專利名稱：Li_2+xZnTi₃O_8+0.5x非化學計量比微波介質陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領域，涉及一種非化學計量比微波介質陶瓷材料及 其制備方法。
背景技術：
微波一般是指頻率介于300MHz 3000GHz，波長介于0. Imm Im的電磁波。在整 個電磁波頻譜中，微波處于超短波與紅外波之間。與普通的無線電波相比，微波的頻率高， 可用頻段寬，信息量大，可以實現(xiàn)多路通信；微波的波段短，可以用較小的尺寸作出增益高， 方向性強的天線，有利于微波信號的接收；微波的外來干擾小，通信質量高；微波能穿透高 空的電離層，適用于宇宙通信和衛(wèi)星通信等。鑒于這些優(yōu)點，微波技術在通信領域有著廣泛 的應用前景，微波介質陶瓷主要用于制作諧振器、濾波器、介質天線、介質導波回路等微波 元器件，可用于移動通訊、衛(wèi)星通訊和軍用雷達等方面。從材料角度而言，實現(xiàn)小型化、微型化的基礎在于提高陶瓷材料的性能。由于微波 介質諧振器的尺寸與所用材料的介電常數(shù)er的平方根成反比，er越大越有利于器件的 小型化。在追求高介電常數(shù)ει*的同時，還要保證材料兼有較低介電損耗tg δ和較高熱穩(wěn) 定性(諧振頻率的溫度系數(shù)Tf盡可能接近零)。國際上從20世紀30年代末就有人嘗試 將電介質材料應用于微波技術，60年代已制備出TiO2微波介質濾波器，但其諧振頻率的溫 度系數(shù)Tf太大而無法實用化。70年代開始研究中、低介電常數(shù)的BaO-TiO2系、(Zr，Sn) TiO4 材料、復合鈣鈦礦系 Ba (X，Y) O3 (X = Mg，Zn ；Y = Nb，Ta)。80 年代以來 Kolar、Kato 等 人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO-Ln2O3-TiO2系列(Ln = La, Sm, Nd, Pr等，簡稱 BLT系)、復合鈣鈦礦結構CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列、鉛基系列材料、Ca1^xLn2x73TiO3系等高 、微波介質陶瓷。近年來，含Li的微波介質陶瓷材料由于具有較低的燒結溫度，引起了國內(nèi)外研究 者們的廣泛關注及研究。目前研究較多的含Li微波介質陶瓷材料主要有CaO Li2O Nb2O5 TiO2以及Li2O Nb2O5 TiO2系。這些材料在燒結過程中，由于其固有燒結溫度本身就較低，因 此可以大幅度降低能源和成本。在前期的研究中我們發(fā)現(xiàn)，Li2ZnTi3O8尖晶石陶瓷不僅具有 優(yōu)異的微波介電性能ε r = 26. 2，QXf = 62000GHz, τ f = -15ppm/°C，同時還具有低的密 度和燒結溫度，但是對于微波諧振器等微波器件而言，其諧振頻率溫度系數(shù)還是偏大，因此 需要調(diào)節(jié)其諧振頻率溫度系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上不足提供一種具有低損耗、高介電常數(shù)，并且可在 1100°C下燒結的Li2+xZnTi308+a5x非化學計量比微波介質陶瓷材料及其制備方法。Li2+xZnTi308+0.5x非化學計量比微波介質陶瓷材料化學通式為Li2+xZnTi308+(l. 5x，其 中-0.2 ≤ χ ≤0. 2。
所述的Li2+xZnTi308+a5x非化學計量比微波介質陶瓷材料的制備方法具體步驟為1)將純度彡99%的Li2C03、ZnO和TiO2按化學式Li2+xZnTi308+(1.5x配制成粉體，其 中-0· 2 ^ χ ^ 0. 2 ；2)將配制好的粉體混合均勻，按照粉體與分析純酒精的重量比為1 1向粉體中 加入分析純酒精，采用濕磨法混合4 8小時，取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩 網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至 850°C 950°C并在此溫度下保溫2 6h，制成燒塊；3)將燒塊粉碎，按照粉體與分析純酒精的重量比為1 1加入分析純酒精，放 入尼龍罐中球磨4 8小時，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成小圓片，在 500°C 600°C條件下排膠4-6小時，隨爐冷卻，然后在1000°C 1075°C下燒結2 4小時。本發(fā)明制備的微波介質陶瓷，其燒結溫度低(約iioo°c )，微波性能優(yōu)異介電常 數(shù)(ε》大，QXf值高以及Tf近零；可用于諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
具體實施例方式實施例1 1)首先將 Li2CO3、ZnO 和 TiO2 按按化學式 LiL8ZnTi307.9 配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在120°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在120°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于500°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1075°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為er = 28. LQXf = 55100GHz, τ f = 59. 9ppm,C。實施例2:1)首先將 Li2CO3、ZnO 和 TiO2 按按化學式 LiL9ZnTi307.95 配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在120°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在120°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于500°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1050°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為er = 27.2,QXf = 58600GHz, τ f = 7. 18ppm,C。實施例3 1)首先將Li2C03、ZnO和TiO2按按化學式Li^ZnTiAi配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在130°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并
4在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于550°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1025°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 26. 6，QX f = 65200GHz, τ f = -4. 36ppm,C。實施例4 1)首先將 Li2C03、ZnO 和 TiO2 按按化學式 1^.97521111307.9875 配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在130°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于550°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1025°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 26. 3，QX f = 65300GHz, τ f = -15. 2ppm,C。實施例5 1)首先將 Li2C03、ZnO 和 TiO2 按按化學式 Li2.Q25ZnTi308.Q125 配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在135°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在135°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于550°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1025°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為er = 26. l,QXf = 51500GHz, τ f =-14. lppm,C。實施例6 1)首先將 Li2C03、ZnO 和 TiO2 按按化學式 Li2.Q5ZnTi308.Q25 配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在135°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至900°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在135°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于550°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1000°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為er = 25.8,QXf = 48100GHz, τ f =-11. 9ppm,C。實施例7 1)首先將 Li2CO3、ZnO 和 TiO2 按按化學式 Li2. ZnTi3O8.05 配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過
5篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至950°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于600°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1000°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 25. 4，QX f = 44100GHz, τ f = -15. 2ppm,C。實施例8 1)首先將 Li2C03、ZnO 和 TiO2 按按化學式 Li2.2ZnTi308.配制；2)將配制好的主粉體混合均勻，按照主粉體與分析純酒精的質量比為1 1向主 粉體中加入分析純酒精，采用濕磨法混合4小時，磨細后在140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過 篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至950°C并 在此溫度下保溫4h，制成燒塊；3)將上述制成的燒塊粉碎，按照粉料與分析純酒精的質量比為1 1向粉料中加 入分析純酒精，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制 成小圓片，于600°C排膠4h，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1000°C下燒結2h即可得到微 波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 25. 2，QX f = 38500GHz, τ f = -15. 2ppm,C。需要指出的是，按照本發(fā)明的技術方案，上述實施例還可以舉出許多，根據(jù)申請人 大量的實驗結果證明，在本發(fā)明的權利要求書所提出的范圍，均可以達到本發(fā)明的目的。
權利要求
一種微波介質陶瓷材料，其特征在于化學通式為Li2+xZnTi3O8+0.5x，其中 0.2≤x≤0.2。
2.根據(jù)權利要求1所述的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于具體步驟為1)將純度彡99%的Li2CO3、ZnO和TiO2按化學式Li2+xZnTi308+(1.5x配制成粉體，其 中-0· 2 ^ χ ^ 0. 2 ；2)將配制好的粉體混合均勻，按照粉體與分析純酒精的重量比為1 1向粉體中加 入分析純酒精，采用濕磨法混合4 8小時，取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩 網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至 850°C 950°C并在此溫度下保溫2 6h，制成燒塊；3)將燒塊粉碎，按照粉體與分析純酒精的重量比為1 1加入分析純酒精，放入尼龍 罐中球磨4 8小時，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成小圓片，在500°C 600°C條件下排膠4-6小時，隨爐冷卻，然后在1000°C 1075°C下燒結2 4小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Li2+xZnTi3O8+0.5x非化學計量比微波介質陶瓷材料及其制備方法。該材料以純度≥99％的Li2CO3、ZnO和TiO2為主要原料，按化學式Li2+xZnTi3O8+0.5x配置，其中-0.2≤x≤0.2。采用固相法制備陶瓷，通過Li離子非化學計量比來調(diào)節(jié)其諧振頻率溫度系數(shù)，從而獲得介電常數(shù)與Q×f高，諧振頻率溫度系數(shù)近零的新型微波介質材料。本發(fā)明制備的微波介質陶瓷，其燒結溫度低(約1100℃)，微波性能優(yōu)異介電常數(shù)(εr)大，Q×f值高以及τf??；可用于諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
文檔編號C04B35/49GK101913864SQ201010253389
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權日2010年8月13日
發(fā)明者周煥福, 方亮, 褚冬進, 陳秀麗 申請人:桂林理工大學