本發(fā)明屬于微波介質(zhì)陶瓷材料，具體涉及一種高q值硼酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料、制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當今高速發(fā)展的無線通訊領(lǐng)域，科技的突飛猛進，使信號傳送的速率與效率都不斷被刷新。隨著通信系統(tǒng)對高速、高穩(wěn)定度的要求日益增長，作為核心器件的微波介電陶瓷的研究與應(yīng)用正受到越來越多的重視。這類材料具有低介電常數(shù)、高q值及溫變系數(shù)等優(yōu)異的介電特性，有望實現(xiàn)快速穩(wěn)定的信號傳輸，為5g及6g移動通信的實用化提供材料支撐。微波介質(zhì)陶瓷在通訊設(shè)備中有著極其重要的應(yīng)用，除了可以制作介電諧振器、濾波器、天線等核心部件外，還具有特殊的物理性質(zhì)，對改善通信質(zhì)量、減小信號干擾、減小器件體積具有重要意義。隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，人們對微波介質(zhì)材料的需求也越來越高，迫切需要研究新的材料配方、制備工藝以及創(chuàng)新的設(shè)計方法，以適應(yīng)日益增長的市場需求。

2、在此背景下，具有極低介電常數(shù)的硼酸鹽基微波介電陶瓷材料受到眾多關(guān)注。該類材料在5g通訊領(lǐng)域具有潛在重要的應(yīng)用價值，但其制作方法仍存在諸多問題。常規(guī)的固相合成方法在高溫下易發(fā)生硼酸鹽的分解，嚴重影響其使用性能及可靠性，導致其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，發(fā)展低溫燒結(jié)新工藝，探索環(huán)境友好的新型材料，并對其微結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，是目前國內(nèi)外研究的重點。

3、在未來的無線通訊時代，微波介質(zhì)陶瓷仍然發(fā)揮著重要的作用，同時，在低成本、高效、環(huán)境保護的發(fā)展趨勢下，微波介質(zhì)材料的研究開發(fā)將在未來的通信技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)更加注重環(huán)境保護和社會效益，使通信技術(shù)向“綠色”方向發(fā)展。

4、綜上，本技術(shù)通過開發(fā)微波介質(zhì)材料的新結(jié)構(gòu)、新方法和新工藝，旨在信息通訊等領(lǐng)域提供新微波介質(zhì)材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了一種高q值硼酸鹽微波介電陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明第一方面提供一種硼酸鹽微波介電陶瓷材料，所述陶瓷材料的化學組成表達式為(zn1-xmgx)2.99li0.02(bo3)2；x＝0.01～0.1。x的取值可以為0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1，以及任一兩個點值之間的取值。

3、在一些具體實例中，所述陶瓷材料的密度為4.0～4.5g/cm3，密度可以為4.0、4.1、4.2、4.3、4.4或4.5，以及任一兩個點值之間的取值。

4、在一些具體實例中，所述陶瓷材料的q×f為12000～175000ghz。介電損耗可以為12000～80000ghz、80000～120000ghz、120000～150000ghz或150000～175000ghz。q×f為介質(zhì)損耗倒數(shù)(品質(zhì)因子q)與頻率(f)的乘積，用于評價微波介質(zhì)陶瓷的性能。

5、在一些具體實例中，所述陶瓷材料的共振溫漂系數(shù)為-29ppm/℃～-89ppm/℃。共振溫漂系數(shù)可以為-29ppm/℃～-40ppm/℃、-40ppm/℃～-60ppm/℃或-60ppm/℃～-89ppm/℃。

6、在一些具體實例中，所述陶瓷材料的介電常數(shù)為6.8～7.3。介電常數(shù)可以為6.8～7.0或7.0～7.3。

7、在一些具體實例中，所述陶瓷材料的晶粒尺寸為0.7～3.6μm。晶粒尺寸可以為0.7～1.2μm、1.2～1.8μm、1.8～2.4μm、2.4～3.2μm或3.2～3.6μm。

8、在一些具體實例中，所述陶瓷材料中的zn源為zn的氧化物、mg源為mg的氧化物、li源為li鹽(例如li的碳酸鹽)、b源為b的氧化物。提供一的具體實例，zn源為zno、mg源為mgo、li源為li2co3、b源為b2o3。

9、在一些具體實例中，所述陶瓷材料中的zn源、mg源、li源和b源的純度均大于99.5％。優(yōu)選地，所述zn源、mg源、li源和b源的純度均大于99.9％。

10、本發(fā)明第二方面提供硼酸鹽微波介電陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：

11、1)按照陶瓷材料的化學組成要求，分別稱量zn源、mg源、li源和b源，并進行第一次球磨得到預型粉；

12、在一些可行實例中，第一次球磨的球磨介質(zhì)為鋯球磨介質(zhì)。

13、在一些可行實例中，第一次球磨中，球磨機的轉(zhuǎn)速范圍300～650rpm，球磨時為12～32h。轉(zhuǎn)速根據(jù)需要選擇，一般優(yōu)選為400～450rpm。球磨時間一般可以為12～18h、18～24h或24～32h。

14、在一些可行實例中，第一次球磨中，球磨溶劑為水，且總粉末的質(zhì)量、鋯球磨介質(zhì)和水的質(zhì)量比為1:2:3.5～1:2.5:4。可以為1:2:3.5～1:2:4或1:2.5:3.5～1:2.5:4。

15、2)將預型粉進行一次干燥、一次碾碎、預燒結(jié)及冷卻工藝得到預制粉；

16、在一些可行實例中，一次干燥溫度為80～100℃，一次干燥時間為10～24h。干燥時間可以為10～16h或16～24h。

17、在一些可行實例中，一次碾碎粉末粒徑為30～60目。粒徑可以為30、40、50或60目。以及任一兩個點值之間的取值。

18、在一些可行實例中，預燒結(jié)的方法為，以加熱速度為2～5℃/min升溫至780～840℃，并保溫3～4小時，再以降溫速度2～5℃/min降溫至80～120℃，再進行退熱。加熱速度和降溫速度一般維持一致，可以為2、3、4、5℃/min。升溫的溫度可以為780～800℃、800～820℃或820～840℃。降溫的溫度可以為80～100℃或100～120℃。退熱為退熱至室溫。

19、3)將預制粉進行第二次球磨，然后進行二次干燥、造粒、二次碾碎和成型得到成型樣；

20、在一些可行的實例中，第二次球磨中，球磨溶劑為水，且總粉末的質(zhì)量、鋯球磨介質(zhì)和水的質(zhì)量比為1:2:3.5～1:2.5:4?？梢詾?:2:3.5～1:2:4或1:2.5:3.5～1:2.5:4。

21、在一些可行的實例中，第二次球磨中，球磨機的轉(zhuǎn)速范圍300～600rpm，球磨時為12～32h。轉(zhuǎn)速根據(jù)需要選擇，一般優(yōu)選為400～485rpm。球磨時間一般可以為12～18h、18～24h或24～32h。

22、在一些可行的實例中，二次干燥的溫度為80～100℃，二次干燥的時間為10～24h。二次干燥時間為10～24h。干燥時間可以為10～16h或16～24h。

23、在一些可行的實例中，造粒為向二次干燥的粉末中加入粉末總質(zhì)量的10～20wt％的聚合黏劑進行造粒。聚合黏劑可選用聚乙烯醇粘結(jié)劑，加入的量可以為10wt％、15wt％或20wt％，根據(jù)粘結(jié)情況進行具體選擇。聚合黏劑的粒徑為120～200目，以提高粉體的黏性，使其易于成形，并減小孔隙。所述加入粘劑的粉末通過120～200目網(wǎng)篩進行顆粒篩選，讓粉末更加細致，起到一種制粒的作用，且粘劑的粒徑優(yōu)選為150～200目。

24、在一些可行的實例中，步驟3)中，二次碾碎的粉末粒徑為100～120目。粒徑可以為100、110或120目。

25、在一些可行的實例中，成型為將二次碾碎后的粉末進行壓力成型，得到成型樣。具體地，成型樣的直徑為5～6mm，高度為10～12mm；

26、在一些具體實例中，壓力成型采用油壓機，下壓力為2～5mpa，下壓速度為100～200mm/s，退模壓力8～12mpa。下壓力可以為2、3、4或5mpa，下壓速度可以為100～120mm/s、120～140mm/s、140～160mm/s、160～180mm/s或180～200mm/s。退模壓力可以為8、9、10、11、12mpa。

27、4)將成型樣按照燒結(jié)溫度曲線進行燒結(jié)，得到所述陶瓷材料。

28、在一些具體實例中，燒結(jié)溫度曲線為：4-1)將成型樣從25～35℃以2～5℃/min速率升溫至500～550℃，保溫3～4h；4-2)以2～5℃/min速率升溫至溫度達到825～925℃，保溫3～4h；4-3)以2～5℃/min速率降溫至80～120℃，隨后自然冷卻至室溫得到陶瓷材料。起始溫度為室溫，一般可選25～35℃。加熱速度和降溫速度一般維持一致，可以為2、3、4、5℃/min。第一次的升溫速度可以為500～520℃或520～550℃。第二次升溫的速度為825～850℃、850～875℃或875～925℃。降溫的溫度可以為80～100℃或100～120℃。退熱為退熱至室溫。

29、本發(fā)明第三方面提供上述制備方法制備獲得的硼酸鹽微波介電陶瓷材料。

30、本發(fā)明第四方面提供上述硼酸鹽微波介電陶瓷材料或上述制備方法制備獲得的硼酸鹽微波介電陶瓷材料在信息通訊材料中的應(yīng)用，例如在介電諧振器、濾波器、天線中的應(yīng)用。

31、本發(fā)明具有包括但不限于如下所述的技術(shù)效果：

32、1)本發(fā)明的(zn1-xmgx)2.99li0.02(bo3)2陶瓷材料，相對致密度最高達到98％以上的致密化，具有高q值和低介電常數(shù)的特點，且mg+小比例取代zn+在zn3b2o6體系中未形成二次相，其性能沒有破壞反而提升，晶粒大小明顯，特定比例中晶粒尺寸均勻。

33、2)本發(fā)明采用低溫燒結(jié)技術(shù)制作工藝不同于傳統(tǒng)的固相法流程，在li+取代的基礎(chǔ)上降低燒結(jié)溫度，在原有研究上了溫漂系數(shù)更近零一步，具有低損耗、低介電常數(shù)的兩大性能特點。