CN116751046A - 一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用 - Google Patents

一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116751046A
CN116751046A CN202310726689.5A CN202310726689A CN116751046A CN 116751046 A CN116751046 A CN 116751046A CN 202310726689 A CN202310726689 A CN 202310726689A CN 116751046 A CN116751046 A CN 116751046A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ball milling
ball
hours
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.)
Granted
Application number
CN202310726689.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116751046B (zh
Inventor
王卓
亢金腾
薛颖
叶荣辉
赵婷
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.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
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 Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN202310726689.5A priority Critical patent/CN116751046B/zh
Publication of CN116751046A publication Critical patent/CN116751046A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116751046B publication Critical patent/CN116751046B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44Shaped 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped 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 titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped 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 titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465Shaped 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 titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/47Shaped 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 titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on strontium titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2002Dielectric waveguide filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10Dielectric resonators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C04B2235/3234Titanates, not containing zirconia
    • C04B2235/3236Alkaline earth titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects 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
    • C04B2235/6567Treatment time
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/78Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

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)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用,微波介质陶瓷材料的化学式为Sr1+xLa1‑ xAl1‑xTixO4,x=0~0.6;制备方法:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2烘干处理,La2O3煅烧处理,按照Sr1+xLa1‑xAl1‑xTixO4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;将原料放入尼龙罐中进行球磨并过筛,得到一次球磨料;将一次球磨料煅烧保温随炉冷却,得到Sr1+xLa1‑xAl1‑xTixO4预烧粉体;将Sr1+xLa1‑xAl1‑xTixO4预烧粉体二次湿法球磨并过筛,得到过筛后的二次球磨料,将二次球磨料先预压成型,后经过冷等静压成型得到陶瓷生坯;将陶瓷生坯进行烧结保温随炉冷却,得到Sr1+xLa1‑xAl1‑xTixO4微波介质陶瓷;本发明制备的微波介质陶瓷材料,工艺简单,性能稳定,能够显著降低陶瓷的介电损耗,明显提高陶瓷的温度稳定性。

Description

一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及微波介质陶瓷材料技术领域,特别涉及一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用。
背景技术
微波介质陶瓷是近40多年来迅猛发展起来的新型功能电子材料,该类材料被广泛应用于微波无源器件中如谐振器、滤波器、介质天线、介质波导等关键材料,为我国的微波通讯技术提供了非常大的帮助,特别是低损耗微波介质陶瓷。评价一种微波介质材料性能的好坏主要有三个参数:相对介电常数εr,品质因数Qf和谐振频率温度系数τf,在实际应用中一般要求材料应具有合适的介电常数以作用于不用场景中,较高的品质因数Qf以实现良好的选频特性,近零的谐振频率温度系数τf,确保器件工作的稳定性和可靠性,因此,开发εr=20~30、Qf>70000GHz、|τf|≤10ppm/℃的低损耗微波介质陶瓷具有十分重要的意义。
经过几十年来的研究,多个微波介质陶瓷体系已经趋于成熟,尤其是钙钛矿型微波介质陶瓷体系,因其结构具有广泛的应用性,大量不同性能的微波介质陶瓷被开发出来,如SrLaAlO4层状钙钛矿微波介质陶瓷。从制备成本角度考虑,SrLaAlO4陶瓷因不包含Ta、Nb等昂贵金属元素,所以制备成本低;从性能角度考虑,SrLaAlO4陶瓷具有较低的相对介电常数,较高的品质因数,但是谐振频率温度系数较大(τf~-33ppm/℃),限制了材料在微波元器件的应用,有必要对其进行掺杂改性,有望成为低损耗、温度稳定性的微波介质陶瓷。
申请号为【202310228034.5】的专利申请中公开了一种钛酸锶基微波介质陶瓷材料及其制备方法,采用传统固相法,通过形成固溶体的方式制备了为Sr2-xLaxTi1-xAlxO4,其中0.2≤x≤0.8,其制备流程主要包括:配料称量、一次球磨、预烧、二次球磨、过筛、造粒、过筛、压片、排胶和烧结。当x=0.4时,εr为22.5,Qf为75464GHz,τf为-7.3ppm/℃,但是Qf仍然较小,介电损耗较大,限制了其在高端器件中的应用,且粉体成型工艺复杂。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用,通过冷等静压的方式成型,工艺简单,无需添加粘结剂,压制出来的陶瓷生坯强度高,各向密度均匀,减小了生坯开裂、分层等缺陷,另外采用形成固溶体的方式制备Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4微波介质陶瓷,通过Sr2+/Ti4+共掺来改善陶瓷的微波介电性能,相比于两相或三相共存的复合陶瓷来说,能够得到更加均匀的相结构,避免杂相的产生,得到具有更低的介电损耗和更优异的温度稳定性微波介质陶瓷。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷材料的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0~0.6。
所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1500~1575℃,相对介电常数εr为16.80~23.70,品质因数Qf为70300~106200GHz,谐振频率温度系数τf为-34.10~-2.97ppm/℃。
所述Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4包括:按照化学计量比计:SrLaAlO4:Sr2TiO4=(1-x):x,其中x=0~0.6。
本发明还提供了一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在70~90℃下烘干处理12~24h,La2O3在800~900℃下煅烧处理2~3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料,其中x=0~0.6;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:(1-1.5):1进行球磨,球磨时间为12~24h,球磨机转速为250~300r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70~90℃下烘干12~24h并过筛120~300目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1275~1325℃下煅烧,保温时间2~4h,随炉冷却,得到Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体=4:(1-1.5):1进行球磨,球磨时间为8~12h,球磨机转速为250~300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70~90℃下烘干12~24h后过筛120~300目,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料经过冷等静压成型,成型压力为200~250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1500~1575℃下进行烧结,保温时间3~4h,随炉冷却,得到最终的Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4微波介质陶瓷。
本发明还提供了一种低损耗微波介质陶瓷材料的应用,所述的微波介质陶瓷材料能够应用于介质谐振器、介质滤波器和介质天线的通讯电子元器件中。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1.本发明提出的(Sr,La)2(Al,Ti)O4微波介质陶瓷,制备方法简单,烧结气氛为空气,主晶相稳定,且陶瓷原料丰富,不涉及贵金属元素,制备成本低,适合工业上大批量生产及应用。
2.本发明提出的(Sr,La)2(Al,Ti)O4微波介质陶瓷采用冷等静压的方式成型,相比于造粒等工艺更为简单,制备的陶瓷更加致密,晶粒尺寸更加均匀。
3.本发明提出的(Sr,La)2(Al,Ti)O4微波介质陶瓷,是采用掺杂改性形成固溶体的方式,相比于两相复合陶瓷,工艺简单,性能稳定,并且能够显著降低陶瓷的介电损耗,明显提高陶瓷的温度稳定性。
4.本发明涉及到的配方中不涉及Pb、Cd等有毒金属元素,不含Ta、Nb等昂贵金属元素,对SrLaAlO4进行Sr2+/Ti4+共掺,陶瓷材料的品质因数和谐振频率温度系数得到明显改善,将其应用到微波元器件中可以提升器件的可靠性和稳定性,具有很好的应用前景。
综上所述,与现有技术相比,本发明采用两相固溶的方式和冷等静压的成型方式,能够有效地降低陶瓷的介电损耗和改善陶瓷的谐振频率温度稳定性,具有晶相稳定、工艺简单和性能稳定的特点,适合工业上大批量生产及应用。
附图说明
图1为本发明实施例1-6微波介质陶瓷粉体Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4(x=0~0.6)的XRD图。
图2为本发明实施例8中1550℃烧结的微波介质陶瓷粉体Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的XRD精修图。
图3为本发明实施例8中1550℃烧结的微波介质陶瓷粉体Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的SEM图。
图4为本发明实施例1-6微波介质陶瓷Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4(x=0~0.6)在1525℃下的微波介电性能图。
图5为本发明实施例7-9微波介质陶瓷Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4在不同烧结温度下的微波介电性能图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
针对现有材料存在的问题,本发明从高性能、低成本和无污染的角度出发,采用双离子(Sr2+/Ti4+)共掺的方法,提供了一种高品质因数和近零谐振频率温度系数的(Sr,La)2(Al,Ti)O4微波介质陶瓷及其制备工艺,有望作为微波器件的原材料而被广泛应用。
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷材料的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0~0.6。
所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1500~1575℃,相对介电常数εr为16.80~23.70,品质因数Qf为70300~106200GHz,谐振频率温度系数τf为-34.10~-2.97ppm/℃。
所述Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4包括:按照化学计量比计:SrLaAlO4:Sr2TiO4=(1-x):x,其中x=0~0.6。
所述Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4中,在SrLaAlO4陶瓷中掺杂具有相同结构的Sr2TiO4形成固溶体。
所述微波介质陶瓷材料中,考虑到SrLaAlO4晶体结构是岩盐层和钙钛矿层沿c轴交替排列,层间存在内建电场,结构内部会产生内应力,通过Sr2+、Ti4+分别取代La3+和Al3+,消除层间电荷,减小内应力,从而达到降低介电损耗,改善τf的目的。
本发明还提供了一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在70~90℃下烘干处理12~24h,La2O3在800~900℃下煅烧处理2~3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料,其中x=0~0.6;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:(1-1.5):1进行球磨,球磨时间为12~24h,球磨机转速为250~300r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70~90℃下烘干12~24h并过筛120~300目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1275~1325℃下煅烧,保温时间2~4h,随炉冷却,得到Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体=4:(1-1.5):1进行球磨,球磨时间为8~12h,球磨机转速为250~300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70~90℃下烘干12~24h后过筛120~300目,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用模具先预压成圆柱体,直径为12~14mm,厚度为6.8~7.2mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200~250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1500~1575℃下进行烧结,保温时间3~4h,随炉冷却,得到最终的Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4微波介质陶瓷。
本发明还提供了一种低损耗微波介质陶瓷材料的应用,所述的微波介质陶瓷材料能够应用于介质谐振器、介质滤波器和介质天线的通讯电子元器件中。
所述制备出的微波介质陶瓷材料能够广泛应用于电子设备,制备得到的低损耗微波介质陶瓷,具有高Qf,介电损耗低,应用过程中产生的热量少,能够延长器件的使用寿命,而近零的τf可以保证微波器件随工作环境温度变化的稳定性,实现器件的高稳定性和高可靠性。
实施例1
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3和Al2O3为原料,将SrCO3和Al2O3在70℃下烘干处理24h,La2O3在800℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照SrLaAlO4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70℃下烘干24h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1275℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到SrLaAlO4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的SrLaAlO4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:SrLaAlO4预烧粉体=4:1:1进行球磨,球磨时间为8h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70℃下烘干24h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为6.8mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1500℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的SrLaAlO4微波介质陶瓷。
将烧结好的SrLaAlO4微波介质陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为1.92:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例2
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0.2,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在70℃下烘干处理24h,La2O3在800℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.2La0.8Al0.8Ti0.2O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.1:1进行球磨,球磨时间为14h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在80℃下烘干20h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.2La0.8Al0.8Ti0.2O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.2La0.8Al0.8Ti0.2O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.2La0.8Al0.8Ti0.2O4预烧粉体=4:1.1:1进行球磨,球磨时间为10h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在80℃下烘干24h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为6.8mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.2La0.8Al0.8Ti0.2O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.2La0.8Al0.8Ti0.2O4微波介质陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.0:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例3
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0.3,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在80℃下烘干处理15h,La2O3在800℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.5:1进行球磨,球磨时间为14h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4预烧粉体=4:1.5:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为7.0mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.0:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例4
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0.4,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在90℃下烘干处理12h,La2O3在900℃下煅烧处理2h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.3:1进行球磨,球磨时间为24h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2得到的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4预烧粉体进行二次湿法球磨,将锆球:去离子水:Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4预烧粉体=4:1.3:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为7.0mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.3:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例5
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0.5,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在90℃下烘干处理12h,La2O3在900℃下煅烧处理2h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.3:1进行球磨,球磨时间为24h,球磨机转速为300r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体=4:1.3:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.2mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.1:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例6
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1+xLa1-xAl1- xTixO4,其中x=0.6,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在90℃下烘干处理12h,La2O3在900℃下煅烧处理2h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.2:1进行球磨,球磨时间为24h,球磨机转速为300r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1325℃下煅烧,保温时间3h,随炉冷却,得到Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4预烧粉体=4:1.2:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.1mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间4h,随炉冷却,得到最终的Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.0:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
图1是制备Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4(x=0~0.6)陶瓷粉体的XRD图,从图1可以看到,所有组分都属于K2NiF4结构,其空间点群为I4/mmm,并无第二相的出现。表1给出了实施例1~6具体成分组成和微波介电性能。其中Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4陶瓷具有更优异的微波介电性能,其介电常数εr为22.20,品质因数Qf为100200GHz,谐振频率温度系数τf为-5.68ppm/℃。
实施例7
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4,其中x=0.5,烧结温度为1500℃,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,其中SrCO3、Al2O3和TiO2在80℃下烘干处理16h,La2O3在900℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.1:1进行球磨,球磨时间为15h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70℃下烘干24h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体=4:1.2:1进行球磨,球磨时间为10h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70℃下烘干20h过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.0mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯,在1500℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.0:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例8
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4,其中x=0.5,烧结温度为1550℃,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,其中SrCO3、Al2O3和TiO2在70℃下烘干处理22h,La2O3在900℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.4:1进行球磨,球磨时间为21h,球磨机转速为260r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在85℃下烘干16h并过筛250目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间3h,随炉冷却,得到Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体=4:1.1:1进行球磨,球磨时间为9h,球磨机转速为280r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在75℃下烘干21h后过筛250目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.1mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1550℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.0:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
实施例9
一种低损耗微波介质陶瓷材料,所述微波介质陶瓷的化学式为Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4,其中x=0.5,烧结温度为1575℃,其制备具体包括以下步骤:
一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在90℃下烘干处理14h,La2O3在900℃下煅烧处理2.5h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.1:1进行球磨,球磨时间为16h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干18h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2得到的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间3h,随炉冷却,得到Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体=4:1.2:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在85℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.2mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1575℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4微波介质陶瓷。
将烧结好的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4圆柱体陶瓷用砂纸打磨抛光,保证陶瓷上下表面平行,且直径和厚度比为2.0:1,然后超声清洗去除表面的污渍,烘干后,利用矢量网络分析仪测试陶瓷样品的微波介电性能。
如图2为1550℃下烧结的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4陶瓷粉体XRD精修图,其中Rp和Rwp均小于10%,说明精修结果可靠。
如图3为1550℃下烧结的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4陶瓷SEM图像,从图3可以看到,晶粒之间紧密连接并有清晰的晶界,未发现明显的气孔。
如图4为实施例1-6微波介质陶瓷Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4(x=0~0.6)在1525℃下的微波介电性能图,从图4可以看出,随着Sr2+/Ti4+含量的增加,介电常数逐渐增大,Qf先减小后增大,最大可达100000GHz以上,τf逐渐趋近于零,陶瓷的微波介电性能得到了很好地改善。
如图5为实施例7-9微波介质陶瓷Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4在不同烧结温度下的微波介电性能图,从图5可以看出,烧结温度会影响陶瓷的微波介电性能,当烧结温度为1550℃时,陶瓷的介电损耗最小,Qf最高,微波介电性能最为优异。表1同时给出了实施例7~9具体成分组成和微波介电性能。其中烧结温度为1550℃时,Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4陶瓷具有更优异的微波介电性能,其介电常数εr为20.55,品质因数Qf为106200GHz,谐振频率温度系数τf为-5.03ppm/℃。
表1实施例1~9具体成分组成和微波介电性能

Claims (10)

1.一种低损耗微波介质陶瓷材料,其特征在于:所述微波介质陶瓷材料的化学式为Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4,其中x=0~0.6。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料,其特征在于:所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1500~1575℃,相对介电常数εr为16.80~23.70,品质因数Qf为70300~106200GHz,谐振频率温度系数τf为-34.10~-2.97ppm/℃。
3.根据权利要求1所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料,其特征在于:所述Sr1+xLa1- xAl1-xTixO4包括:按照化学计量比计:SrLaAlO4:Sr2TiO4=(1-x):x,其中x=0~0.6。
4.一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在70~90℃下烘干处理12~24h,La2O3在800~900℃下煅烧处理2~3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料,其中x=0~0.6;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:(1-1.5):1进行球磨,球磨时间为12~24h,球磨机转速为250~300r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70~90℃下烘干12~24h并过筛120~300目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1275~1325℃下煅烧,保温时间2~4h,随炉冷却,得到Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4预烧粉体=4:(1-1.5):1进行球磨,球磨时间为8~12h,球磨机转速为250~300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70~90℃下烘干12~24h后过筛120~300目,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料经过冷等静压成型,成型压力为200~250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1500~1575℃下进行烧结,保温时间3~4h,随炉冷却,得到最终的Sr1+xLa1-xAl1-xTixO4微波介质陶瓷。
5.根据权利要求4所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,其中SrCO3、Al2O3和TiO2在70℃下烘干处理22h,La2O3在900℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.4:1进行球磨,球磨时间为21h,球磨机转速为260r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在85℃下烘干16h并过筛250目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间3h,随炉冷却,得到Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4预烧粉体=4:1.1:1进行球磨,球磨时间为9h,球磨机转速为280r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在75℃下烘干21h后过筛250目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.1mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1550℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.5La0.5Al0.5Ti0.5O4微波介质陶瓷。
6.根据权利要求4所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3和Al2O3为原料,将SrCO3和Al2O3在70℃下烘干处理24h,La2O3在800℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照SrLaAlO4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70℃下烘干24h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1275℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到SrLaAlO4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的SrLaAlO4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:SrLaAlO4预烧粉体=4:1:1进行球磨,球磨时间为8h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在70℃下烘干24h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为6.8mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1500℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的SrLaAlO4微波介质陶瓷。
7.根据权利要求4所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在80℃下烘干处理15h,La2O3在800℃下煅烧处理3h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.5:1进行球磨,球磨时间为14h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4预烧粉体=4:1.5:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为7.0mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.3La0.7Al0.7Ti0.3O4微波介质陶瓷。
8.根据权利要求4所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在90℃下烘干处理12h,La2O3在900℃下煅烧处理2h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.3:1进行球磨,球磨时间为24h,球磨机转速为250r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2得到的一次球磨料在1300℃下煅烧,保温时间2h,随炉冷却,得到Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4预烧粉体进行二次湿法球磨,将锆球:去离子水:Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4预烧粉体=4:1.3:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为250r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ12的模具先预压成圆柱体,直径为12mm,厚度为7.0mm,后经过冷等静压成型,成型压力为200MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间3h,随炉冷却,得到最终的Sr1.4La0.6Al0.6Ti0.4O4微波介质陶瓷。
9.根据权利要求4所述的一种低损耗微波介质陶瓷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:选用纯度为99%以上的SrCO3、La2O3、Al2O3和TiO2为原料,将SrCO3、Al2O3和TiO2在90℃下烘干处理12h,La2O3在900℃下煅烧处理2h,去除原料中的水分和二氧化碳,按照Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4的化学计量比进行配料,得到处理后的原料;
步骤2:将步骤1中处理后的原料放入尼龙罐中进行球磨,以去离子水为球磨介质,以氧化锆为磨球,按照质量比计,将锆球:去离子水:处理后的原料=4:1.2:1进行球磨,球磨时间为24h,球磨机转速为300r/min,得到一次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h并过筛120目,得到过筛后的一次球磨料;
步骤3:将步骤2过筛后的一次球磨料在1325℃下煅烧,保温时间3h,随炉冷却,得到Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4预烧粉体;
步骤4:将步骤3得到的Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4预烧粉体进行二次湿法球磨,按照质量比计,将锆球:去离子水:Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4预烧粉体=4:1.2:1进行球磨,球磨时间为12h,球磨机转速为300r/min,得到二次球磨的球磨浆料,将球磨浆料在90℃下烘干12h后过筛300目,以保证粉体粒径大小均匀,得到过筛后的二次球磨料;
步骤5:将步骤4中过筛后的二次球磨料使用Φ14的模具先预压成圆柱体,直径为14mm,厚度为7.1mm,后经过冷等静压成型,成型压力为250MPa,得到陶瓷生坯;
步骤6:将步骤5得到的陶瓷生坯在1525℃下进行烧结,保温时间4h,随炉冷却,得到最终的Sr1.6La0.4Al0.4Ti0.6O4微波介质陶瓷。
10.基于权利要求1-9任意一种低损耗微波介质陶瓷材料的应用,其特征在于:所述的微波介质陶瓷材料能够应用于介质谐振器、介质滤波器和介质天线的通讯电子元器件中。
CN202310726689.5A 2023-06-19 2023-06-19 一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用 Active CN116751046B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310726689.5A CN116751046B (zh) 2023-06-19 2023-06-19 一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310726689.5A CN116751046B (zh) 2023-06-19 2023-06-19 一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116751046A true CN116751046A (zh) 2023-09-15
CN116751046B CN116751046B (zh) 2024-09-10

Family

ID=87960380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310726689.5A Active CN116751046B (zh) 2023-06-19 2023-06-19 一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116751046B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002187771A (ja) * 2000-12-20 2002-07-05 Kyocera Corp 誘電体磁器およびこれを用いた誘電体共振器
US20090173932A1 (en) * 2006-05-12 2009-07-09 National University Corporation Nagoya University Thermoelectric Material, Infrared Sensor and Image Forming Device
JP2010111552A (ja) * 2008-11-08 2010-05-20 Sumitomo Chemical Co Ltd チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法
CN103058652A (zh) * 2013-01-06 2013-04-24 西北工业大学 硼酸钙玻璃改性钛酸锶-铝酸镧复合陶瓷的制备方法
CN106542819A (zh) * 2015-09-21 2017-03-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中介微波介质陶瓷及其制备方法
CN107200576A (zh) * 2017-06-29 2017-09-26 陕西科技大学 一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷及其制备方法
CN108101538A (zh) * 2017-12-29 2018-06-01 陕西科技大学 一种钨青铜型高储能密度陶瓷材料及其制备方法
CN108178626A (zh) * 2018-01-20 2018-06-19 陕西科技大学 一种低损耗高介电常数x9r陶瓷电容器介质材料及其制备方法
JP2019006618A (ja) * 2017-06-21 2019-01-17 堺化学工業株式会社 ペロブスカイト型構造を有するアルミン酸ランタン系化合物の製造方法
CN112321299A (zh) * 2020-12-03 2021-02-05 电子科技大学 超低损耗的钇铝石榴石微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN115504785A (zh) * 2022-09-14 2022-12-23 电子科技大学 钇过量的掺稀土元素yag微波介质陶瓷材料及制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002187771A (ja) * 2000-12-20 2002-07-05 Kyocera Corp 誘電体磁器およびこれを用いた誘電体共振器
US20090173932A1 (en) * 2006-05-12 2009-07-09 National University Corporation Nagoya University Thermoelectric Material, Infrared Sensor and Image Forming Device
JP2010111552A (ja) * 2008-11-08 2010-05-20 Sumitomo Chemical Co Ltd チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法
CN103058652A (zh) * 2013-01-06 2013-04-24 西北工业大学 硼酸钙玻璃改性钛酸锶-铝酸镧复合陶瓷的制备方法
CN106542819A (zh) * 2015-09-21 2017-03-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中介微波介质陶瓷及其制备方法
JP2019006618A (ja) * 2017-06-21 2019-01-17 堺化学工業株式会社 ペロブスカイト型構造を有するアルミン酸ランタン系化合物の製造方法
CN107200576A (zh) * 2017-06-29 2017-09-26 陕西科技大学 一种高介电常数铕和铌共掺二氧化钛陶瓷及其制备方法
CN108101538A (zh) * 2017-12-29 2018-06-01 陕西科技大学 一种钨青铜型高储能密度陶瓷材料及其制备方法
CN108178626A (zh) * 2018-01-20 2018-06-19 陕西科技大学 一种低损耗高介电常数x9r陶瓷电容器介质材料及其制备方法
CN112321299A (zh) * 2020-12-03 2021-02-05 电子科技大学 超低损耗的钇铝石榴石微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN115504785A (zh) * 2022-09-14 2022-12-23 电子科技大学 钇过量的掺稀土元素yag微波介质陶瓷材料及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIN MIN MAO等: "Structure and Microwave Dielectric Properties of Solid Solution in SrLaAlO4-Sr2TiO4 System", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY》, 25 May 2011 (2011-05-25), pages 3948 - 3952 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116751046B (zh) 2024-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101260001A (zh) 新型高q微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN101805185A (zh) 一种制备铌镁酸铅钛酸铅弛豫铁电陶瓷的方法
CN112552048B (zh) 一种具有高压电性能和高剩余极化强度铌酸钾钠陶瓷的制备方法
CN116082034B (zh) 一种高储能特性的钛酸铋钠基高熵陶瓷材料及其制备方法和应用
Jiayu et al. Effects of rare earth oxides on dielectric properties of Y2Ti2O7 series ceramics
CN108358633B (zh) 一种低温烧结Ca5Mn4-xMgxV6O24微波介质材料及其制备方法
CN114621004A (zh) 一种高储能密度的高熵陶瓷材料及其制备方法
CN113880576B (zh) 低烧结温度和各向异性的铌酸锶钡钠钨青铜型压铁电陶瓷材料及其制备方法
CN114478006A (zh) 一种KNNS-BNZ+CuO压电陶瓷材料及其制备方法、应用
JP7522654B2 (ja) 誘電性無機組成物
CN112979314A (zh) 一种中等介电常数高q微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN112851347A (zh) 一种低温烧结低损耗氟氧化物微波介质陶瓷及其制备方法
CN116751046B (zh) 一种低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用
CN1331807C (zh) 一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法
CN103214237B (zh) 一种巨介电常数钛酸钡陶瓷的制备方法
CN109231977A (zh) 一种高温稳定介质陶瓷材料及其制备方法
CN116854473A (zh) 一种温度稳定型超低损耗微波介质陶瓷材料、制备方法及应用
CN116041059B (zh) 一种钛酸锶基巨介电陶瓷制备方法
Rao et al. New dielectric materials based on pyrochlore-type oxides-Ca 3 RE 3 Ti 7 Ta 2 O 26.5 (RE= Pr, Sm, Gd, Dy or Y): Structure, FT-IR spectra, microstructure and dielectric properties
CN113773070B (zh) 温度稳定型高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN117303898B (zh) 一种高熵介质陶瓷及其制备方法
CN118084483B (zh) 一种bst基微波介电可调复合陶瓷材料及其制备方法
KR100763284B1 (ko) 마이크로파 유전체 세라믹스 및 그 제조방법
CN115093212B (zh) 一种使用温度超过300℃的高性能铁酸铋-钛酸钡陶瓷及其低温液相烧结制备方法
CN108975914B (zh) 一种ZnO-TiO2-Nb2O5基LTCC材料及其制备方法

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