一種基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波介質(zhì)陶瓷是近二十多年發(fā)展起來的一種新型的功能陶瓷材料。它是指應(yīng)用于微波頻段(主要是300MHz?300GHz頻段)電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷材料，是制造微波介質(zhì)濾波器和諧振器的關(guān)鍵材料。這種材料是近幾十年來隨著移動(dòng)通信事業(yè)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的新型功能陶瓷材料，其突出特點(diǎn)是介電常數(shù)高、損耗低、諧振頻率溫度系數(shù)小，并被用來制成介質(zhì)諧振器、介質(zhì)天線、雙工器、介質(zhì)導(dǎo)波回路、介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器等微波元件。目前，這些器件已被廣泛應(yīng)用于微波多路通信、微波中繼通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星電視廣播通信、散射通信、軍用雷達(dá)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。近年來受益于移動(dòng)通信、航天、軍事、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷材料也越來越受到人們的關(guān)注，正以驚人速度迅速發(fā)展。
[0003]微帶天線是20世紀(jì)70年代初期研制成功的一種天線形式。微帶天線由于結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低以及優(yōu)良的電性能在衛(wèi)星終端領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，特別是近年來便攜式導(dǎo)航產(chǎn)品(車用導(dǎo)航儀、智能手機(jī)等)的普及，更使得微帶天線的用量越來越大。長期以來，衛(wèi)星導(dǎo)航天線用介質(zhì)基板材料主要是陶瓷基板。基于高介電常數(shù)低損耗的材料可縮短天線實(shí)際應(yīng)用的走線線長，實(shí)現(xiàn)縮小GPS&Wifi Combo天線的體積，在不降低天線性能的前提下，解決越來越苛刻的由于手機(jī)ID對(duì)天線空間的限制而導(dǎo)致的天線空間不夠的問題。
[0004]綜上所述，尋找、制備與研究具有高介電常數(shù)、低損耗、近零諧振頻率溫度系數(shù)(TCF = 0ppm/°C )、低成本、環(huán)保的新型高介微波介質(zhì)陶瓷成為了人們當(dāng)前研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，該陶瓷材料相對(duì)介電常數(shù)高，微波性能良好，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)，物相組成及制備方法簡單。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷的化學(xué)組成為:(l-x)(l-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20-x/4Pr203-Ti02，其中，0.70 彡 x 彡 0.80 ;0 彡 y 彡 0.30。
[0008]在所述微波介質(zhì)陶瓷中，以鈣鈦礦相為基礎(chǔ)，Sr、Ca、L1、Pr占據(jù)A位，Ti占據(jù)B位。
[0009]所述微波介質(zhì)陶瓷的相對(duì)介電常數(shù)為122.4?148.4，微波品質(zhì)因數(shù)Qf =1，170GHz ?2，160GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為 _108ppm/°C ?+77ppm/°C。
[0010]本發(fā)明還公開了一種基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0011]1)按(1-x) (l-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20-x/4Pr203-Ti02式中的摩爾比，取鍶、鈣和鋰的碳酸鹽以及鐠和鈦的氧化物，混合后經(jīng)一次球磨，然后烘干、過篩并壓制成塊狀體，在1150°C下保溫4.5h，得到樣品燒塊；其中，0.70 ^ X ^ 0.80, 0 ^ y ^ 0.30 ；
[0012]2)將樣品燒塊粉碎后經(jīng)二次球磨，再經(jīng)烘干、造粒、過篩，然后將過篩后的顆粒壓制成型，在1350°C下燒結(jié)2h成瓷，得到基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0013]所述鍶、鈣和鋰的碳酸鹽分別為SrC03、CaC0#P Li 2C03;所述鐠和鈦的氧化物分別^Pr60niPTi02O
[0014]在進(jìn)行一次球磨和二次球磨時(shí)，每次球磨的時(shí)間為4h?5h，烘干的溫度為100。。?120。。。
[0015]所述的過篩，步驟1)為過120目的篩網(wǎng)，步驟2)為雙層過篩:過60目與120目的篩網(wǎng)。
[0016]所述的造粒是將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級(jí)的球形顆粒。
[0017]所述的步驟2)的燒結(jié)是在空氣氛圍下的燒結(jié)。
[0018]所述的步驟2)的壓制成型是壓制成塊狀或圓柱狀。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0020]本發(fā)明公開的基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，化學(xué)組成為:(l-x) (1-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20-x/4Pr203-Ti02，其中，0.70 彡 χ 彡 0.80 ;0 彡 y 彡 0.30，在 1350°C下進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明根據(jù)晶體化學(xué)原理和電介質(zhì)有關(guān)理論，以鈣鈦礦相為基礎(chǔ)，Sr、Ca、L1、Pr占據(jù)A位，Ti占據(jù)B位，通過調(diào)節(jié)其A、B位等效離子半徑及離子極化率，在較寬的組分范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高介電常數(shù)及低介電損耗，諧振頻率溫度系數(shù)在一定范圍內(nèi)可以調(diào)控，以達(dá)到微波通訊器件對(duì)微波介質(zhì)基板的要求。通過適當(dāng)?shù)奶沾晒に嚕梢栽诳諝夥諊袩Y(jié)出致密的且具備優(yōu)良微波介電性能的新型功能陶瓷，這類陶瓷可以作為射頻多層陶瓷電容器、片式微波介質(zhì)諧振器或?yàn)V波器、陶瓷天線、多芯片組件(MCM)等介質(zhì)材料使用。
[0021]本發(fā)明的基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料具有以下特點(diǎn):相對(duì)介電常數(shù)可調(diào)(122.4?148.4)，微波性能良好(Qf = 1，170GHz?2，160GHz)，諧振頻率溫度系數(shù)近零且易調(diào)控(_108ppm/°C?+77ppm/°C )，化學(xué)組成及制備工藝簡單。
[0022]本發(fā)明采用了最簡單有效的固相反應(yīng)燒結(jié)的方法來制備，首先是選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化物，通過一次球磨使得各種氧化物混合均勻，通過預(yù)燒結(jié)過程使得氧化物進(jìn)行初步的反應(yīng)，通過二次球磨細(xì)化反應(yīng)物的顆粒尺寸，最后通過燒結(jié)過程得到所需要的陶瓷樣品。通過這樣一種簡單易行的有效的制備方法，得到的陶瓷樣品的介電常數(shù)隨成分在122.4?148.4之間變化，Qf分布在1，170GHz?2，160GHz，諧振頻率溫度容易調(diào)控(_108ppm/°C?+77ppm/°C )，燒結(jié)溫度 1350°C。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0024]本發(fā)明公開的基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料的配方表達(dá)式為:(1-x) (1-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20-x/4Pr203-Ti02，其中 0.70 彡 x 彡 0.80，0 彡 y 彡 0.30。
[0025]上述基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料具體制備方法是:
[0026]將化學(xué)原料SrC03、CaC03、Li2C03、Pr60n、和 1102按配方通式:(l-χ) (1-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20-x/4Pr203-Ti02(其中 0.70 彡 x 彡 0.80，0 彡 y 彡 0.30)配料，充分混合球磨4?5個(gè)小時(shí)，磨細(xì)后烘干、過篩、壓塊，然后經(jīng)1200°C預(yù)燒，并保溫4.5小時(shí)；
[0027]將預(yù)燒后的塊體進(jìn)行二次球磨，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩；
[0028]將瓷料按需要壓制成型，然后在1350°C下燒結(jié)2小時(shí)成瓷，即可得到基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]將分析純度的原料SrC03、CaC03、Li2C03、Pr60n、和 1102按配方(l-χ) (1-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20_x/4Pr203-Ti02(其中 x = 0.70，y = 0)中的摩爾比配制后，充分混合球磨(200轉(zhuǎn)/分鐘)4個(gè)小時(shí)，然后120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)1200°C保溫4.5個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0031]然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為5小時(shí)，在120°C下烘干后造粒(將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級(jí)的球形顆粒)，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1350°C空氣下燒結(jié)2h成瓷，即可得到基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法材料。
[0032]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0033]1350°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能148.4(1.56取)，品質(zhì)因子0 =1100，Qf = 1，650GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF = +77ppm/°C (25°C?85°C )。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]將分析純度的原料SrC03、CaC03、Li2C03、Pr60n、和 1102按配方(l-χ) (1-y)Sr0-(l-x)yCa0-x/4Li20_x/4Pr203-Ti02(其中 x = 0.75，y = 0)中的摩爾比配制后，充分混合球磨(200轉(zhuǎn)/分鐘)4個(gè)小時(shí)，然后120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經(jīng)1200°C保溫4.5個(gè)小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0036]然后將樣品燒塊粉碎后再進(jìn)行二次球磨，球磨時(shí)間為5小時(shí)，在120°C下烘干后造粒(將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級(jí)的球形顆粒)，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1350°C空氣下燒結(jié)2h成瓷，即可得到基板用高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法材料。