低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷及其制備方法，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為10～13，品質因數(shù)Qf0為70000GHz～78000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-48ppm/℃～-57ppm/℃。制備方法包括以下步驟：（1）將La2O3與B2O3或者La2O3與H3BO3混合后經球磨、固液分離和干燥得復合粉體，復合粉體經預燒、球磨、烘干和過篩，得到LaBO3粉體；（2）對LaBO3粉體造粒得陶瓷粉末團聚體，壓制成坯體后經排膠和燒結，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷。本發(fā)明的微波介質陶瓷具有低介電常數(shù)、低介電損耗、且可中溫燒結，制備方法工藝簡單、成本低廉、且對環(huán)境友好。
【專利說明】低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制備領域，具體涉及一種低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷及其制備方法。
【背景技術】 [0002]目前，微波介質陶瓷材料正在為微波電路的小型化、集成化和高品質化作出重要貢獻。微波介質陶瓷材料在現(xiàn)代通信技術特別是移動通信【技術領域】中具有基礎性地位，對其持續(xù)不斷的研究開發(fā)已成為移動通信技術發(fā)展的重要推動力。但是，常見的微波介質陶瓷材料大多具有燒結溫度高的固有缺點，極大地限制了其在微波電路與器件中的應用，在現(xiàn)有研究中，將固有燒結溫度高的微波介質陶瓷材料用中溫或低溫燒結多是以犧牲材料性能為代價的。因此，研究具有低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷材料對其在移動通信領域的應用與發(fā)展具有重要作用。
[0003]鑭系微波介質陶瓷通常具有優(yōu)異的微波介質性能，比較典型的材料是LaAlO3和LaGaO3，此外，LaYbO3和LaLuO3等鑭系微波介質陶瓷也受到了一定的關注。這些鑭系陶瓷材料的介電常數(shù)一般小于30，而Qftl均大于10000GHz，介電損耗值較小，不足之處在于這些陶瓷材料的諧振頻率溫度系數(shù)都不為零，需要經過摻雜或者改性以調整其溫度系數(shù)，鑭系微波介質陶瓷材料的燒結溫度也比較高，例如LaAlO3的燒結溫度達到1600°C。LaBO3材料作為一類新型的鑭系微波介質陶瓷，其燒結溫度相對較低1300°C )，且具有良好的微波介電性能，另外，LaBO3陶瓷的組成元素之一硼(B)在地球中的儲量較大，相比于上述幾種鑭系陶瓷材料,成本較為低廉。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種具有低介電常數(shù)、低介電損耗、且可中溫燒結的微波介質陶瓷，還提供一種工藝簡單、成本低廉、對環(huán)境友好的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為一種低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，所述微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，所述微波介質陶瓷的介電常數(shù)為10~13，品質因數(shù)Qf。為70000GHz~78000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為_48ppm/°C~_57ppm/°C。
[0006]作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了一種低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將La2O3與B2O3或者La2O3與H3BO3按照LaBO3的化學計量比進行混合，所得混合物經球磨、固液分離和干燥得到復合粉體，將復合粉體升溫至700°C~1000°C預燒2h~8h，得到陶瓷粉體，對陶瓷粉體進行球磨、烘干和過篩，得到LaBO3粉體；
[0008](2)對LaBO3粉體進行造粒，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成坯體，然后將坯體在400°C~500°C下進行排膠，排膠后升溫至1275°C~1325°C下燒結4h~6h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷。[0009]上述的方法中，所述球磨優(yōu)選行星球磨,球磨時間優(yōu)選2h~8h,球磨介質優(yōu)選氧化鋯球和去離子水、或者氧化鋯球和異丙醇。 [0010]上述的方法中，所述過篩優(yōu)選過100目篩。
[0011]上述的方法中，步驟(2)所述造粒過程中所用粘接劑優(yōu)選聚乙烯醇溶液。
[0012]上述的方法中，步驟(2)中所述坯體的形狀優(yōu)選圓柱形，坯體的直徑優(yōu)選6mm~20mm,厚度優(yōu)選3mm~IOmm,采用粉末壓片機進行壓制，還體的成型壓力優(yōu)選60MPa~160MPa。
[0013]上述的方法中，所述La203、B203和H3BO3的純度優(yōu)選大于99.9%。
[0014]本發(fā)明的制備方法在造粒過程中，粘接劑的加入量不宜過多，應以粉體容易成型、脫模為準，加入過多的粘接劑會惡化材料的介電性能。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0016](I)本發(fā)明的微波介質陶瓷具有目前已知的鑭系三元化合物中最低的介電常數(shù)和最低的介電損耗、并且燒結溫度也相對較低，是一種新型的低介電常數(shù)和低介電損耗微波介質陶瓷。
[0017](2)本發(fā)明的微波介質陶瓷由兩種常見的氧化物復合而成，由于硼(B)在地球中的儲量較大，原料來源豐富、成本低廉，且制備工藝簡單、制備過程對環(huán)境無污染，具有廣闊的應用前景。
【具體實施方式】
[0018]以下結合具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0019]實施例1:
[0020]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為IL 3，品質因數(shù)Qftl為70150GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-57ppm/°C。
[0021]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0022](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，行星球磨4h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體；將復合粉體升溫至850°C預燒2h，升溫速率為5°C /min (一般優(yōu)選5°C /min~IO0C /min，下同)，得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對陶瓷粉體行星球磨4h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0023](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ8ι?πιΧ3.9mm的圓柱形還體,成型壓力為120MPa,將所得還體于400°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率(一般優(yōu)選5°C /min~10°C /min,下同)升溫至1300°C燒結4h,得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaB03。
[0024]對上述本實施例的方法所制備的微波介質陶瓷進行檢測，檢測方法如下:
[0025]1.樣品的直徑和厚度使用游標卡尺進行測量。
[0026]2.使用安捷倫(Agilent N5230C)網絡分析儀，采用開式腔平行板法測量上述本實施例制備的微波介質陶瓷的介電常數(shù)(ε J，然后將測試夾具放入電熱恒溫箱中，通過改變恒溫箱的溫度對樣品的諧振頻率溫度系數(shù)(τ f)進行測量，測試的溫度區(qū)間為20°C至80°C。
[0027]3.采用矢量網絡分析儀測量上述本實施例制備的微波介質陶瓷的介電損耗(以品質因數(shù)Qftl代表)。
[0028]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:介電常數(shù) ε r=ll.3，QfQ=70150GHz，諧振頻率溫度系數(shù) τ f=_57ppm/°C。
[0029]實施例2:
[0030]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為11.5，品質因數(shù)Qftl為72210GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-54ppm/°C。
[0031]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0032](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，行星球磨4h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體，將復合粉體升溫至900°C預燒4h，升溫速率為5°C /min，得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對陶瓷粉體行星球磨4h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0033](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成C>16mmX7.3mm的圓柱形還體,成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1325°C燒結4h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaBO30
[0034] 經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=ll.5，Qf0=72210GHz, τ f=_54ppm/。。。
[0035]實施例3:
[0036]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為11.3，品質因數(shù)Qftl為70940GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-55ppm/°C。
[0037]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0038](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨6h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體，將復合粉體升溫至850°C預燒2h，升溫速率為5°C /min,得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，球磨6h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0039](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ 16mmX8.2mm的圓柱形還體，成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1275°C燒結4h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaBO30
[0040]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:εr=ll.3，Qf0=70940GHz, τf=-55ppm/°C。
[0041]實施例4:
[0042]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為11.6，品質因數(shù)Qftl為76540GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為_49ppm/°C。
[0043]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0044](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨6h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體，將復合粉體升溫至850°C預燒4h，升溫速率為5°C /min，得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，球磨6h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0045](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成C>16mmX7.6mm的圓柱形還體,成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1300°C燒結6h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaBO30
[0046]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:εr=ll.6，Qf0=76540GHz, τf=-49ppm/°C。
[0047]實施例5:
[0048]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為11.5，品質因數(shù)Qftl為73210GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-56ppm/°C。
[0049]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0050](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨6h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體，將復合粉體升溫至900°C預燒2h，升溫速率為5°C /min,得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，球磨6h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0051](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ 16臟\81111]1的圓柱形還體,成型壓力為8010^,將所得還體于4501€下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1275°C燒結4h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaB03。
[0052]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=ll.5，Qf0=73210GHz, τ f=-56ppm/。。。
[0053]實施例6:
[0054]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為11.8，品質因數(shù)Qftl為74813GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-50ppm/°C。
[0055]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:、[0056](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，將所得混合物球磨6h后固液分離，經干燥后得到復合粉體，將復合粉體升溫至900°C預燒8h，升溫速率為5°C /min，得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，球磨6h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0057](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成C>12mmX6.1mm的圓柱形還體,成型壓力為IOOMPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1300°C燒結6h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaBO30
[0058]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=ll.8, Qf0=74813GHz, τ f=-50ppm/°C。
[0059]實施例7:
[0060]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，介電常數(shù)為11.6，品質因數(shù)Qftl為75210GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-52ppm/°C。
[0061]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0062](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨8h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體，將復合粉體升溫至850°C預燒4h，升溫速率為5°C /min，得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，球磨8h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0063](2)將LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成C>16mmX7.7mm的圓柱形還體,成型壓力為120MPa,將所得還體于500°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1275°C燒結4h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaBO30
[0064]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=ll.6，Qf0=75210GHz, τ f=-52ppm/°C ?
[0065]實施例8:
[0066]一種本發(fā)明的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由LaBOdi成，該微波介質陶瓷的介電常數(shù)為11.7，品質因數(shù)QftlS 77560GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為 _48ppm/°C。
[0067]一種上述本實施例的低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0068](I)首先將純度大于99.9%的20g La2O3與4.27g B2O3混合并置于球磨罐中，然后向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨8h后進行固液分離和干燥，得到混合均勻的復合粉體，將復合粉體升溫至900°C預燒6h，升溫速率為5°C /min，得到陶瓷粉體，將陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，球磨8h后經烘干、研磨、過100目篩，得到LaBO3粉體；
[0069](2)對LaBO3粉體進行造粒，以質量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ20ι?πιΧ9.6mm的圓柱形還體，成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后以5°C /min的升溫速率升溫至1300°C燒結6h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷LaBO30
[0070]經檢測可知，上述本實施例方法制備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:εr=ll.7，Qf0=77560GHz, τf=-48ppm/°C。
[0071 ] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應該指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷，其特征在于，所述微波介質陶瓷的化學式為LaBO3，所述微波介質陶瓷的介電常數(shù)為10~13，品質因數(shù)Qftl為70000GHz~78000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-48ppm/°C~-57ppm/°C。
2.一種低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟: (1)將La2O3與B2O3或者La2O3與H3BO3按照LaBO3的化學計量比進行混合，所得混合物經球磨、固液分離和干燥得到復合粉體，將復合粉體升溫至700°C~1000°C預燒2h~8h，得到陶瓷粉體，對陶瓷粉體進行球磨、烘干和過篩，得到LaBO3粉體； (2)對LaBO3粉體進行造粒，得到陶瓷粉末團聚體，將陶瓷粉末團聚體壓制成坯體，然后將坯體在400°C~500°C下進行排膠，排膠后升溫至1275°C~1325°C下燒結4h~6h，得到低損耗低介電常數(shù)的微波介質陶瓷。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述球磨為行星球磨，球磨時間為2h~8h，球磨介質為氧化鋯球和去離子水、或者氧化鋯球和異丙醇。
4.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述過篩為過100目篩。
5.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述造粒過程中所用粘接劑為聚乙烯醇溶液。
6.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述坯體的形狀為圓柱形，還體的直徑為6mm~20mm,厚度為3mm~IOmm,還體的成型壓力為60MPa~160MPa。
7.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述La203、B2O3和H3BO3的純度均大于 99.9%ο.
【文檔編號】C04B35/622GK103467098SQ201310384657
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】張為軍, 劉卓峰, 陳興宇, 白書欣, 堵永國 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學