一种温度稳定型低介电常数微波介质材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及微波介质陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种温度稳定型低介电常数微波介质材料及其制备方法。


背景技术：

2.微波介质陶瓷被广泛用于滤波器、谐振器和微波介质基板，随着通讯技术向高频、高速方向发展，要求微波介质材料具有低的介电常数(εr)保证信号的传输速率，近零的谐振频率温度系数(-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃)保证器件在工作时的频率稳定性,此外还需要较高的品质因数(q
×
f)。因此低介电常数、温度稳定型的微波介质陶瓷材料一直是近年来的研究热定，此外在低介电常数时，谐振频率温度系数很难近零。近年来研究人员通过添加两种谐振频率温度系数相反的陶瓷进行调整，达到谐振频率温度系数近零的目的。这种做法会使得材料的q
×
f值降低，介电常数偏离预期目标。因此需要开发低介电常数温度稳定型陶瓷材料。
3.目前较多的低介电常数陶瓷材料常见于si基材料中，由于si—o键具有较高的共价键特性，使得介电常数较低，此外si离子具有较低的极化率，因此si基微波介质陶瓷材料具有较低的介电常数。例如有文献报道li2mgsio4具有较低的介电常数4.7，但是其谐振频率温度系数达到-21.9ppm/℃，同样没有到达近零的目标。此外近年来同样有报道liybsio4具有较低的介电常数7.4，和近零的谐振频率温度系数+4.52ppm/℃，但是其中含有li元素和yb元素，其中li元素在较高温度下容易挥发，使得材料器件在工作时容易出现不稳定情况，yb元素为稀土元素，其成本较高，因此不适用于商业化生产。为了解决上述问题，本发明提供一种温度稳定型低介电常数微波介质材料及其制备方法。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中提到的问题，本发明的目的在于提供一种温度稳定型低介电常数微波介质材料及其制备方法，使微波介质陶瓷材料具有低的介电常数、高的品质因数和近零的谐振频率温度系数。
5.为了实现上述目标，本发明的技术方案为：
6.本发明提供一种温度稳定型低介电常数微波介质材料的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重；
8.(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比进行球磨混合24小时，将得到的浆料干燥并过筛后得到粉料；
9.(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结6小时；
10.(4)、将步骤(3)得到的粉料与氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，将得到的浆料干燥
并过120目筛网得到粉料；
11.(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比10～15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料；
12.(6)、将步骤(5)得到的粉料在150mpa的压力下干压成型得到直径为15mm、高度为8mm的圆柱；
13.(7)、将步骤(6)得到的圆柱进行烧结，以0.5℃/min的速度升温至680℃，保温4小时，排除掉pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1200～1300℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。
14.本发明还提供一种采用上述制备方法所制备的温度稳定型低介电常数微波介质材料。
15.本发明的有益效果为：通过使用成本较低的原材料为主料，在没有其他添加物的情况下，制备出的微波介质陶瓷材料具有低的介电常数、高的品质因数和近零的谐振频率温度系数。
附图说明
16.图1为本发明实施例中baca2si3o9陶瓷烧结1250℃时的xrd图；
17.图2为本发明实施例中baca2si3o9陶瓷烧结1250℃时的扫描电镜图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
19.实施例一：
20.(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重，其中baco3纯度99.9％、caco3纯度99.9％、sio2纯度99.9％；
21.(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨柱、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比放置于氧化铝球磨罐中，球磨混合24小时，球磨转速350r/min，将得到的浆料烘干并过筛后得到粉料；
22.(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结温度下烧结6小时；
23.(4)、将步骤(3)得到的粉料与氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，球磨转速350r/min，后干燥并过120目筛网；
24.(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料，其中pva的浓度为5％；
25.(6)、将步骤(5)得到的粉料在150mpa的压力下干压成型得到直径为15mm，高度为8mm的圆柱；
26.(7)、将步骤(6)得到的圆柱放在坩埚上，再将坩埚放入烧结炉内，以0.5℃/min的
速度升温至680℃，保温4小时，排除pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1200℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。
27.实施例二：
28.(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重，其中baco3纯度99.9％、caco3纯度99.9％、sio2纯度99.9％；
29.(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨柱、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比放置于氧化铝球磨罐中，球磨混合24小时，球磨转速350r/min，将得到的浆料烘干并过筛后得到粉料；
30.(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结温度下烧结6小时；
31.(4)、将步骤(3)得到的粉料、氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，球磨转速350r/min，后干燥并过120目筛网后得到粉料；
32.(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料，其中pva的浓度为5％；
33.(6)、将步骤(5)得到的粉料通过干压成型在150mpa的压力下得到直径为15mm，高度为8mm的圆柱；
34.(7)、将步骤(6)得到的圆柱放在坩埚上，再将坩埚放入烧结炉内，以0.5℃/min的速度升温至680℃，保温4小时，排除pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1225℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。
35.实施例三
36.(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重，其中baco3纯度99.9％、caco3纯度99.9％、sio2纯度99.9％；
37.(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨柱、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比放置于氧化铝球磨罐中，球磨混合24小时，球磨转速350r/min，将得到的浆料烘干并过筛后得到粉料；
38.(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结温度下烧结6小时；
39.(4)、将步骤(3)得到的粉、氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，球磨转速350r/min，后干燥并过120目筛网得到粉料；
40.(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料，其中pva的浓度为5％；
41.(6)、将步骤(5)得到的粉料在150mpa的压力下干压成型得到直径为15mm，高度为8mm的圆柱；
42.(7)、将步骤(6)得到的圆柱放在坩埚上，再将坩埚放入烧结炉内，以0.5℃/min的速度升温至680℃，保温4小时，排除pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1250℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。
43.实施例四
44.(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重，其中baco3纯度99.9％、caco3纯度99.9％、sio2纯度99.9％；
45.(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨柱、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比放置于氧化铝球磨罐中，球磨混合24小时，球磨转速350r/min，将得到的浆料烘干并过筛后得到粉料；
46.(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结温度下烧结6小时；
47.(4)、将步骤(3)得到的粉料、氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，球磨转速350r/min，后干燥并过120目筛网得到粉料；
48.(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料，其中pva的浓度为5％；
49.(6)、将步骤(5)得到的粉料通过干压成型在150mpa的压力下得到直径为15mm，高度为8mm的圆柱；
50.(7)、将步骤(6)得到的圆柱放在坩埚上，再将坩埚放入烧结炉内，以0.5℃/min的速度升温至680℃，保温4小时，排除pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1275℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。
51.实施例五
52.(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重，其中baco3纯度99.9％、caco3纯度99.9％、sio2纯度99.9％；
53.(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨柱、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比放置于氧化铝球磨罐中，球磨混合24小时，球磨转速350r/min，将得到的浆料烘干并过筛后得到粉料；
54.(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结温度下烧结6小时；
55.(4)、将步骤(3)得到的粉料、氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，球磨转速350r/min，后干燥并过120目筛网得到粉料；
56.(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料，其中pva的浓度为5％；
57.(6)、将步骤(5)得到的粉料在150mpa的压力下干压成型得到直径为15mm，高度为8mm的圆柱；
58.(7)、将步骤(6)得到的圆柱放在坩埚上，再将坩埚放入烧结炉内，以0.5℃/min的速度升温至680℃，保温4小时，排除pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1300℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。
59.不同烧结温度下得到的微波介质材料性能如表1所示：
60.实施例烧结温度(℃)εrq
×
f(ghz)τf(ppm/℃)112008.6138626-6.42
212258.8239179-7.81312508.9944542-6.51412758.8943563-7.24513008.8441920-7.42
61.表1
62.本发明通过使用成本较低的原材料为主料，在没有其他添加物的情况下，微波介质陶瓷材料具有低的介电常数、高的品质因数和近零的谐振频率温度系数，介电常数εr范围8.61～8.99，品质因数q
×
f值范围38626～44542ghz，谐振频率温度系数τf范围为-7.81～-6.42。
63.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种温度稳定型低介电常数微波介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将baco3、caco3以及sio2按照化学计量比baca2si3o9进行配料称重；(2)、把步骤(1)中称量好的原料、氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝7:3)按照1:4:1.6的质量比进行球磨混合24小时，将得到的浆料干燥并过筛后得到粉料；(3)、将步骤(2)得到粉料在氧气氛围下以1000℃烧结6小时；(4)、将步骤(3)得到的粉料与氧化铝球磨珠、无水乙醇和去离子水的混合液(其中无水乙醇：去离子水＝6:4)按照1:5:1.2的质量比进行球磨混合12小时，将得到的浆料干燥并过120目筛网得到粉料；(5)、将步骤(4)得到的粉料加入质量比10～15％的pva、质量比0.1％的柠檬酸进行造粒，混合均匀后先过80目筛网、后过120目筛网得到均匀的粉料；(6)、将步骤(5)得到的粉料在150mpa的压力下干压成型得到直径为15mm、高度为8mm的圆柱；(7)、将步骤(6)得到的圆柱进行烧结，以0.5℃/min的速度升温至680℃，保温4小时，排除掉pva，随后再以3℃/min速率升温至1050℃，再以5℃/min速率升温至1200～1300℃，保温4小时，随后以3℃/min降温至900℃，后随炉冷却至室温，得到成瓷的微波介质材料。2.一种温度稳定型低介电常数微波介质材料，其特征在于，按照如权利要求1所述的制备方法所制备。

技术总结
本发明涉及微波介质陶瓷材料技术领域，具体公开了一种温度稳定型低介电常数微波介质材料及其制备方法，方法包括：(1)、将BaCO3、CaCO3、SiO2按照化学计量比BaCa2Si3O9进行配料称重；(2)、将称量好的原料、无水乙醇和去离子水的混合液混合后进行球磨，将得到的浆料干燥并过筛后得到粉料；(3)、将步骤(2)得到粉料进行烧结；(4)、将步骤(3)得到的粉料、无水乙醇和去离子水的混合液混合后进行球磨，将得到的浆料干燥并过筛得到粉料；(5)、将步骤(4)得到的粉料加入PVA、柠檬酸后进行造粒，过筛后得到粉料；(6)、将步骤(5)得到的粉料干压得到圆柱；(7)、将步骤(6)得到的圆柱进行烧结，冷却后得到成瓷的微波介质材料。到成瓷的微波介质材料。到成瓷的微波介质材料。


技术研发人员：敖来远 杨俊 刘书文 韩玉成 陈传庆 尚勇 伍秦至
受保护的技术使用者：中国振华集团云科电子有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/14