不同，具体为Mg1.8Al4Ni0.1Co0.1Si5O18(x＝0.1)，其余工艺完全相同。
本实施例制得的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为4.4，品质因数Qf的值为66539GHz，频率温度系数τf值为-21.54ppm/℃。
实施例3
本实施例提供了一种微波介质陶瓷材料的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，所述微波介质陶瓷材料的化学式不同，具体为Mg1.8Ni0.05Co0.15Al4Si5O18(x＝0.15)，其余工艺完全相同。
本实施例制得的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为4.42，品质因数Qf的值为61667GHz，频率温度系数τf值为-19.82ppm/℃。
对比例1
本对比例提供了一种微波介质陶瓷材料的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于，所述微波介质陶瓷材料的化学式不同，不包含Co，具体为Mg1.8Ni0.2Al4Si5O18(x＝0)，其余工艺完全相同。
本实施例制得的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为4.34，品质因数Qf的值为49634GHz，频率温度系数τf值为-28.98ppm/℃。
对比例2
本对比例提供了一种微波介质陶瓷材料的制备方法，本对比例与实施例1的区别在于，所述微波介质陶瓷材料的化学式不同，不包含Ni，具体为Mg1.8Co0.2Al4Si5O18(x＝0.2)，其余工艺完全相同。
本实施例制得的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为4.424，品质因数Qf的值为59539GHz，频率温度系数τf值为-16.92ppm/℃。
图1示出了实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的XRD图。由图1可以看出，实施例1～3及对比例1～2均显示出空间群为Cccm的堇青石结构，所有衍射峰的位置与晶体结构数据库的标准卡片89-1485特征峰完全匹配，这表明实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料都是单相堇青石固溶体陶瓷。由于实施例1～3的XRD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堇青石固溶体陶瓷，也可以证明Ni2+和Co2+掺杂进了堇青石(Mg2Al4Si5O18)晶体结构中。
图2示出了实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料在不同烧结温度下的块体密度曲线图。由图2可以看出，随着x的增大，微波介质陶瓷材料的块体密度增加，在1420℃密度达到峰值，随着烧结温度继续增大，密度减小。堇青石陶瓷收缩明显并成功致密化烧结，并且在烧结温度为1420℃时的致密性最佳。
图3给出了实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的相对密度曲线，由图3可以看到，所有微波介质陶瓷材料最佳温度点烧结的相对密度均大于百分之九十五，相对密度呈现先增大后减小的趋势，在实施例2中达到最高大约为97％。可以看出，经过Ni-Co协同取代的实施例1～3中的堇青石基陶瓷的相对密度都大于单独掺杂Ni的对比例1或单独掺杂Co的对比例2中堇青石陶瓷的相对密度，由此也可以说明复合掺杂后的陶瓷的烧结特性优于单独掺杂的陶瓷的烧结特性。
图4给出实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的相对介电常数随组分x的变化曲线，相对介电常数数值εr范围在4.34～4.424间。该介电常数范围较低，说明了利用本申请的制备方法制备的微波介质陶瓷材料的性能较好，相对介电常数范围均较低。
图5示出了实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料的品质因数Qf随组分x的变化曲线图。Qf随组分x的增大先增大后减小，在实施例2x＝0.1处达到最大值66539GHz。从实施例1～3及对比例1、2中可以看出双掺杂的陶瓷的Qf值比单掺杂的陶瓷的Qf值高。
图6给出实施例1～3及对比例1～2制得的微波介质陶瓷材料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-28.97ppm/℃～-16.92ppm/℃之间。
虽然用Ni、Co元素掺杂时，陶瓷的品质因数，谐振频率温度系数得到改善，但是谐振频率温度系数的绝对值还不够小，近零的温度系数的陶瓷能更好的到进一步应用。通过加入具有较大正的温度系数的TiO2来调节Mg1.8Ni0.2-xCoxAl4Si5O18陶瓷的温度系数。结合实施例1～3，选取品质因数最高的实施例2，加入不同重量百分含量的TiO2。
实施例6
本实施例提供了一种复合材料的制备方法，所述复合材料中TiO2的加入量为2wt％，具体为Mg1.8Ni0.1Co0.1 Al4Si5O18–2wt％TiO2包括以下步骤：
(1)称量配料：将实施例2制得的微波介质陶瓷材料Mg1.8Ni0.1Co0.1 Al4Si5O18和TiO2混合均匀，得配料；
(2)球磨：将配料转移入球磨罐中，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12h，设置的转速为240r/min；
(3)烘干：球磨完之后将浆料放入到托盘中，移入烘箱烘干至恒重。
(4)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8wt％的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目的粉末作为我们下一步的原料；将通过200目筛子的粉末作为烧结的垫料。
(5)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95MPa的压强下保持一分钟，就可以压制成直径是12mm，高度为8mm的陶瓷生坯。
(6)排胶、烧结：将压制好的生坯放入到高温炉中，本次实验的烧结温度设置成：1400℃。然后设置炉子的升温速率为4℃/min，升温到800℃的温度下保温4h排胶，然后再以4℃/min的升温速率升高到致密化烧结温度点1400℃下保温4h，然后以4℃/min的降温速率降到800℃后将程序停止，使炉子自然降温。
(7)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。
本实施例制得的复合材料的介电常数εr为4.71，品质因数Qf的值为64225GHz，频率温度系数τf值为-17.61ppm/℃。
实施例7
本实施例提供了一种复合材料的制备方法，与实施例6的区别在于，所述复合材料中TiO2的加入量为4wt％，具体为Mg1.8Ni0.1Co0.1 Al4Si5O18–4wt％TiO2，烧结温度为1380℃，其余工艺完全相同。
本实施例制得的复合材料的介电常数εr为4.88，品质因数Qf的值为63437GHz，频率温度系数τf值为-12.44ppm/℃。
实施例8
本实施例提供了一种复合材料的制备方法，与实施例6的区别在于，所述复合材料中TiO2的加入量为6wt％，具体为Mg1.8Ni0.1Co0.1 Al4Si5O18–6wt％TiO2，烧结温度为1360℃，其余工艺完全相同。
本实施例制得的复合材料的介电常数εr为5.17，品质因数Qf的值为60118GHz，频率温度系数τf值为-7.78ppm/℃。
实施例9
本实施例提供了一种复合材料的制备方法，与实施例6的区别在于，所述复合材料中TiO2的加入量为8wt％，具体为Mg1.8Ni0.1Co0.1 Al4Si5O18–8wt％TiO2，烧结温度为1340℃，其余工艺完全相同。
本实施例制得的复合材料的介电常数εr为5.22，品质因数Qf的值为58449GHz，频率温度系数τf值为-2.06ppm/℃。
实施例10
本实施例提供了一种复合材料的制备方法，与实施例6的区别在于，所述复合材料中TiO2的加入量为10wt％，具体为Mg1.8Ni0.1Co0.1 Al4Si5O18–10wt％TiO2，烧结温度为1320℃，其余工艺完全相同。
本实施例制得的复合材料的介电常数εr为5.41，品质因数Qf的值为52116GHz，频率温度系数τf值为+2.67ppm/℃。
图7给出实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的XRD图。由图7可以看出，当TiO2掺杂量<4wt％时，复合材料显示出空间群为Cccm的堇青石结构，所有衍射峰的位置与晶体结构数据库的标准卡片89-1485特征峰完全匹配，当TiO2掺杂量≥4wt％时，TiO2这个第二相含量逐渐增加。
图8给出实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的相对介电常数TiO2掺杂量的变化曲线。由图8可以看出，随着TiO2掺杂量的增加，复合材料的相对介电常数线性增大，从4.4增加到5.41。
图9给出实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的品质因数随TiO2掺杂量是变化曲线。由图9可以看出，随着TiO2掺杂量的增加，共存的TiO2越来越多，复合材料的Qf呈现下降趋势，在加入10wt％的TiO2时，复合材料的Qf降低到52116GHz。总体下降趋势较小，说明TiO2的加入对复合材料的品质因数影响不大。
图10给出实施例2制得的微波介质陶瓷材料及实施例6～10制得的复合材料的谐振频率温度系数随TiO2掺杂量的变化曲线。在具有正的温度系数的TiO2作用下，复合材料的温度系数得到明显的改善，在TiO2掺杂量为8wt％时，复合材料的温度系数得到近零负值-2.06ppm/℃，而在TiO2掺杂量为10wt％时，复合材料的温度系数为近零正值+2.67ppm/℃。说明复合材料的温度系数在TiO2掺杂量为8～10wt％之间存在一个零点。
以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷材料的化学式为Mg1.8Ni0.2- xCoxAl4Si5O18，其中0.05≤x≤0.15。
2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于：所述微波质陶瓷材料的烧结温度为1400～1430℃，品质因数为49634～66539GHz，温度系数为-28.97～-16.92ppm/℃，介电常数为4.34～4.424。
3.一种复合材料，其特征在于：所述复合材料包括如权利要求1或2所述的微波介质陶瓷材料和TiO2，以所述复合材料总重量为基准，所述TiO2的含量为2～10wt％。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料的化学式为Mg1.8Ni0.1Co0.1Al4Si5O18-TiO2，所述复合材料的烧结温度为1320～1420℃，品质因数为66539～52116GHz，温度系数为-21.54～+2.67ppm/℃，介电常数为4.4～5.41。
5.一种如权利要求1或2所述的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)将镁源、铝源、镍源、钴源和硅源按化学式计量比分散于反应介质中，一次研磨，烘干，得粉料；
(2)预烧所述粉料，二次研磨，烘干，得掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料；
(3)烧结所述掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料，得所述微波介质陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，预烧的工艺条件为：以4℃/min的升温速率升温至1100～1200℃保温3～4h，为以4℃/min的降温速率降至到800℃后自然冷却。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中，烧结的工艺条件为：以4℃/min的升温速率升温至1400℃～1430℃，保温3～4h，再以4℃/min的降温速率降至800℃后自然冷却；
步骤(3)中，烧结前，还包括以下工序：将掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料和粘结剂混合均匀后，过120～200目筛，压制成型，得陶瓷生坯，将陶瓷生坯排胶；所述粘结剂为浓度为5wt％的PVA溶液，所述粘结剂为掺杂Ni2+和Co2+的陶瓷原料重量的8wt％；压制成型的压力为95～100MPa；排胶的工艺条件为：4℃/min升温至800℃，保温3～4h。
8.一种如权利要求3或4所述的复合材料的制备方法，其特征在于：将微波介质陶瓷材料和TiO2混合均匀，三次研磨，烘干，得掺杂TiO2的复合陶瓷原料；烧结所述掺杂TiO2的复合陶瓷原料，即制得所述复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：烧结的工艺条件为：以4℃/min的升温速率升温至1320～1420℃，保温3～4h，再以4℃/min的降温速率降温到800℃后自然冷却；烧结前，还包括以下工序：将掺杂TiO2的复合陶瓷原料和粘结剂混合均匀后，过120～200目筛，压制成型，得复合陶瓷生坯，将复合陶瓷生坯排胶；所述粘结剂为浓度为5wt％的PVA溶液，所述粘结剂为掺杂TiO2的复合陶瓷原料重量的8wt％；压制成型的压力为95～100MPa；排胶的工艺条件为：4℃/min升温至800℃，保温3～4h。
10.一种如权利要求3或4所述的复合材料作为功能介质在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中的用途。
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