一種釩基溫度穩定型微波介質陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子陶瓷及其制備技術領域，具體涉及一種釩基溫度穩定型微波介質陶瓷及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微波介質陶瓷是近二十多年發展起來的一種新型的功能陶瓷材料。它是指應用于微波頻段(主要是300MHz?300GHz頻段)電路中作為介質材料并完成一種或多種功能的陶瓷材料，是制造微波介質濾波器和諧振器的關鍵材料。這種材料是近幾十年來隨著移動通信事業的迅速發展而發展起來的新型功能陶瓷材料，其突出特點是介電常數高、損耗低、諧振頻率溫度系數小，并被用來制成介質諧振器、介質天線、雙工器、介質導波回路、介質穩頻振蕩器等微波元件。
[0003]目前，這些器件已被廣泛應用于微波多路通信、微波中繼通信、移動通信、衛星電視廣播通信、散射通信、軍用雷達和衛星導航定位系統等眾多領域。近年來受益于移動通信、航天、軍事、現代醫學等領域的快速發展，微波介質陶瓷材料也越來越受到人們的關注，正以驚人速度迅速發展。
[0004]綜上所述，隨著微波介質陶瓷廣泛應用于介質諧振器、濾波器、介質波導、介質基板以及介質超材料等領域，因此，尋找、制備與研究高介電常數(ε >40)、低損耗(Qf>5000GHz)、近零諧振頻率溫度系數(TCF = 0ppm/°C )、低成本(不含或者含有少量貴重金屬)、環保(至少無鉛，盡量不含或者含有較少有毒原材料)的新型微波介質陶瓷成為了人們當前研究的熱點與重點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種釩基溫度穩定型微波介質陶瓷及其制備方法，該陶瓷材料相對介電常數較高，微波性能良好，諧振頻率溫度系數可調；該方法操作簡單，重復性好，對設備要求低。
[0006]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0007]—種釩基溫度穩定型微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷的化學組成為(1-x)CeV04-xTi02，其中 0.1 彡 X 彡 0.25。
[0008]所述微波介質陶瓷中，鋯石相(:^04的溫度系數為負，金紅石相Ti02的溫度系數為正，且鋯石相和金紅石相共存的溫度系數趨近于零。
[0009]所述微波介質陶瓷的相對介電常數為11.2?16.5，微波性能Qf = 14，400GHz?25，700GHz，諧振頻率溫度系數為-12.2ppm/°C ?+14.7ppm/°C。
[0010]本發明還公開了一種釩基溫度穩定型微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0011]1)按照(l-x)CeV04-xTi0# Ce:V:Ti的摩爾比取鈰、釩及鈦的氧化物，混合后充分球磨，球磨后烘干、過篩并壓制成塊狀體，然后在700?900°C下保溫3?5h，得到樣品燒塊;其中，0.1彡X彡0.25 ;
[0012]2)將樣品燒塊粉碎，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、過篩，將過篩后的顆粒壓制成型，然后在950°C?1100°C下燒結2h成瓷，得到釩基溫度穩定型微波介質陶瓷。
[0013]所述的鈰、釩及鈦的氧化物分別為Ce02、V205及T1 2。
[0014]所述的球磨時間為4h?5h，烘干的溫度為100°C?120°C。
[0015]所述的過篩，步驟1)為過120目的篩網，步驟2)為雙層過篩:過60目與120目的篩網。
[0016]所述的造粒是將烘干后的粉體與聚乙烯醇水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒。
[0017]步驟2)所述的燒結是在空氣氛圍下的燒結。
[0018]步驟2)所述的壓制成型是壓制成塊狀或圓柱狀。
[0019]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0020]本發明提供的一種釩基溫度穩定型微波介質陶瓷，以鋯石相(:^04作為主元，通過加入金紅石相氧化物Ti02來調節CeV04溫度系數并在950°C?1100°C下進行燒結。本發明根據晶體化學原理和電介質有關理論，以(:^04錯石相和Ti02金紅石相復合為基礎，其中鋯石相(:^04的溫度系數為負，金紅石相1102的溫度系數為正，且所述兩相共存的溫度系數趨近于零。在空氣氛圍中以較低的溫度范圍(950°C?1100°C )內燒結出致密的且具備優良微波介電性能的新型功能陶瓷，這類陶瓷可以作為射頻多層陶瓷電容器、片式微波介質諧振器或濾波器、陶瓷天線、多芯片組件(MCM)等介質材料使用。
[0021]本發明的釩基低損耗溫度穩定型微波介質陶瓷材料具有以下特點:相對介電常數可調(11.2?16.5)，微波性能良好(Qf = 14，400GHz?25，700GHz)，燒結溫度較低(950°C?1100°C )，諧振頻率溫度系數趨近于零(-13.2ppm/°C?+14.7ppm/°C )，化學組成簡單。
[0022]本發明采用了最簡單有效的固相反應燒結的方法來制備，首先是選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化物、碳酸鹽以及合適的取代物，通過一次球磨使得氧化物及碳酸鹽混合均勻，通過預燒結過程使得氧化物及碳酸鹽進行初步的反應，通過二次球磨細化反應物的顆粒尺寸，最后通過燒結過程得到所需要的陶瓷樣品。通過這樣一種簡單易行的有效的制備方法，得到的陶瓷樣品的介電常數隨成分在11.2?16.7之間變化，Qf分布在14，400GHz?25，700GHz，諧振頻率溫度系數趨近于零(-13.2ppm/°C?+14.7ppm/°C )，燒結溫度 950 °C ?1100°C。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0024]所提供的釩基低損耗溫度穩定型微波介質陶瓷材料的配方表達式為:(l-x)CeV04-xTi02，其中 0.1 彡 X 彡 0.25。
[0025]所述的釩基低損耗溫度穩定型微波介質陶瓷材料具體制備步驟是:將化學原料Ce02、V205、Ti02按配方通式(l-x)CeV04_xTi02配制，其中0.1 ^ x ^ 0.25。充分混合球磨4?5個小時，磨細后烘干、過篩、壓塊，然后經700?900°C預燒，并保溫3?5小時；
[0026]將預燒后的塊體進行二次球磨，磨細烘干后造粒，經60目與120目篩網雙層過篩；
[0027]將瓷料按需要壓制成型，然后在950°C?1100°C下燒結2小時成瓷，即可得到釩基低損耗溫度穩定型微波介質陶瓷材料。
[0028]實施例1:
[0029]將分析純度的原料Ce02、V205、Ti02按配方0.9CeV0 4_0.lTi02中的摩爾比配制后，充分混合球磨(200轉/分鐘)4個小時，然后120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經800°C保溫4個小時，得到樣品燒塊；
[0030]然后將樣品燒塊粉碎后再進行二次球磨，球磨時間為5小時，在120°C下烘干后造粒(將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒)，經60目與120目篩網雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1025°C空氣下燒結2h成瓷，即可得到釩基低損耗溫度穩定型微波介質陶瓷材料。
[0031]該組陶瓷材料的性能達到如下指標:
[0032]1025°C空氣中燒結成瓷，微波下的介電性能ε 12.8(9.68GHz)，品質因子Q =2500，Qf = 24，200GHz，微波下的諧振頻率溫度系數 TCF = -12.8ppm/°C (25。。?85。。)。
[0033]實施例2:
[0034]將分析純度的原料Ce02、V205、Ti02按配方0.9CeV0 4_0.lTi02中的摩爾比配制后，充分混合球磨(200轉/分鐘)4個小時，然后120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經800°C保溫4個小時，得到樣品燒塊；
[0035]然后將樣品燒塊粉碎后再進行二次球磨，球磨時間為5小時，在120°C下烘干后造粒(將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒)，經60目與120目篩網雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1050°C空氣下燒結2h成瓷，即可得到釩基低損耗溫度穩定型微波介質陶瓷材料。
[0036]該組陶瓷材料的性能達到如下指標:
[0037]1050°C空氣中燒結成瓷，微波下的介電性能ε 13.1(9.51GHz)，品質因子Q =2700，Qf = 25，700GHz，微波下的諧振頻率溫度系數 TCF = -12.2ppm/°C (25。。?85。。)。
[0038]實施例3:
[0039]將分析純度的原料Ce02、V205、Ti02按配方0.85CeV0 4_0.151102中的摩爾比配制后，充分混合球磨(200轉/分鐘)4個小時，然后120°C下烘干、過120目的篩、壓塊，在空氣氛圍下經800°C保溫4個小時，得到樣品燒塊；
[0040]然后將樣品燒塊粉碎后再進行二次球磨，球磨時間為5小時，在120°C下烘干后造粒(將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒)，經60目與120目篩網雙層過篩，即可得到所需瓷料；將瓷料按需要壓制成型，然后在1075°C空氣下燒結2h成瓷，即