[发明专利]一种钛酸镁掺杂氧化铝微波介质陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸镁掺杂氧化铝陶瓷，是一种环境友好的低介电损耗微波介质材料，可用于微波通讯、电真空等领域。

背景技术

氧化铝陶瓷是一种重要的介质材料，不仅电绝缘性能好、介电损耗低、导热率高、耐高温和化学腐蚀，且价格低廉，工艺成熟，因此在电子、通信、电真空等领域应用广泛。但是，由于信息技术的高速发展，对介质材料的要求越来越高，氧化铝陶瓷的不足日益明显，其中最突出的就是介电损耗偏大，Q×f值偏低。为了减小氧化铝陶瓷的介电损耗，提高其Q×f值，最常见和有效的方法就是掺杂。比如，N.M.Alord等人通过在氧化铝陶瓷材料中添加0.5wt%氧化钛，使介电损耗大幅下降，Q×f值升至452790GHz。C.L.Huang等人采用高纯的纳米氧化铝粉体为原料并添加0.5wt%氧化钛，将Q×f值进一步提高至680000GHz（14GHz下）。在国内，张巨先通过在氧化铝陶瓷中掺入少量氧化镁，并利用二次烧结工艺，所获得材料Q×f值达950000GHz，达到蓝宝石的水平。不过，氧化镁、氧化钛掺杂虽然常见，但有一个缺点，就是镁离子（+2价）、钛离子（+4价）与铝离子（+3价）价态不同，当氧化镁或氧化钛掺杂固溶到氧化铝晶格中时，容易形成空位缺陷，导致介电损耗增加，性能不稳定。

发明内容

本发明目的在于提供一种钛酸镁掺杂氧化铝微波介质陶瓷，这种氧化铝微波介质陶瓷具有介电损耗较低的特点，同时掺杂物固溶过程中不容易产生空位缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：以高纯氧化铝（Al₂O₃）粉体（>99.95%）作为原料，以钛酸镁（MgTiO₃）作为掺杂物，湿法球磨混合后，再经干燥、研磨、过筛得到混合粉料。将所得粉料干压成型后，置于电炉中，升温至预定温度保温一定的时间, 冷却后就得到致密的钛酸镁掺杂氧化铝陶瓷样品。

上述技术方案的配方为：每100克氧化铝粉体原料中钛酸镁的掺杂量为0.2~0.4克。

上述技术方案的混合工艺参数为：球磨时间为24小时，球磨介质为去离子水和氧化锆球，料：水：球=1:2:3，球磨机转速为30-50转/分。

上述技术方案的干燥工艺参数为：干燥温度为100-150℃。

上述技术方案中的成型和烧结的工艺参数为：成型的压力为50~150MPa，烧结温度为1580-1620℃，保温时间为3-5小时, 升温速度为每分钟2-5度，烧结完成后自然冷却，即可得到致密的钛酸镁掺杂氧化铝陶瓷样品。

按上述方式制备的氧化铝陶瓷具有优良的微波介电性能。用Hakii- Coleman介质柱谐振法测量，其介电常数为9.99-10.05，Q × f值可达1878900-199550GHz（其中，当钛酸镁的掺杂量为0.3wt%时，最后所得的氧化铝陶瓷的Q × f值达到最高为199550GHz）。

和氧化镁或氧化钛等掺杂相比，钛酸镁掺杂时是一个+2价的镁离子和一个+4价的钛离子同时固溶入氧化铝晶格中，其平均价态是+3价，与铝离子价态相同，因此不容易形成空位缺陷，避免出现介电损耗增加和性能不稳定等问题。本发明工艺路线简单，生产流程短，设备要求较低，适合规模化生产。

附图说明

图1 是钛酸镁掺杂氧化铝陶瓷的Q × f 值随钛酸镁掺杂量的变化曲线。从图1可以看到，当每百克氧化铝量中钛酸镁掺杂量为的0.2-0.4克时，所得氧化铝陶瓷的Q × f值比较高，而当钛酸镁掺杂量过低或过高时，Q × f 值都会明显下降。

下面结合图1和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1：一种钛酸镁掺杂氧化铝陶瓷，它是通过以下方法制备而成的：称取高纯氧化铝粉体（>99.95%）100克和钛酸镁粉体0.1克作为原料，将二者加入球磨罐中，加去离子水和氧化锆磨球进行湿法球磨混合（料：水：球=1:2:3），球磨时间为24小时，球磨机转速为40转/分。之后将水抽滤掉，将混合料在120℃的烘箱中干燥、过筛，得到均匀的混合粉料。在混合粉料中加入适量粘结剂，在100MPa的压强下将粉末干压成直径约16mm、高度约12mm的柱状样品，置于硅钼棒电炉中1600℃下保温4小时。