一種高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微波材料領域，具體涉及一種高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著移動通信的發(fā)展，微波元器件的小型化、集成化、高頻率化和低成本化已成為發(fā)展趨勢。微波介質陶瓷材料由于具有較高的介電常數、低介電損耗和穩(wěn)定的諧振頻率溫度系數而成為微波元器件發(fā)展的關鍵材料之一。理論及實驗均證明，以微波介質陶瓷制作的各種微波器件，如介質諧振器、濾波器及微波介質天線等廣泛應用于微波技術的各個領域。
[0003]介質諧振器通常具有無載品質因數高、頻率溫度系數小且可調、體積不大等特點，因而受到越來越廣泛的應用。相應的微波介質陶瓷材料必須同時具有(I)較高的介電常數(30-60)、( 2)高的品質因數(Qf 2 40000GHz ),(3)近零可調的諧振頻率溫度系數。
[0004]雖然介質的介電常數越高，諧振器和濾波器的尺寸可以越小。但是這種情況下介質的介電常數過大，介質諧振器中電磁場集中于介質內，導致諧振器的耦合太弱而使濾波器的帶寬變小。而且介質材料的Qf值與介電常數成反比，通常介電常數大于60且諧振頻率溫度系數近零的介質材料其Qf值不超過30000GHz。
[0005]目前現代通信行業(yè)的發(fā)展趨勢對介質材料提出的要求是在滿足介電常數較大與諧振頻率溫度系數近零可調的同時，要盡可能的提高&值，同時要降低成本，提高產品性能的穩(wěn)定性和重復性。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法，制備工藝簡單，制備所得的材料穩(wěn)定性好，具有優(yōu)良的耐候性，介電常數大，Qf值高，諧振頻率溫度系數近零可調，成本低，且易于大批量生產。
[0007]為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:
[0008]—種高性能微波介質陶瓷材料，由以下重量份的原料制備而成:
[0009]ZrO2 20-30份、BaCO3 25-35份、Nb2O5 1-3份、無機納米粒子30-35份、導熱填料 10-20份、紅外反射二氧化鈦0.5-5.5份、光穩(wěn)定劑0.2-1.0份、金屬納米級添加劑1-5份、耐化學品改性劑0.5-5份、其他助劑0.5-2.0份；
[0010]所述耐化學品改性劑為含氟類添加劑，分子量為1000-10000，可以為液體或固體形態(tài)存在。
[0011 ]優(yōu)選地，所述無機納米粒子為納米二氧化娃。
[0012]優(yōu)選地，所述含氟類添加劑為含有全氟烷基的丙烯酸系添加劑。
[0013]優(yōu)選地，所述導熱填料由為氧化鎂、氧化鋅、氫氧化鋁、氮化硼按質量比1:2:3:1混合所得，所述導熱填料的粒徑在0.5um-2.0um，純度大于96%。
[0014]優(yōu)選地，所述光穩(wěn)定劑為水楊酸酯、苯并三唑類的UV吸收劑、受阻胺類自由基捕捉劑中的一種或兩種混合物。
[0015]優(yōu)選地，所述金屬納米級添加劑Zn、Zr、Mn、Mg、Ni或Co中的一種或多種；其中Zn為1.5-2.5wt/%，Zr為0-2.5wt/%，Mn為0_2wt/%，Mg為0-1.5wt/%，Ni為O-lwt/%，Co為0-
1.5wt/% o
[0016]優(yōu)選地，其他助劑選偶聯劑、抗氧劑、阻燃劑和潤滑劑中的至少兩種的混合物。
[0017]為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種高性能微波介質陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟:
[0018]S1、按上述一種高性能微波介質陶瓷材料的配方分別稱取各組分；
[0019]S2、將SI步驟中稱取的ZrO2、BaCO3、Nb2O5、在球磨機中球磨成料漿；
[0020]S3、將無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液與步驟SI所得的料漿混合后，在120°C下烘干，得混合物A;;
[0021]S3、將步驟S2得到的混合物與稱取的導熱填料、紅外反射二氧化鈦、光穩(wěn)定劑、耐化學品改性劑和其他助劑，置于高速攪拌機中攪拌5-30min后，出料得到混合物B;;
[0022]S4、將所得的混合物B過30-40目篩，并在1100_1300°C下煅燒3_5小時后冷卻得到陶瓷粉體；
[0023]S5、將所得陶瓷粉體中加入金屬納米級添加劑再倒入球磨機中，加入水和鋯球，球磨成料漿后，100-120°C噴霧干燥后，過80-250目過篩，添加聚乙烯醇溶液后經過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的溫度為180-220°C，嚴格真空度大于0.09Mpa，螺桿轉速為180-200轉/分；
[0024]S6、將造粒后的粉料裝入模具在110_120MPa的壓力下干壓成型；然后將成型后的陶瓷生坯除去粘結劑，最后以5-10°C/min的升溫速率在1400-1550°C下燒結2-12小時后，隨爐冷卻得到燒結好的高性能微波介質陶瓷材料。
[0025]優(yōu)選地，去除粘結劑是800-1000°C下以升溫速率為5-10°C/min加熱2小時去除。
[0026]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]制備工藝簡單，制備所得的材料穩(wěn)定性好，具有優(yōu)良的耐候性，介電常數大，Qf值高，諧振頻率溫度系數近零可調，成本低，且易于大批量生產，所得材料可作為微波移動通訊用濾波器、諧振器、振蕩器和電容器等電子元器件的關鍵核心材料，廣泛應用于衛(wèi)星通信、移動通信、全球衛(wèi)星定位系統、藍牙技術以及無線局域網等現代通信行業(yè)，具有重要的工業(yè)應用價值。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合具體實施例進行詳細描述。
[0029]以下實施例中所使用的導熱填料由為氧化鎂、氧化鋅、氫氧化鋁、氮化硼按質量比1:2:3:1混合所得，所述導熱填料的粒徑在0.5um-2.0um，純度大于96 %。所使用的光穩(wěn)定劑為水楊酸酯、苯并三唑類的UV吸收劑、受阻胺類自由基捕捉劑中的一種或兩種混合物。所使用的金屬納米級添加劑Zn、Zr、Mn、Mg、Ni或Co中的一種或多種;其中Zn為1.5-2.5wt/% ,Zr為 0-2.5wt/%，Mn 為 0-2wt/%，Mg 為 0-1.5wt/%，Ni 為 0-lwt/%，Co 為 0-1.5wt/%。所使用的其他助劑選偶聯劑、抗氧劑、阻燃劑和潤滑劑中的至少兩種的混合物。
[0030]實施例1
[0031]S1、稱取ZrO2 20份、BaCO3 25份、Nb2O5 I份、納米二氧化硅30份、導熱填料10份、紅外反射二氧化鈦0.5份、光穩(wěn)定劑0.2份、金屬納米級添加劑I份、全氟烷基的丙烯酸系添加劑0.5份、其他助劑0.5份；
[0032 ] S2、將SI步驟中稱取的ZrO2、BaCO3、Nb2O5、在球磨機中球磨成料漿；
[0033]S3、將無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液與步驟SI所得的料漿混合后，在120°C下烘干，得混合物A;;
[0034]S3、將步驟S2得到的混合物與稱取的導熱填料、紅外反射二氧化鈦、光穩(wěn)定劑、耐化學品改性劑和其他助劑，置于高速攪拌機中攪拌5min后，出料得到混合物B;;
[0035]S4、將所得的混合物B過30目篩，并在1100°C下煅燒3小時后冷卻得到陶瓷粉體；
[0036]S5、將所得陶瓷粉體中加入金屬納米級添加劑再倒入球磨機中，加入水和鋯球，球磨成料漿后，100°C噴霧干燥后，過80目過篩，添加聚乙烯醇溶液后經過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的溫度為180°C，嚴格真空度大于0.09Mpa，螺桿轉速為180轉/分；
[0037]S6、將造粒后的粉料裝入模具在IlOMPa的壓力下干壓成型；然后將成型后的陶瓷生坯除去粘結劑，最后以5°C/min的升溫速率在1400 °C下燒結12小時后，隨爐冷卻得到燒結好的高性能微波介質陶瓷材料。
[0038]實施例2
[0039]S1、稱取ZrO2 30份、BaCO3 35份、Nb2O5 3份、納米二氧化硅35份、導熱填料20份、紅外反射二氧化鈦5.5份、光穩(wěn)定劑1.0份、金屬納米級添加劑5份、全氟燒基的丙稀酸系添加劑5份、其他助劑2.0份；
[0040 ] S2、將SI步驟中稱取的ZrO2、BaCO3、Nb2O5、在球磨機中球磨成料漿；
[0041]S3、將無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液與步驟SI所得的料漿混合后，在120°C下烘干，得混合物A;;
[0042]S3、將步驟S2得到的混合物與稱取的導熱填料、紅外反射二氧化鈦、光穩(wěn)定劑、耐化學品改性劑和其他助劑，置于高速攪拌機中攪拌30min后，出料得到混合物B;;
[0043]S4、將所得的混合物B過40目篩，并在1300°C下煅燒5小時后冷卻得到陶瓷粉體；
[0044]S5、將所得陶瓷粉體中加入金屬納米級添加劑再倒入球磨機中，加入水和鋯球，球磨成料漿后，120°C噴霧干燥后，過250目過篩，添加聚乙烯醇溶液后經過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的溫度為2200C，嚴格真空度大于0.09Mpa，螺桿轉速為200轉/分；
[0045]S6、將造粒后的粉料裝入模具在120MPa的壓力下干壓成型；然后將成型后的陶瓷生坯除去粘結劑，最后以10°C/min的升溫速率在1550 °C下燒結2小時后，隨爐冷卻得到燒結好的高性能微波介質陶瓷材料。
[0046]實施例3
[0047]S1、稱取ZrO2 25份、BaCO3 30份、Nb2O5 2份、納米二氧化硅32.5份、導熱填料15份、紅外反射二氧化鈦6份、光穩(wěn)定劑0.6份、金屬納米級添加劑3份、全氟烷基的丙烯酸系添加劑2.75份、其他助劑1.25份；
[0048]S2、將SI步驟中稱取的ZrO2、BaCO3、Nb2O5、在球磨機中球磨成料漿；
[0049]S3、將無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液與步驟SI所得的料漿混合后，在120°C下烘干，得混合物A;;
[0050]S3、將步驟S2得到的混合物與稱取的導熱填料、紅外反射二氧化鈦、光穩(wěn)定劑、耐化學品改性劑和其他助劑，置于高速攪拌機中攪拌17.5min后，出料得到混合物B;;
[0051 ] S4、將所得的混合物B過35目篩，并在1200°C下煅燒4小時后冷卻得到陶瓷粉體；
[0052]S5、將所得陶瓷粉體中加入金屬納米級添加劑再倒入球磨機中，加入水和鋯球，球磨成料漿后，IlOtC噴霧干燥后，過165目過篩，添加聚乙烯醇溶液后經過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的溫度為200°C，嚴格真空度大于0.09Mpa，螺桿轉速為190轉/分；
[0053]S6、將造粒后的粉料裝入模具在115MPa的壓力下干壓成型；然后將成型后的陶瓷生坯除去粘結劑，最后以7.5 °C /miη的升溫速率在1475 °C下燒結7小時后，隨爐冷卻得到燒結好的高性能微波介質陶瓷材料。
[0054]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份的原料制備而成: Zr0220-30份、BaC0325-35份、Nb205l-3份、無機納米粒子30-35份、導熱填料10-20份、紅外反射二氧化鈦0.5-5.5份、光穩(wěn)定劑0.2-1.0份、金屬納米級添加劑1-5份、耐化學品改性劑0.5-5份、其他助劑0.5-2.0份； 所述耐化學品改性劑為含氟類添加劑，分子量為1000-10000，可以為液體或固體形態(tài)存在。2.根據權利要求1所述的一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，所述無機納米粒子為納米二氧化硅。3.根據權利要求1所述的一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，所述含氟類添加劑為含有全氟烷基的丙烯酸系添加劑。4.根據權利要求1所述的一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，所述導熱填料由為氧化鎂、氧化鋅、氫氧化鋁、氮化硼按質量比1:2:3:1混合所得，所述導熱填料的粒徑在0.5um_2.0um，純度大于96 %。5.根據權利要求1所述的一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，所述光穩(wěn)定劑為水楊酸酯、苯并三唑類的UV吸收劑、受阻胺類自由基捕捉劑中的一種或兩種混合物。6.根據權利要求1所述的一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，所述金屬納米級添加劑211、2匕]?11、]/%、附或(:0中的一種或多種;其中211為1.5-2.5￥^/%，21為0-2.5￥^/%，]/111為0_2wt/%，Mg為0-1.5wt/%，Ni為0-lwt/%，Co為0-1.5wt/%。7.根據權利要求1所述的一種高性能微波介質陶瓷材料，其特征在于，其他助劑選偶聯劑、抗氧劑、阻燃劑和潤滑劑中的至少兩種的混合物。8.一種高性能微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、按照權利要求1-7所述一種高性能微波介質陶瓷材料的配方分別稱取各組分； 52、將SI步驟中稱取的ZrO2、BaCO3、Nb2O5、在球磨機中球磨成料漿； 53、將無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液與步驟SI所得的料漿混合后，在120°C下烘干，得混合物A;; 53、將步驟S2得到的混合物與稱取的導熱填料、紅外反射二氧化鈦、光穩(wěn)定劑、耐化學品改性劑和其他助劑，置于高速攪拌機中攪拌5_30min后，出料得到混合物B;; 54、將所得的混合物B過30-40目篩，并在1100-1300°C下煅燒3-5小時后冷卻得到陶瓷粉體； 55、將所得陶瓷粉體中加入金屬納米級添加劑再倒入球磨機中，加入水和鋯球，球磨成料漿后，100-120°C噴霧干燥后，過80-250目過篩，添加聚乙烯醇溶液后經過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的溫度為180-220°C，嚴格真空度大于0.09Mpa，螺桿轉速為180-200轉/分； 56、將造粒后的粉料裝入模具在110-120MPa的壓力下干壓成型；然后將成型后的陶瓷生坯除去粘結劑，最后以5-10°C/min的升溫速率在1400-1550 °C下燒結2-12小時后，隨爐冷卻得到燒結好的高性能微波介質陶瓷材料。9.根據權利要求8所述的一種高性能微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于，去除粘結劑是800-1000°C下以升溫速率為5-10°C/min加熱2小時去除。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法，該陶瓷材料由以下重量份的原料制備而成：ZrO2 20?30份、BaCO3 25?35份、Nb2O5 1?3份、無機納米粒子30?35份、導熱填料10?20份、紅外反射二氧化鈦0.5?5.5份、光穩(wěn)定劑0.2?1.0份、金屬納米級添加劑1?5份、耐化學品改性劑0.5?5份、其他助劑0.5?2.0份；所述耐化學品改性劑為含氟類添加劑，分子量為1000?10000，可以為液體或固體形態(tài)存在。本發(fā)明制備工藝簡單，制備所得的材料穩(wěn)定性好，具有優(yōu)良的耐候性，介電常數大，Qf值高，諧振頻率溫度系數近零可調，成本低，且易于大批量生產。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/14
【公開號】CN105712711
【申請?zhí)枴緾N201610039081
【發(fā)明人】龍梅, 苗峰
【申請人】西南民族大學