專利名稱：Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中介質(zhì)諧振器、濾波器以及振蕩器等微波元器件的Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷。
背景技術(shù)：
目前，衛(wèi)星電視產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得對(duì)衛(wèi)星電視接收設(shè)備中不可缺少的部件一高頻頭的需求也急劇增加。這種需求同時(shí)也極大的帶動(dòng)了對(duì)相應(yīng)的微波諧振器、濾波器、振蕩器、微波電容器等相關(guān)微波元器件的需求。衛(wèi)星廣播電視通常應(yīng)用的頻率為C、Ku和Kα波段，對(duì)于應(yīng)用于Ku波段的微波介質(zhì)陶瓷要求具有中等介電常數(shù)(30～50)、高品質(zhì)因數(shù)、穩(wěn)定的諧振頻率溫度特性和體積小，價(jià)格便宜等。
(Zr，Sn)TiO4材料是一種性能優(yōu)異的鈦酸鹽微波陶瓷，通過摻雜及其它手段可以獲得具有合適的且可調(diào)的介電常數(shù)，高品質(zhì)因數(shù)和良好的諧振頻率溫度特性。在現(xiàn)有技術(shù)中，(Zr，Sn)TiO4一般采用氧化物與添加劑混合固相反應(yīng)法制備，經(jīng)過原料配方稱量、球磨、煅燒、粉碎、造粒、成型和燒結(jié)以及金屬化等工序，最后進(jìn)行陶瓷性能的檢測。該方法工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，材料性能穩(wěn)定，但是純(Zr，Sn)TiO4陶瓷很難充分致密化，若無燒結(jié)助劑，燒結(jié)溫度高達(dá)1700℃，需要消耗大量的電能來加熱。而且制得的陶瓷晶粒大小通常在微米數(shù)量級(jí)，晶粒大小相差較大，還有氣孔等缺陷，使得陶瓷燒結(jié)比較困難，性能難于進(jìn)一步提高。
為此，申請(qǐng)人于去年向國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了“C波段用微波介質(zhì)陶瓷及其制造方法”，申請(qǐng)?zhí)枮椤?00510032271.6”；該微波介質(zhì)陶瓷由主成份二氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)和二氧化鈦(TiO2)以及微量添加物氧化鋅(ZnO)、三氧化二鑭(La2O3)、三氧化二鉛(Pb2O3)、氧化銅(CuO)和二氧化硅(SiO2)組成，其燒結(jié)溫度降低到了1280℃，它在C波段范圍內(nèi)具有的介電常數(shù)適中，品質(zhì)因數(shù)Q值高，溫度穩(wěn)定性好，解決了氣孔缺陷的問題。但在Ku波段范圍。品質(zhì)因數(shù)Q值卻達(dá)不到3000，諧振頻率溫度系數(shù)也為±10ppm，不符合Ku波段性能的要求，另外，氧化物中含有PbO，PbO是可揮發(fā)的物質(zhì)，一方面不利于成分的準(zhǔn)確控制，另一方面，PbO有害人體健康，不適應(yīng)微波介質(zhì)陶瓷環(huán)保化的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷，其具有降低燒成溫度節(jié)能、中等介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)、穩(wěn)定的諧振頻率溫度特性。其應(yīng)用于Ku波段介質(zhì)諧振器、濾波器以及振蕩器中，可以使體積小，價(jià)格便宜。
本發(fā)明解決的技術(shù)方案如下一種Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷，含有主成份二氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)和二氧化鈦(TiO2)以及微量添加物氧化鋅(ZnO)、三氧化二鑭(La2O3)、氧化鈷(Co2O3)、氧化銅(CuO)和二氧化硅(SiO2)等組分，各組份的含量(按百分比)為ZrO240-54％； SnO210-25％；TiO225-35％； ZnO 0.5-2％；La2O30.1-5％； Co2O30.1-5％；
CuO 0.5-2％； SiO20.5-1.5％；其制造方法是1、先將二氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、三氧化二鑭(La2O3)按組份要求稱重，放入球磨機(jī)的料筒中攪磨6-8小時(shí)；2、將球磨好的漿料壓濾后放入高溫爐中，升爐溫至900-1300℃干燥煅燒一次完成，時(shí)間為3-5小時(shí)；3、將煅燒料粉碎，加入三氧化二鈷(Co2O3)、氧化銅(CuO)和二氧化硅(SiO2)混料，再加粉體重量的1％PVA水溶液造粒；4、干壓成型，壓制成型的成型壓力為200-300Mpa。并且裝缽；5、在1180-1320℃下保溫1～5小時(shí)，排膠燒結(jié)一次完成即制得所說的Ku波段用微波介質(zhì)陶瓷。
本發(fā)明采用氧化物與添加劑混合固相反應(yīng)法制備的(Zr，Sn)TiO4微晶粉體，并添加微量添加物制得的晶粒細(xì)小均勻、氣孔率低和性能優(yōu)良的微波介質(zhì)陶瓷。在各添加劑的添加范圍內(nèi)都可以獲得很好的微波特性。且國內(nèi)原料充足，成本低，可進(jìn)一步加強(qiáng)和國外進(jìn)口微波陶瓷的競爭力，加速國產(chǎn)微波陶瓷的大量應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1、本發(fā)明的配方組成不含有鉛等重金屬成分，即本發(fā)明提供的是一種環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷。符合綠色環(huán)保的無污染要求。且符合歐共體最新出臺(tái)的無鉛標(biāo)準(zhǔn)和廢舊電器回收標(biāo)注的RHOS和WEEE的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求。能夠?qū)a(chǎn)品出口到世界的任何國家。
2、燒結(jié)溫度由原來的1280℃，降到1200℃左右，燒結(jié)溫度的進(jìn)一步降低，更具有節(jié)能的更大優(yōu)勢。
3、性能上有較大的提升現(xiàn)有技術(shù)的配方由于在ku波段的Q不到3000，諧振頻率溫度系數(shù)過大±10ppm以上，不符合Ku波段性能的要求，本發(fā)明的配方在Ku波段的Q值達(dá)4500，諧振頻率溫度系數(shù)在±3ppm以內(nèi)。
4、本發(fā)明可作為Ku波段用環(huán)保微波用諧振器、振蕩器和濾波器等電子元器件的關(guān)鍵核心材料使用，而廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、藍(lán)牙技術(shù)以及無線局域網(wǎng)(WLA)等現(xiàn)代通信行業(yè)，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。此外本發(fā)明還可以同時(shí)用于生產(chǎn)C波段和Ku的微波介質(zhì)陶瓷諧振器。


下面結(jié)合附圖用具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述本發(fā)明圖1為溫度與諧振頻率關(guān)系特性趨勢圖。
圖2為諧振頻率與品質(zhì)因數(shù)圖。
圖3為品質(zhì)因數(shù)Q值與燒結(jié)溫度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的通過下列方案予以實(shí)現(xiàn)。
Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷含有主成份二氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)和二氧化鈦(TiO2)以及微量添加物氧化鋅(ZnO)、三氧化二鑭(La2O3)、氧化鈷(Co2O3)、氧化銅(CuO)和二氧化硅(SiO2)等組份。根據(jù)該主成份和微量添加物的配比以及制造方法，表1給出各實(shí)施例的數(shù)據(jù)，表2給出各實(shí)施例的性能。
表1

表2

圖1～3總結(jié)出性能和配方變化的趨勢，可以方便調(diào)整配方，獲得所需要性能的微波介質(zhì)陶瓷。
圖1中的溫度與諧振頻率關(guān)系特性趨勢圖表示諧振頻率在-30℃～+60℃間變化，諧振頻率為9.75GHz的介質(zhì)頻偏在0.5MH以內(nèi)(Tf＝1.14ppm/℃)，11.30GHz的介質(zhì)頻偏在0.6MH以內(nèi)(Tf＝1.18ppm/℃)。頻率穩(wěn)定性很好。上面的Tf表示諧振頻率溫度系數(shù)；Δf表示諧振頻偏；T表示溫度。
圖2中的諧振頻率的品質(zhì)因數(shù)Q值，隨頻率的升高，Q值會(huì)下降，到頻率15GHz后，Q值降到3500以下，隨著頻率的繼續(xù)升高，Q值會(huì)急劇下降，說明此配方介質(zhì)陶瓷可以用到諧振頻率15GHz以下的諧振電路中是比較合適圖3中的品質(zhì)因數(shù)Q值與燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線圖說明改良配方做成的微波介質(zhì)陶瓷，獲取高Q值的適宜燒結(jié)溫度在1200℃左右，且又一個(gè)很寬的燒結(jié)范圍。且該介質(zhì)陶瓷適合低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度不宜太高。
權(quán)利要求
1.一種Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷，含有主成份二氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)和二氧化鈦(TiO2)以及微量添加物氧化鋅(ZnO)、三氧化二鑭(La2O3)、氧化銅(CuO)和二氧化硅(SiO2)等組分，其特征是所述微量添加物中還含有氧化鈷(Co2O3)組份，各組份的含量(按百分比)為ZrO240-54％； SnO210-25％；TiO225-35％； ZnO 0.5-2％；La2O30.1-5％； Co2O30.1-5％；CuO 0.5-2％； SiO20.5-1.5％；將上述組份經(jīng)過稱量、混合球磨、煅燒、粉碎、造粒、成型和燒結(jié)等固相反應(yīng)工序燒制成微波介質(zhì)陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及應(yīng)用于Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中介質(zhì)諧振器、濾波器以及振蕩器等微波元器件的Ku波段用環(huán)保微波介質(zhì)陶瓷。含有主成份二氧化鋯(ZrO
文檔編號(hào)H01B3/12GK1974478SQ20061013685
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月10日
發(fā)明者陳功田, 劉潭愛, 游宗杰, 諶曉文 申請(qǐng)人:郴州高斯貝爾數(shù)碼科技有限公司