[发明专利]一种低介电常数的微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低介电常数的微波介质陶瓷及其制备方法，尤其是涉及一种向以氧化物为基础的陶瓷化合物中金属氧化物的低介电常数的微波介质陶瓷及其制备方法，属于微波介质陶瓷材料制造技术领域。

背景技术

近年来，随着移动通讯和卫星通讯技术的迅速发展，作为关键基础材料的微波介质陶瓷（MWDC）的研究工作逐渐受到人们的重视。微波介质陶瓷是指在微波频段电路中作为介质材料，完成一种或多种功能的陶瓷。微波介质陶瓷制作的元器件具有体积小、质量轻、性能稳定、价格便宜等优点。其中，MgO-CaO-TiO₂陶瓷是一种重要的微波介质材料，它不仅具有介电损耗低、频率温度系数小等特点，而且原料丰富，成本低廉。但是，此材料烧结温度高达1400℃，且烧结范围窄，因此，降低体系的烧结温度，拓宽其烧成范围是广大科学工作者普遍关注的问题。

实现低温烧结，常用的方法是加入低熔点氧化物和玻璃作为烧结助剂。如Cheng-Liang Huang等添加B₂O₃，在低温下获得了高Q值的MgTiO₃-CaTiO₃陶瓷。童建喜等在MgTiO₃-CaTiO₃陶瓷中掺杂Li₂O-B₂O₃-SiO₂玻璃，有效地降低了体系的烧结温度。孙慧萍等在CaO-B₂O₃-SiO₂系介质陶瓷中，通过添加ZnO和Na₂O，在较低温度下获得了性能良好的基板材料。王媛玉等通过调节(K_0.5Na_0.5)_1+xNbO₃无铅压电陶瓷中Na₂O、K₂O含量，解决了其烧结致密性差的问题，但复合添加Na₂O和K₂O，及改变两者的比例对MgTiO₃基陶瓷致密性和介电性能的研究还未见报道。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种烧结温度低、品质高、同时能够有效保持频率温度系数接近于0的低介电常数的微波介质陶瓷及其制备方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种低介电常数的微波介质陶瓷，其特征在于，所述的低介电常数的微波介质陶瓷包括MgO、CaO、TiO2、烧结助剂ZnO和碱金属氧化物A，且所述的MgO、CaO、TiO2、烧结助剂ZnO和碱金属氧化物A按照重量百分比具有如下化学表达式为：xMgO-yCaO-zTiO2+pZnO+mA，其中，x、y、z、p、m为微波介质陶瓷中各组分在微波介质陶瓷中的重量百分比，且x=30～45wt%，y=1～4wt%z=50～65wt%，p=3wt%，m=1.2wt%。

进一步，所述的碱金属氧化物A为Na₂O和K₂O的组合物，且所述的Na₂O和K₂O的质量比值在1.5～2.5。

一种低介电常数的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）备料：以纯度99%的CaCO₃、MgCO₃、TiO₂为起始原料，然后按化学表达式xMgO-yCaO-zTiO₂的重量百分比准备起始原料，其中，所述的x=30～45wt%，y=1～4wt%z=50～65wt%；

（2）球磨：将步骤（1）所述的起始原料与蒸馏水混合后，加入球磨机中以锆球为介质进行球磨，然后经烘干制备得到混合粉料；

（3）预烧：将步骤（2）制备的混合粉料在1050～1150℃的温度条件下预烧，保温1～3h后加入烧结助剂ZnO，然后，再加入碱金属氧化物，所述的烧结助剂ZnO和碱金属氧化物的加入量满足如下化学表达式，xMgO-yCaO-zTiO2+pZnO+mA，其中，所述的p=3wt%，m=1.2wt%；

（4）二次球磨制备低介电常数的微波介质陶瓷：将步骤（3）得到的混合粉料中加入重量百分比为混合粉料5～7%的粘结剂造粒，并在80～100MPa的条件下压成Ф10～13mm的圆片，并在1280℃空气中烧结，保温1～3h后得到低介电常数的微波介质陶瓷。