一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料及其制備方法

本發明屬于陶瓷。

背景技術：

1、信息技術產業關系到國民經濟的發展，是我國大力發展的一個重大性、基礎性、引領性產業。射頻器件作為信息技術產業發展的基石，也是確保相關產業鏈逐步發展的重點所在。隨著射頻器件的不斷發展，對器件集成化、超微化、數字化、智能化提出了更高的要求。微波通信的抗外部干擾能力較強、載波容量較大、可以傳輸的信息種類豐富，使其在軍事、衛星通信、航空航天等領域起著重要作用，而微波介質陶瓷作為近幾十年來不斷發展的一種多功能陶瓷材料，也在其中扮演著一個不可或缺的角色。現代以5g/6g為代表的無線通信技術也對微波介質陶瓷的性能提出了更高、更新的要求。

2、在實際應用中，對于微波介質陶瓷的具體應用，主要從三個方面來評估：介電常數、品質因數及諧振頻率溫度系數。由于射頻器件尺寸與微波介質陶瓷材料的介電常數成反比，為實現微波射頻器件的小型化、集成化，提高材料本身的介電常數成為研究的關鍵。此外，高品質因數也是有效減少器件的損耗、保證器件良好選頻特性的關鍵。現階段研究的高介電常數微波介質陶瓷體系主要包括鈣鈦礦體系、ba基體系、li基體系、zn基體系和鉛基鈣鈦礦體系。在這之中，鈣鈦礦體系(包括catio3、srtio3等)的介電常數較高，但高溫下燒結存在ti4+還原為ti3+導致品質因數較低(qf≤5000ghz)；ba基和zn基體系的介電常數相對較小(80≤εr≤100)；li基體系中li元素易揮發，材料配比難以控制；鉛基鈣鈦礦體系對環境有一定的污染。

3、綜上所述，盡管在技術和應用上有迫切的需求，但目前研究的高介微波介質陶瓷的難以同時兼具高介電常數(εr≥200)和高品質因數(qf≥5000ghz)，很難滿足實際應用的需求。因此如何保證高介電常數的前提下，同時滿足高品質因數，進而開發一系列兼具高性能和綠色環保的微波介質陶瓷材料已經成為現代通信技術的關鍵領域和研究熱點。

技術實現思路

1、本發明要解決現有微波介質陶瓷難以同時兼具高介電常數和高品質因數的問題，進而提供一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料及其制備方法。

2、一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料，它的化學通式為srti1-x(a0.5ta0.5)xo3，其中a為cr或al，0<x≤0.05。

3、一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，它是按以下步驟進行的：

4、一、按化學通式srti1-x(a0.5ta0.5)xo3的化學計量比稱取srco3粉體、tio2粉體、含a元素的粉體及ta2o5粉體，得到原料，將原料球磨并過篩，最后煅燒，得到預燒粉體；所述的a為cr或al，0<x≤0.05；所述的含a元素的粉體為al2o3粉體或cr2o3粉體；

5、二、將預燒粉體球磨并過篩，得到球磨粉體；

6、三、向球磨粉體中加入粘結劑進行研磨并過篩，得到造粒粉體；

7、四、將造粒粉體壓坯、排膠及燒結，得到高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料。

8、本發明的有益效果是：

9、本發明微波介質陶瓷材料的化學組成為srti1-x(a0.5ta0.5)xo3，其中a為cr或al，0<x≤0.05。本發明通過向srtio3加入微量的al2o3和ta2o5，或加入微量的cr2o3和ta2o5，使得在srtio3的b位ti4+中摻入了(al0.5ta0.5)4+或(cr0.5ta0.5)4+離子，其介電常數可以隨x的取值變大而連續減小，在200～270范圍內連續變化，同時由于復合離子的加入有效的抑制了ti4+還原為ti3+，極大的提高了材料的晶粒尺寸，減少了材料內部的缺陷和晶界數量，使其兼具較高的品質因數5000ghz～8500ghz，因此，本發明微波介質陶瓷材料具有介電常數高且范圍可調、品質因數高、綠色無污染的特點。且本發明原料不會對環境造成污染，適用于通訊中的天線，或適用于不同尺寸和使用環境下的介質諧振器或濾波器等微波射頻器件，使其適應小型化和集成化。

10、說明書附圖

11、圖1為實施例和對比例制備的微波介質陶瓷材料晶相組成的xrd圖；

12、圖2為實施例3、8～9和對比例3、5～6制備的微波介質陶瓷材料微觀形貌sem圖。

技術特征：

1.一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料，其特征在于它的化學通式為srti1-x(a0.5ta0.5)xo3，其中a為cr或al，0<x≤0.05。

2.根據權利要求1所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料，其特征在于所述的高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的介電常數為200～270，品質因數為5000ghz～8500ghz。

3.如權利要求1所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于它是按以下步驟進行的：

4.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟一及步驟二中所述的球磨具體是按以下步驟進行：以氧化鋯球為磨球，以無水乙醇為球磨介質，在球磨轉速為400轉/分鐘～500轉/分鐘的條件下，球磨12h～16h，然后在溫度為80℃～105℃的條件下，烘干12h～24h。

5.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟一及步驟二中所述的過篩為過100目～120目篩網；步驟三中所述的過篩為過40目～60目篩網。

6.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的煅燒具體是在空氣氣氛及預燒溫度為1200℃～1350℃的條件下，保溫3h～6h。

7.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟三中所述的粘結劑為質量百分數為4％～6％的聚乙烯醇溶液；步驟三中所述的粘結劑的質量為球磨粉體質量的12％～18％。

8.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述的壓坯具體是在壓坯壓力為150mpa～200mpa的條件下，保壓5min～8min，得到直徑為10mm～20mm及厚度為3mm～6mm的圓柱形坯體。

9.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述的排膠具體是在排膠溫度為550℃～620℃的條件下，排膠2h～4h。

10.根據權利要求3所述的一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述的燒結具體是在空氣氣氛及溫度為1400℃～1550℃的條件下，燒結4h～6h。

技術總結
一種高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料及其制備方法，它屬于陶瓷技術領域。本發明要解決現有微波介質陶瓷難以同時兼具高介電常數和高品質因數的問題。微波介質陶瓷材料，它的化學通式為SrTi<subgt;1?x</subgt;(A<subgt;0.5</subgt;Ta<subgt;0.5</subgt;)<subgt;x</subgt;O<subgt;3</subgt;，其中A為Cr或Al，0<x≤0.05；制備方法：一、將原料球磨并過篩，最后煅燒，得到預燒粉體；二、將預燒粉體球磨并過篩，得到球磨粉體；三、向球磨粉體中加入粘結劑進行研磨并過篩，得到造粒粉體；四、將造粒粉體壓坯、排膠及燒結。本發明用于高品質因數、高介電常數的微波介質陶瓷材料及其制備。

技術研發人員：楊治華,張宇航,張硯召,周國相,賀云鵬,賈德昌,周玉
受保護的技術使用者：哈爾濱工業大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14