一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于一種介電常數可調超高介電常數微波介質陶瓷及其制備方法，是一種 CaTi03-(LiQ.5Sm().5)Ti0 3復合微波介質材料及其制備方法。廣泛應用于移動電話、汽車電話、 電視衛星接收器、全球衛星定位系統、無線局域接入及各種雷達等系統中。
【背景技術】
[0002] 微波介質陶瓷作為一種新型電子材料，在現代通信中被用作諧振器、濾波器、介質 基片、介質天線、介質導波回路等，廣泛應用于微波技術的許多領域。可用于移動通訊、衛星 通訊和軍用雷達等方面。隨著科學技術日新月異的發展，通信信息量的迅猛增加，以及人們 對無線通信的要求，使用衛星通訊和衛星直播電視等微波通信系統己成為當前通信技術發 展的必然趨勢。這就使得微波材料在民用方而的需求逐漸增多，如手機、汽車電話、蜂窩無 繩電話等移動通信和衛星直播電視等新的應用裝置。應用于微波電路的介質陶瓷，必須滿 足以下介電特征要求：1)較高的相對介電常數Er，一般根據應用頻率確定介質陶瓷材料相 對介電常數的大小。應用頻率為〇 · 8~4GHz (低端)時，Er >50; 4~8GHz (中端)時，30 < Er < 50 ;8~ 18GHz (中端)時，Er < 30 ; 2 )高的品質因數Q，以提高選頻特性，一般要求Q X f 5000; 3)接近零的頻率溫度系數if以保證器件有良好的溫度穩定性，介質諧振器件一般都是微波 介質陶瓷的某種振動模式的頻率作為其中心頻率的。如果Tf大，則表明器件的中心頻率將 會因溫度的變化而產生大的漂移，器件將無法高穩定工作。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的迎合移動通信用微波頻率小型化、髙頻化需要，旨在提供一種介電 常數為112.5,同時具有介電常數在一定范圍可調(Er:90~ Er: 130)微波介質陶瓷配方及其 制備方法，以CaTi03-(LiQ.5Sm(). 5)Ti03體系為研究對象，采用CeO為調節微波介質陶瓷溫度系 數，綜合調控材料的微波介電性能。
[0004] 為此本發明采用的技術方案是:本發明的原料組成為XCaTi03 · y(LiQ.5SmQ.5)Ti03 +awt%CeO,其中：0·3<χ<0·5，0· 7< y<0.5, 0·1< a<0.5;其中 x、y為摩爾比添加、 a以質量百分數添加。
[0005] 所述（Lio. 5Sm〇. 5) Ti〇3由分析純三氧化二釤、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按 (LiQ.5Sm().5)Ti0 3化學式配料混合。
[0006] -種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷的制備方法，按照以下步驟進行： 1) 先將分析純三氧化二釤、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按aiQ.5SmQ. 5)Ti03化學式 配料混合，加入氧化锫球和去離子水球磨，混合球磨3~8小時，烘干后過30~60目篩，在箱式 爐中1050°01100°C預燒2~5小時，合成主成分(Li Q.5SmQ.5)Ti03; 2) 將合成的主成分（LiQ.5SmQ.5)Ti0 3和CaTi03及CeO原料按xCaTi03 · y(LiQ.5SmQ.5)Ti03 +awt% CeO，加入氧化锫球和去離子水混合球磨3~8小時，烘干，加入粘合劑造粒。
[0007] 所述球磨在聚氨酯球磨罐中進行。
[0008] 所述1)步驟中：所述(LiQ.5Sm().5)Ti0 3:去離子水:锫球按重量比為1:1.5: 2~4.5的 比例進行混合。
[0009] 所述粘合劑為12wt%聚乙稀醇。
[0010] 所述2)步驟后，在80~120Mpa壓力下壓制成直徑12~18mm，厚度5~10mm的圓薄片， 在1250°01350°C，燒結3~5小時成品。
[0011]本發明的優點是：l)CaTi03-(LiQ. 5Sm().5)Ti03系材料預燒、燒結溫度適中，1300°C就 使其致密化，節約能源，降低生產成本;2)原材料價格便宜，生產工藝相對簡單，便于工業化 批量大生產;3)介電常數在一定范圍可調(Er:90~Er: 130)，特別適合介質天線使用。
【具體實施方式】
[0012] 本發明選用預燒合成（Lio.5Sm().5)Ti0 3和CaTi03后，通過調整（Lio.5Sm().5)Ti0 3和 CaTi03添加比例來調節介電常數Er:90~Er: 130、同時微量添加 CeO達到調節溫度系數τ?·， 提供一種介電常數112.5,介電常數和頻率溫度系數if可調同時材料制備工藝簡單、對設備 和車間環境無特殊要求，便于批量生產及應用推廣。
[0013] -種高介電常數微波介質陶瓷技術方案是以（LiQ.5SmQ.5)Ti0 3、CaTi03為成主分， CeO微量添加，CeO添加量調節微波介質陶瓷溫度系數Tf〇 一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷，其原料組成為 叉〇已11〇3.7(1^〇.53111〇.5)11〇3+已界七％〇6〇，其中：0.3<叉<0.5，0.7<7<0.5，0.1< a<0.5 (x、y為摩爾比添加、a以質量百分數添加）。
[0014] 上述組成的優化方案為：一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷，其優化原料組成 為：（0.21CaTi03 · 0.79(Li〇.5Sm〇.5)Ti03+0.10wt% CeO)。
[0015] -種高介電常數微波介質陶瓷的制備工藝，包括以下步驟： (1) 先將分析純三氧化二釤、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按(LiQ.5Sm().5)Ti0 3化學式 配料混合，在1050°C預燒3h，合成主成分(Li〇.5Sm().5)Ti0 3.; (2) 將合成的主成分(Lio.5Sm().5)Ti03和CaTi0 3及CeO原料按xCaTi03 · y(Lio.5Sm().5)Ti03 +awt%Ce0,0.3<x<0.5, 0· 7< y<0.5, 0·1< a<0.5 (x、y為摩爾比添加、a以質量百 分數添加），混合造粒后得到用于制備高介電常數微波介質陶瓷的粉料，將粉料壓制成直 徑15mm、厚度6.5~7.5mm的圓薄片，在1250 °01350 °C燒結，保溫4小時。
[0016] 采用上述配方及制備方法組成的本發明，可得到Er=112.5，Q*f〇>3000，諧振頻率 系數Tf〈=10的微波介質陶瓷，性能指標可滿足微波介質陶瓷材料要求。
[0017] 本發明將參照下述的實施進一步詳細說明： 首先，先將分析純三氧化二釤、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按aiQ.5SmQ. 5)Ti03化學 式配料混合，置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水磨(料:去離子水:锫球重量比 為1:1.5 : 2~4.5 )，在QM-BP行星球磨機中混合球磨5小時，烘干后過40目篩，在箱式爐中 1050°01100°C預燒 3小時，合成主成分(Li〇.5Sm().5)Ti03。
[0018] 將合成的主成分（Lio.5Sm().5)Ti03和CaTi0 3及CeO原料按xCaTi03 · y(LiQ.5Sm0.5) Ti03 +awt% CeO,置于聚氨酯球磨罐中，加入氧化锫球和去離子水混合球磨5小時，烘干，加 入12￥丨%聚乙稀醇（？\^\)粘合劑造粒，在1001^^壓力下壓制成直徑151111]1，厚度7.〇1111]1的圓薄 片，在1250 °01350 °C。燒結4小時。
[0019] 為了測量樣品的介電性能，首先將圓柱狀陶瓷樣品在1200目金鋼砂紙上打磨，然 后將其用超聲波在酒精中清洗。采用Ailment E5071B網絡分析儀，根據空腔法用微波頻率 的橫向電場(TEon模)分析樣品的介電性能，測試頻率在3~4GHz。通過測量介質諧振器的諧 振頻率隨溫度的變化率得到樣品的諧振頻率溫度系數，測量的溫度范圍為-40°C~85°C。 CeO添加調節微波介質陶瓷溫度系數Tf，在1250°C~1350°C燒結范圍內得到的燒結結構致 密，氣孔少的微波介質陶瓷。
[0020] 表1-11可見，隨著X增大，陶瓷樣品的Er增大、品質因數Q*f〇值升高，Tf向正溫 度系數方向移動。X的添加量可以調節材料的if和Er，可以在if值允許范圍內，調節if和Er。 CeO的添加降低介質陶瓷溫度系數訂正溫度特性。
[0021] 在本實施各項性能最佳成分中（xCaTi03 · y(Lio.5Sm().5)Ti03 +awt% Ce0)，x=0.21， y=0.79，a=0.10，的組分點在1300°C燒結具有最佳的微波介電性能：Er=l 12.5，Q*f〇= 3426GHz，Tf=-3.1PPm。
[0022] 表 1-11
【主權項】
1. 一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷，其特征在于，其原料組成為： xCaTi〇3.y(Li〇.5Sm〇.5)Ti03+awt%CeO,其中：0·3<χ<0·5，0· 7< y<0.5，0.1< a <0.5;其中x、y為摩爾比添加、a以質量百分數添加。2. 根據權利要求1所述的一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷，其特征在于，所 述(1^0.53111().5)11〇3由分析純三氧化二釤、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按(1^().531]1().5)11〇3 化學式配料混合。3. -種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷的制備方法，其特征在于，按照以下步 驟進行： 1) 先將分析純三氧化二釤、分析純碳酸鋰、分析純二氧化鈦按aiQ.5SmQ. 5)Ti03化學式配 料混合，加入氧化锫球和去離子水球磨，混合球磨3~8小時，烘干后過30~60目篩，在箱式爐 中1050°01100°C預燒2~5小時，合成主成分(Li〇. 5Sm().5)Ti03; 2) 將合成的主成分(Lio.5Sm().5)Ti03和CaTi0 3及CeO原料按xCaTi03 · y(Lio.5Sm().5)Ti03 + awt% CeO，加入氧化锫球和去離子水混合球磨3~8小時，烘干，加入粘合劑造粒。4. 根據權利要求3所述的一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述球磨在聚氨酯球磨罐中進行。5. 根據權利要求3所述的一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述1)步驟中：所述(1^〇. 53!11().5)1103:去離子水:锫球按重量比為1 :1.5:2~4.5的 比例進行混合。6. 根據權利要求3所述的一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述粘合劑為12wt%聚乙稀醇。7. 根據權利要求3所述的一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷的制備方法，其 特征在于，所述2)步驟后，在80~120Mpa壓力下壓制成直徑12~18mm，厚度5~10mm的圓薄片， 在1250°01350°C，燒結3~5小時成品。
【專利摘要】本發明涉及一種介電常數可調高介電常數微波介質陶瓷及其制備方法。其原料組成為xCaTiO3·y(Li0.5Sm0.5)TiO3+awt%CeO，其中：0.3≤x≤0.5,0.7≤y≤0.5,0.1≤a≤0.5；其中x、y為摩爾比添加、a以質量百分數添加。本發明提供一種介電常數為112.5，同時具有介電常數在一定范圍可調（Er:90~Er:130）微波介質陶瓷配方及其制備方法，以CaTiO3-(Li0.5Sm0.5)TiO3體系為研究對象，采用CeO為調節微波介質陶瓷溫度系數，綜合調控材料的微波介電性能。
【IPC分類】C04B35/462, C04B35/622, C04B35/626
【公開號】CN105601269
【申請號】CN201610017461
【發明人】嚴盛喜, 張益勇, 李永祥, 潘錦, 劉志甫
【申請人】江蘇江佳電子股份有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月12日