一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料制备技术领域。本发明专利技术的淡黄色透明溶液中柠檬酸与稀土金属阳离子、钙离子、镁离子可以发生络合，有机物键具有较高的活性，钛酸丁酯中高分子链断裂后形成的不饱和钛氧键亦具有高的活性，对陶瓷颗粒进行粘结，然后炭化使微波陶瓷致密化，使微波陶瓷材料的烧结成型温度降低；本发明专利技术微波陶瓷材料在烧结过程中，硅酸钙镁粉体经过700～800℃的烧结，硅氧硅键断裂，形成CaSiO3和MgCaSi2O6的混合相，能够有效减少陶瓷中的气孔，从而提高了烧结体的致密性，使微波陶瓷材料的共振频率下降，使微波陶瓷材料难以发生共振或使共振频率下降，微波陶瓷材料工作时减少对高频微波的能量损耗，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法
本专利技术公开了一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料制备

技术介绍
微波陶瓷又称微波介质陶瓷于微波领域的陶瓷材料的总称。按用途可分为两大类：低损耗和超低损耗微波陶瓷，如高侣氧陶瓷、金红石瓷、多钦酸钡瓷、锡错低陶瓷、钮酸盐系陶瓷、含稀一仁氧化物钦酸盐多兀系瓷等、具有足够的机械强度、适宜的膨胀系数和介电常数、布尺高的电学品质因素低的频率温度系数，主要用于制作波介质谐振器，版波集成电路基片，微波输出讶等。微波衰减瓷，如金瓷渗碳多孔陶瓷、碳化硅衰减瓷、二氧化钦哀减瓷和铁氧体衰减瓷等，这类材料是绝缘的陶瓷材料与寸电材料或者电阻材料所组成的复合材料是一种半导性物质主要用于切断去祸、抑制带边振荡和高几或寄生模式的振荡以及消除共非计模式等作用。在电子对抗和微波测量系统，和作为衰减器及微波吸收材料等。随着电子信息产业的高速发展，电子功能器件和微波系统的开发与应用朝着小型化、功能模块化、应用高频化与宽频化、微电子电路集成化、设计片式化以及成本低廉化的方向发展。因此，新型功能微波陶瓷材料及其片式元器件的制备技术已成为当今的一大研究热点。具有介电可调和低温烧结特性的复合微波陶瓷作为电调谐微波谐振器、滤波器以及微波介质天线等可调微波元器件的关键材料，具有重要的应用价值，可以广泛地应用于移动通讯、卫星定位系统、汽车电子产品、雷达以及军用的制导系统等领域，受到研究者、产业界的高度重视。利用铁电材料的电学非线性是实现无源可调微波器件的重要技术途径之一，而单纯的BaTiO3基铁电材料体系，往往具有较高的介电常数，在可调微波器件应用方面，很难满足其空间阻抗匹配的要求。对于常规传统的微波陶瓷材料，其功能特性相对较为单一，基本不具有介电可调特性，也不能满足可调微波器件的设计要求。同时，BaTiO3基铁电材料和微波陶瓷材料的烧结温度一般都在1000℃以上，还不能很好的满足低温共烧陶瓷技术的需求，难于实现微波器件模块化和尺寸小型化。因此，在当今电子器件多功能化、功能模块化和尺寸小型化的发展趋势下，寻找介电常数系列化、具有介电可调特性且可以低温烧结的新型微波介质陶瓷材料体系是一个重要的发展方向。现有技术下的微波陶瓷材料在高频微波下，对微波能量损耗大。因此，专利技术一种损耗小、烧结成型温度低的微波陶瓷材料对陶瓷材料制备
具有积极意义。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题，针对微波陶瓷材料在高频微波下，对微波能量损耗大以及烧结成型温度高的缺陷，提供了一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取40～45g硝酸钙、30～35g硝酸镁、120～150mL正硅酸乙酯分散于装有200～250mL无水乙醇的烧杯中，继续加入15～20mL聚乙烯醇，用磁力搅拌器搅拌分散，得到分散液，向烧杯中继续加入硝酸调节pH，得到混合溶液；（2）将上述混合溶液置于水浴锅中，加热升温，保温陈化，得到凝胶，将凝胶置于烘箱中，干燥，得到干凝胶，将干凝胶置于高温煅烧炉中，加热升温，保温烧结，得到硅酸钙镁粉体；（3）将40～50mL钛酸丁酯加入装有180～200mL乙二醇溶液的烧杯中，加热升温，向烧杯中加入30～35g柠檬酸，启动搅拌器搅拌混合，直至柠檬酸完全溶解，得到淡黄色的透明溶液；（4）将20～25g氧化钕和30～35g氧化镧溶于200～250mL硝酸溶液中，得到硝酸稀土金属盐溶液，按重量份数计，将70～80份上述淡黄色的透明溶液、40～50份硝酸稀土金属盐溶液、4～5份碳酸钙、6～7份碳酸锂混合置于水浴锅中，加热升温，保温，继续加热升温，保温，得到粘稠树脂；（5）将粘稠树脂放入焦化炉中，通入氮气，加热升温，保温焦化后，放入粉碎机中粉碎，得到树脂颗粒，将树脂颗粒置于煅烧炉中，通入空气，加热升温，预烧得到陶瓷粉末，按重量份数计，将70～80份陶瓷粉末、30～40份硅酸钙镁粉体放入100～120份聚乙烯醇溶液中，得到陶瓷粉浆；（6）将陶瓷粉浆置于高速离心机中，离心处理，去除上层清液得到下层沉淀颗粒，将沉淀颗粒装入圆柱形模具中，将圆柱形模具置于压力机中压制成型后，转移至马弗炉中，加热升温，保温烧结，得到微波陶瓷材料。步骤（1）所述的磁力搅拌器搅拌转速为400～450r/min，搅拌分散时间为30～35min，硝酸的质量分数为15%，硝酸调节pH后为2.0～2.3。步骤（2）所述的对水浴锅加热升温后温度为60～70℃，保温陈化时间为15～20h，烘箱设定温度为90～100℃，干燥时间为20～24h，升温速率为8～10℃/min，加热升温后温度为1000～1100℃，保温烧结时间为2～3h。步骤（3）所述的乙二醇溶液的质量分数为25%，加热升温后温度为80～90℃，搅拌器转速为300～350r/min。步骤（4）所述的硝酸溶液的质量分数为30%，加热升温后温度为80～85℃，保温时间为2～3h，继续加热升温后温度为130～150℃，保温时间为1～2h。步骤（5）所述的加热升温后温度为230～250℃，保温焦化时间为30～35min，粉碎时间为3～4h，加热升温后温度为900～1000℃，预烧时间为3～4h，聚乙烯醇溶液的质量分数为5%。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术将硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯分散于无水乙醇中水解，加入聚乙烯醇后搅拌分散，调节pH后得到混合溶液，经加热陈化得到凝胶，再经过干燥、烧结得到硅酸钙镁粉体，以钛酸丁酯、乙二醇溶液、柠檬酸为原料，经搅拌分散得到淡黄色透明溶液，向其中加入硝酸稀土金属盐溶液、碳酸钙、碳酸锂，经过保温络合反应得到粘稠树脂，将粘稠树脂焦化、粉碎、烧结得到陶瓷粉末，将陶瓷粉末和硅酸钙镁粉体放入聚乙烯醇中高速离心，得到沉淀颗粒，经过装模、压制成型、烧结得到微波陶瓷材料，本专利技术的淡黄色透明溶液中柠檬酸与稀土金属阳离子、钙离子、镁离子可以发生络合，形成络合的粘稠树脂，当在低温下锻烧粘稠树脂时，凝胶体系中的高分子链主要是钛酸丁酯中的烷基链开始断裂，断开的有机物键具有较高的活性，致使部分有机物和氧气结合燃烧产生蒸汽、一氧化碳和二氧化碳气体，另一部分具有不饱和键的有机物与氧原子以及“冻结”在凝胶网络中的钙离子结合形成碳酸钙，而钛酸丁酯中高分子链断裂后形成的不饱和钛氧键亦具有高的活性，与“冻结”在凝胶网络中的钙离子结合形成钛酸钙相，由于树脂颗粒相对于无机盐陶瓷颗粒，熔点较低，烧结时树脂颗粒先熔融，对陶瓷颗粒进行粘结，然后炭化使微波陶瓷致密化，从而使微波陶瓷材料的烧结成型温度降低；（2）本专利技术微波陶瓷材料在烧结过程中，硅酸钙镁粉体经过700～800℃的烧结，硅氧硅键断裂，形成CaSiO3和MgCaSi2O6的混合相，相邻晶粒间大多为结构相异的CaSiO3和MgCaSi2O6相，晶粒不易聚集长大成片，能够有效减少陶瓷中的气孔，从而提高了烧结体的致密性，由于本专利技术的微波陶瓷相邻晶粒结构相异，高频微波振动时，微波陶瓷材料工作时相邻晶粒发生不同的谐振，固有共振频率不同，电容下降，介电系数下降，从而使微波陶瓷材料难以发生共振或使共振频率下降，微波陶瓷材料工作时减少对高频微波的能量损耗，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取40～45g硝酸钙、30～35g硝酸镁、120～150mL正硅酸乙酯分散于装有200～250mL无水乙醇的烧杯中，继续加入15～20mL聚乙烯醇，用磁力搅拌器搅拌分散，得到分散液，向烧杯中继续加入硝酸调节pH，得到混合溶液；（2）将上述混合溶液置于水浴锅中，加热升温，保温陈化，得到凝胶，将凝胶置于烘箱中，干燥，得到干凝胶，将干凝胶置于高温煅烧炉中，加热升温，保温烧结，得到硅酸钙镁粉体；（3）将40～50mL钛酸丁酯加入装有180～200mL乙二醇溶液的烧杯中，加热升温，向烧杯中加入30～35g柠檬酸，启动搅拌器搅拌混合，直至柠檬酸完全溶解，得到淡黄色的透明溶液；（4）将20～25g氧化钕和30～35g氧化镧溶于200～250mL硝酸溶液中，得到硝酸稀土金属盐溶液，按重量份数计，将70～80份上述淡黄色的透明溶液、40～50份硝酸稀土金属盐溶液、4～5份碳酸钙、6～7份碳酸锂混合置于水浴锅中，加热升温，保温，继续加热升温，保温，得到粘稠树脂；（5）将粘稠树脂放入焦化炉中，通入氮气，加热升温，保温焦化后，放入粉碎机中粉碎，得到树脂颗粒，将树脂颗粒置于煅烧炉中，通入空气，加热升温，预烧得到陶瓷粉末，按重量份数计，将70～80份陶瓷粉末、30～40份硅酸钙镁粉体放入100～120份聚乙烯醇溶液中，得到陶瓷粉浆；（6）将陶瓷粉浆置于高速离心机中，离心处理，去除上层清液得到下层沉淀颗粒，将沉淀颗粒装入圆柱形模具中，将圆柱形模具置于压力机中压制成型后，转移至马弗炉中，加热升温，保温烧结，得到微波陶瓷材料。...

【技术特征摘要】
1.一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取40～45g硝酸钙、30～35g硝酸镁、120～150mL正硅酸乙酯分散于装有200～250mL无水乙醇的烧杯中，继续加入15～20mL聚乙烯醇，用磁力搅拌器搅拌分散，得到分散液，向烧杯中继续加入硝酸调节pH，得到混合溶液；（2）将上述混合溶液置于水浴锅中，加热升温，保温陈化，得到凝胶，将凝胶置于烘箱中，干燥，得到干凝胶，将干凝胶置于高温煅烧炉中，加热升温，保温烧结，得到硅酸钙镁粉体；（3）将40～50mL钛酸丁酯加入装有180～200mL乙二醇溶液的烧杯中，加热升温，向烧杯中加入30～35g柠檬酸，启动搅拌器搅拌混合，直至柠檬酸完全溶解，得到淡黄色的透明溶液；（4）将20～25g氧化钕和30～35g氧化镧溶于200～250mL硝酸溶液中，得到硝酸稀土金属盐溶液，按重量份数计，将70～80份上述淡黄色的透明溶液、40～50份硝酸稀土金属盐溶液、4～5份碳酸钙、6～7份碳酸锂混合置于水浴锅中，加热升温，保温，继续加热升温，保温，得到粘稠树脂；（5）将粘稠树脂放入焦化炉中，通入氮气，加热升温，保温焦化后，放入粉碎机中粉碎，得到树脂颗粒，将树脂颗粒置于煅烧炉中，通入空气，加热升温，预烧得到陶瓷粉末，按重量份数计，将70～80份陶瓷粉末、30～40份硅酸钙镁粉体放入100～120份聚乙烯醇溶液中，得到陶瓷粉浆；（6）将陶瓷粉浆置于高速离心机中，离心处理，去除上层清液得到下层沉淀颗粒，将沉淀颗粒装入圆柱形模具中，将圆柱形模具置于压力机中压制成型后，转移至马弗炉中，加热升温，保温烧结，得到微波陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的一种低损耗低温共烧微波陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，何少雄，陈可，
申请(专利权)人：俞小峰，
类型：发明
国别省市：江苏,32