CN115504776B - 一种Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子信息功能材料制备技术领域，公开了一种Y(3‑x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备方法。本发明的石榴石型微波介质陶瓷材料基于发明人前期研究的Y3MgAl3SiO12微波陶瓷，以不同半径的稀土元素离子取代Y离子，修饰Y‑O8十二面体配位(A位点)制备了Y(3‑x)RxMgAl3SiO12(R＝Yb,Eu,Sm,x＝0.05,0.1)微波介质陶瓷材料，制备的所有陶瓷都是单相石榴石固溶体陶瓷，陶瓷材料的表面均显示出较为均匀的晶粒分布，晶粒生长良好，有较高的致密化，且陶瓷材料的相对介电常数εr为8.1～11，品质因数Q×f为60169GHz～81914GHz，谐振频率温度系数τf为‑38.4ppm/℃～‑25.5ppm/℃，微波介电性能良好。

Description

一种Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及电子信息功能材料制备技术领域，具体是涉及一种Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷(MWDC)在现代通信中被广泛应用，在液冷系统用高精密连接器、介质谐振器、滤波器、介质陶瓷天线中均起到重要作用。随着5G/6G移动通信的发展，通讯系统面临着更加严峻的考验，这也使得市场上更需要低介电常数(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)的微波介质陶瓷。
Y3Al5O12(YAG)陶瓷在2009年首次被报告其微波介电性能，在1650℃下烧结24h后，其εr＝10.5，Q×f＝440000GHz，τf＝-66ppm/℃，超高的烧结温度和较长的烧结时间产生大量的能源消耗，使其在工业上难以实现。另外，其较大的负频率温度系数导致器件的温度稳定性差。后有研究在1550℃烧结4h成功制备了Y3MgAl3SiO12陶瓷，Mg2+进入B位点(Al-O6八面体配位)，Si4+进入了C位点(Al-O4四面体配位)，其微波性能为：εr＝10.1，Q×f＝57340GHz，τf值为-32ppm/℃，成功降低了烧结温度但是品质因数损耗较为严重。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料及其制备方法。本发明的石榴石型微波介质陶瓷材料基于发明人前期研究的Y3MgAl3SiO12微波陶瓷，以不同半径的稀土元素离子取代Y离子，修饰Y-O8十二面体配位(A位点)制备了Y(3-x)RxMgAl3SiO12(R＝Yb,Eu,Sm,x＝0.05,0.1)微波介质陶瓷材料，制备的所有陶瓷都是单相石榴石固溶体陶瓷，陶瓷材料的表面均显示出较为均匀的晶粒分布，晶粒生长良好，有较高的致密化，且陶瓷材料的相对介电常数εr为8.1～11，品质因数Q×f为60169GHz～81914GHz，谐振频率温度系数τf为-38.4ppm/℃～-25.5ppm/℃，微波介电性能良好。
为达到本发明的目的，本发明的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料化学式为Y(3-x)RxMgAl3SiO12，其中，R为选自Yb、Eu、Sm中的一种稀土元素，x＝0.05或0.1。
经过发明人多次实验尝试，发现当x＝0.03时，制备出的Y(3-x)RxMgAl3SiO12陶瓷样品会出现轻微裂痕且相对密度降低(60％-68％)，其微波介电性能也出现明显恶化；当x＝0.15时，由于过掺杂导致制备出的Y(3-x)RxMgAl3SiO12陶瓷样品其相对密度相较于x＝0.05以及x＝0.1时有轻微下降(76％-84％)，其微波介电性能恶化，陶瓷材料的相对介电常数εr为13～15，品质因数Q×f为36169GHz～44684GHz，谐振频率温度系数τf为-54.4ppm/℃～-47.5ppm/℃；而当Y(3-x)RxMgAl3SiO12中x取值为0.05或0.1时相对密度最佳，微波介电性能最好。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的εr为8.1～11。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的τf为-38.4ppm/℃～-25.5ppm/℃。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷材料的品质因数Q×f为60169GHz～81914GHz。
另一方面，本发明还提供了一种前述Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按Y(3-x)RxMgAl3SiO12的化学计量比称量Y2O3、R2O3、Al2O3、SiO2、MgO；
(2)在步骤(1)所述原料中加入助剂，球磨，烘干，过筛，获得混合粉料；
(3)将步骤(2)所得混合粉料先以3-7℃/min的升温速率升温至1300-1500℃保温3-5h，后以3-7℃/min的降温速率降温至650-750℃自然冷却；
(4)在步骤(3)获得的粉料中加入助剂，球磨，烘干，再次获得混合粉料；
(5)往步骤(4)获得的混合粉料中加入粘合剂，混合均匀后，过筛，得到干燥粉料；
(6)称取步骤(5)所得干燥粉料，倒入模具内压制陶瓷生坯；
(7)将陶瓷生坯放入高温炉，先以3-7℃/min的升温速率升温至700-900℃保温3-5h以排出粘合剂，再以2.5-5.5℃/min的升温速率升温至1500℃C-1650℃，保温5-7h，后以2.5-5.5℃/min的降温速率降至600-800℃后自然冷却，获得陶瓷材料。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(1)中Y2O3、R2O3、Al2O3、SiO2在100℃下烘干10h以上；MgO原料易受潮或者与二氧化碳反应生成碳酸盐，因此需将MgO煅烧，优选地，MgO在1000℃下煅烧1～2.5h。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(1)中R2O3为Yb2O3、Eu2O3、Sm2O3中的一种。
优选地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(1)中Y2O3、R2O3、Al2O3、SiO2、MgO的纯度不低于99.9％。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(2)和(4)中，助剂为无水乙醇。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(5)中，粘合剂为聚乙烯醇溶液，优选浓度为4.5-5.5wt.％的聚乙烯醇溶液。
优选地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(3)中将步骤(2)所得混合粉料先以4.5-5.5℃/min的升温速率升温至1380-1420℃保温3.5-4.5h，后以4.5-5.5℃/min的降温速率降温至680-720℃自然冷却。
优选地，在本发明的一些实施方式中，所述步骤(7)中先以4.5-5.5℃/min的升温速率升温至780-820℃保温4.5-5.5h以排出粘合剂，再以3.5-4.5℃/min的升温速率升温至1500℃-1650℃，保温5.5-6.5h，后以3.5-4.5℃/min的降温速率降至650-750℃后自然冷却。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明采用不同半径的稀土离子Yb、Eu、Sm取代Y3MgAl5SiO12中的A位点，制备的所有陶瓷都是单相石榴石固溶体陶瓷。
(2)本发明制备的Y(3-x)RxMgAl3SiO12(R＝Yb，Eu，Sm，x＝0.05，0.1)陶瓷材料的表面均显示出较为均匀的晶粒分布，晶粒生长良好，有较高的致密化。
(3)本发明制备的Y(3-x)RxMgAl3SiO12(R＝Yb，Eu，Sm，x＝0.05，0.1)陶瓷材料的相对介电常数εr为8.1～11，品质因数Q×f为60169GHz～81914GHz，谐振频率温度系数τf为-38.4ppm/℃～-25.5ppm/℃，微波介电性能相对于现有技术的Y3MgAl3SiO12陶瓷有明显改进。
附图说明
图1为本发明优选例1-3制备得到的Y2.95R0.05MgAl3SiO12(R＝Yb，Eu，Sm)陶瓷样品的X射线衍射曲线图。
图2为本发明优选例1-3制备得到的Y2.95R0.05MgAl3SiO12(R＝Yb，Eu，Sm)陶瓷样品的SEM图。
图3为本发明优选例1和实施例1-5制备得到的Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12、Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的微波介电性能随烧结温度的变化图。
图4为本发明优选例1和实施例1-5制备得到的Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12、Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的谐振频率温度系数和相对密度随烧结温度的变化图。
图5为本发明优选例2和实施例6-10制备得到的Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12、Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的微波介电性能随烧结温度的变化图。
图6为本发明优选例2和实施例6-10制备得到的Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12、Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的谐振频率温度系数和相对密度随烧结温度的变化图。
图7为本发明优选例3和实施例11-15制备得到的Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12、Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的微波介电性能随烧结温度的变化图。
图8为本发明优选例3和实施例11-15制备得到的Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12、Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的谐振频率温度系数和相对密度随烧结温度的变化图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。
此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
优选例1
Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Yb2O3、Al2O3、SiO2、MgO，采用精密电子天平称量，其中，将Y2O3、Yb2O3、Al2O3、SiO2置入高温烘箱在100℃下烘干12h以上，MgO在1000℃下煅烧2h。
步骤2：将称取的原料放入行星式球磨机球磨，加入适量的无水乙醇作为液态介质及二氧化锆小球作为研磨介质，球磨机转动速率为220r/min，球磨10小时，得到混合浆料，将混合浆料倒入陶瓷盘上，放入干燥箱在80℃下烘干至恒重，过100目尼龙筛，获得混合粉料。
步骤3：将混合粉料放入氧化铝坩埚，盖上坩埚盖，放入高温炉，先以5℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，后以5℃/min的降温速率降温至700℃后，自然冷却。
步骤4：将步骤3获得的粉料放入行星式球磨机球磨，加入适量的无水乙醇，球磨机转动速率为220r/min，球磨10小时后，得到混合浆料，将混合浆料倒入陶瓷盘上，放入干燥箱在80℃下烘干至恒重，再次获得混合粉料。
步骤5：往步骤4获得的混合粉料中加入2.5ml～3ml的浓度为5wt％的聚乙烯醇(PVA)溶液，混合均匀后，再次过100目尼龙筛，得到干燥粉料。
步骤6：称取约2.5g的干燥粉料倒入钢制模具内用压片机压制，在约100MPa的压强下保持1min，压制成直径12mm、高度7mm的陶瓷生坯。
步骤7：将陶瓷生坯置于氧化铝垫板上，盖上坩埚，置入高温炉，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温4h，排出PVA，之后再以4℃/min的升温速率升温至1600℃，烧结6h，后以2℃/min的降温速率降温至700℃后自然冷却。
步骤8：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。
实施例1
制备Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例1不同的是，步骤7中排出PVA后升温至1500℃，其余步骤过程与实施例1均相同。
实施例2
制备Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例1不同的是，步骤7中排出PVA后升温至1650℃，其余步骤过程与实施例1均相同。
实施例3
制备Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例1不同的是，步骤1中按Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Yb2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1500℃，其余步骤过程与实施例1均相同。
实施例4
制备Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例1不同的是，步骤1中按Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Yb2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1600℃，其余步骤过程与实施例1均相同。
实施例5
制备Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例1不同的是，步骤1中按Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Yb2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1650℃，其余步骤过程与实施例1均相同。
优选例2
Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Eu2O3、Al2O3、SiO2、MgO，采用精密电子天平称量，其中，将Y2O3、Eu2O3、Al2O3、SiO2置入高温烘箱在100℃下烘干12h以上，MgO在1000℃下煅烧2h。
步骤2：将称取的原料放入行星式球磨机球磨，加入适量的无水乙醇作为液态介质及二氧化锆小球作为研磨介质，球磨机转动速率220r/min，球磨10小时，得到混合浆料，将混合浆料倒入陶瓷盘上，放入干燥箱在80℃下烘干至恒重，过100目尼龙筛，获得混合粉料。
步骤3：将混合粉料放入氧化铝坩埚，盖上坩埚盖，放入高温炉，先以5℃/min的升温速率升温至1400℃保温4h，后以5℃/min的降温速率降温至700℃后自然冷却。
步骤4：将步骤3获得的粉料用行星式球磨机球磨，加入适量的无水乙醇，球磨机转动速率220r/min，球磨10小时，得到混合浆料，将混合浆料倒入陶瓷盘上，放入干燥箱在80℃下烘干至恒重，再次获得混合粉料。
步骤5：往步骤4获得的混合粉料中加入2.5ml～3ml的浓度为5wt％的聚乙烯醇(PVA)溶液，混合均匀后，再次过100目尼龙筛，得到干燥粉料。
步骤6：称取约2.5g的干燥粉料倒入钢制模具内用压片机压制，在100MPa的压强下保持1min，压制成直径12mm、高度7mm的陶瓷生坯。
步骤7：将陶瓷生坯置于氧化铝垫板上，盖上坩埚，置入高温炉，以5℃/min的升温速率升温到800℃保温4h以排出PVA，然后以4℃/min的升温速率升温到1600℃，保温6h，以4℃/min的降温速率降到700℃后自然冷却。
步骤8：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。
实施例6
制备Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例2不同的是，步骤7中排出PVA后升温至1500℃，其余步骤过程与实施例2均相同。
实施例7
制备Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例2不同的是，步骤7中排出PVA后升温至1650℃，其余步骤过程与实施例2均相同。
实施例8
制备Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例2不同的是，步骤1中按Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Eu2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1500℃，其余步骤过程与实施例2均相同。
实施例9
制备Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例2不同的是，步骤1中按Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Eu2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1600℃，其余步骤过程与实施例2均相同。
实施例10
制备Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例2不同的是，步骤1中按Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Eu2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1650℃，其余步骤过程与实施例2均相同。
优选例3
Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Sm2O3、Al2O3、SiO2、MgO，采用精密电子天平称量，其中，将Y2O3、Sm2O3、Al2O3、SiO2置入高温烘箱在100℃下烘干12h以上，MgO在1000℃下煅烧2h。
步骤2：将称取的原料放入行星式球磨机球磨，加入适量的无水乙醇作为液态介质及二氧化锆小球作为研磨介质，球磨机转动速率220r/min，球磨10小时，得到混合浆料，将混合浆料倒入陶瓷盘上，放入干燥箱在80℃下烘干至恒重，过100目尼龙筛，获得混合粉料。
步骤3：将混合粉料放入氧化铝坩埚，盖上坩埚盖，放入高温炉，先以5℃/min的升温速率升温至1400℃保温4h，后以5℃/min的降温速率降温至700℃后自然冷却。
步骤4：将步骤3获得的粉料用行星式球磨机球磨，加入适量的无水乙醇，球磨机转动速率220r/min，球磨10小时，得到混合浆料，将混合浆料倒入陶瓷盘上，放入干燥箱在80℃下烘干至恒重，再次获得混合粉料。
步骤5：往步骤4获得的混合粉料中加入2.5ml～3ml的浓度为5wt％的聚乙烯醇(PVA)溶液，混合均匀后，再次过100目尼龙筛，得到干燥粉料。
步骤6：称取约2.5g的干燥粉料倒入钢制模具内用压片机压制，在约100MPa的压强下保持1min，压制成直径12mm、高度7mm的陶瓷生坯。
步骤7：将陶瓷生坯置于氧化铝垫板上，盖上坩埚，置入高温炉，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温4h，排出PVA，然后以4℃/min的升温速率升温到1600℃，保温6h，最后以4℃/min的降温速率降温至700℃后自然冷却。
步骤8：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。
实施例11
制备Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例3不同的是，步骤7中排出PVA后升温至1500℃，其余步骤过程与实施例3均相同。
实施例12
制备Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例3不同的是，步骤7中排出PVA后升温至1650℃，其余步骤过程与实施例3均相同。
实施例13
制备Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例3不同的是，步骤1中按Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Sm2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1500℃，其余步骤过程与实施例3均相同。
实施例14
制备Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料与实施例3不同的是，步骤1中按Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Sm2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1600℃，其余步骤过程与实施例3均相同。
实施例15
制备Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12微波介质陶瓷材料，与实施例3不同的是，步骤1中按Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12的化学计量比称量纯度99.9％的Y2O3、Sm2O3、Al2O3、SiO2、MgO，步骤7中排出PVA后升温至1650℃，其余步骤过程与实施例3均相同。
实施例1-3所制备的Y2.95R0.05MgAl3SiO12陶瓷的工艺和微波介电性能的测试结果如表1所示。
表1实施例和实施例的陶瓷样品化学组成、烧结温度、烧结时间、微波介电性性能
图1给出了优选例1-3中Y2.95R0.05MgAl3SiO12(R＝Yb,Eu,Sm)陶瓷样品的粉末XRD图，所有陶瓷样品的主晶相为石榴石型Y3 Al5O12，这表明在优选例1-3中的陶瓷都是单相石榴石固溶体陶瓷。
图2给出了优选例1-3中Y2.95R0.05MgAl3SiO12(R＝Yb,Eu,Sm)陶瓷的的SEM图，所有陶瓷的表面均显示出较为均匀的晶粒分布，晶粒生长良好，有较高的致密化。
图3给出了优选例1和实施例1-5中Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12、Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12陶瓷的微波介电性能图，烧结温度提高，介电常数(εr)、品质因数(Q×f)有所提高，这说明烧结温度的提升有助于改善Y3-xYbxMgAl3SiO12微波陶瓷的微波介电性能，但是当烧结温度大于1600℃后微波介电性能有所下降。
图4给出了优选例1和实施例1-5制备得到的Y2.95Yb0.05MgAl3SiO12、Y2.9Yb0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的谐振频率温度系数和相对密度随烧结温度的变化图，烧结温度的提高，谐振频率温度系数(τf)有所改善，且与相对密度(ρr)的变化趋势相同，这说明致密度的提升有助于改善Y3-xYbxMgAl3SiO12微波陶瓷的微波介电性能。
图5给出了优选例2和实施例6-10制备得到的Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12、Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的微波介电性能随烧结温度的变化图，介电常数εr范围在9.4～10.3之间，品质因数Q×f范围在61284GHz～75096GHz之间。
图6给出了优选例2和实施例6-10制备得到的Y2.95Eu0.05MgAl3SiO12、Y2.9Eu0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的谐振频率温度系数和相对密度随烧结温度的变化图，谐振频率温度系数τf范围在-29.6pm/℃～-32.8ppm/℃之间，相对密度在88％～95.6％之间。
图7给出了优选例3和实施例11-15制备得到的Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12、Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的微波介电性能随烧结温度的变化图，介电常数εr范围在10～11之间，品质因数Q×f范围在60169GHz～72680GHz之间。
图8给出了优选例3和实施例11-15制备得到的Y2.95Sm0.05MgAl3SiO12、Y2.9Sm0.1MgAl3SiO12陶瓷样品的谐振频率温度系数和相对密度随烧结温度的变化图，谐振频率温度系数τf范围在-33.7ppm/℃～-38.4ppm/℃之间，相对密度在88％～95％之间。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述石榴石型微波介质陶瓷材料化学式Y(3-x)RxMgAl3SiO12中R为Yb，x = 0.05或0.1。
2.权利要求1所述Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）按Y(3-x)RxMgAl3SiO12的化学计量比称量Y2O3、R2O3、Al2O3、SiO2、MgO；
（2）在步骤（1）所述原料中加入助剂，球磨，烘干，过筛，获得混合粉料；
（3）将步骤（2）所得混合粉料先以3-7℃/min的升温速率升温至1300-1500℃保温3-5h，后以3-7℃/min的降温速率降温至650-750℃自然冷却；
（4）在步骤（3）获得的粉料中加入助剂，球磨，烘干，再次获得混合粉料；
（5）往步骤（4）获得的混合粉料中加入粘合剂，混合均匀后，过筛，得到干燥粉料；
（6）称取步骤（5）所得干燥粉料，倒入模具内压制陶瓷生坯；
（7）将陶瓷生坯放入高温炉，先以3-7oC/min的升温速率升温至700-900oC保温3-5h以排出粘合剂，再以2.5-5.5oC/min的升温速率升温至1500oC - 1650oC，保温5-7h，后以2.5-5.5oC/min的降温速率降至600-800oC后自然冷却，获得陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中Y2O3、R2O3、Al2O3、SiO2在100℃下烘干10h以上；MgO原料易受潮或者与二氧化碳反应生成碳酸盐，因此需将MgO煅烧。
4.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述MgO在1000℃下煅烧1~2.5h。
5.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中Y2O3、R2O3、Al2O3、SiO2、MgO的纯度不低于99.9%。
6.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）和（4）中，助剂为无水乙醇。
7.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，粘合剂为聚乙烯醇溶液。
8.根据权利要求7所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液浓度为4.5-5.5wt.%。
9.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中将步骤（2）所得混合粉料先以4.5-5.5℃/min的升温速率升温至1380-1420℃保温3.5-4.5h，后以4.5-5.5℃/min的降温速率降温至680-720℃自然冷却。
10.根据权利要求2所述的Y(3-x)RxMgAl3SiO12石榴石型微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中先以4.5-5.5oC/min的升温速率升温至780-820oC保温4.5-5h以排出粘合剂，再以3.5-4.5oC/min的升温速率升温至1500oC - 1650oC，保温5.5-6.5h，后以3.5-4.5oC/min的降温速率降至650-750oC后自然冷却。
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