一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于无线通讯用介质陶瓷领域，具体涉及一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法，其主要原料为CaCO3、Ga2O3高纯粉末，制备方法为标准固态反应法。通过调控加工工艺和烧结条件获得了优异的微波介电性能，在未来毫米波段无线通讯技术领域有极大的应用价值。域有极大的应用价值。域有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子陶瓷
，具体涉及一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料CaGa2O4及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着无线通讯技术的迅猛发展，近年来手机、WIFI、卫星与雷达等通信频段逐渐朝亚毫米波-毫米波段方向发展。无线通讯系统中作为滤波器、谐振器、振荡器等关键元器件的微波陶瓷材料成为面向毫米波通信发展的关键材料。不同于2G/3G/4G通讯工作在6GHz频段以下，未来亚毫米波(24GHz-30GHz)与毫米波段(60GHz-78GHz)通讯为保证极快的信号传播速度，要求信号延迟时间低于1毫秒。因此，在毫米波通讯元器件中便要求微波介质陶瓷具有尽可能低的介电常数(ε
r
<10)以提高微波器件信号响应、降低微波信号传输的延迟；同时，微波介质陶瓷需要具备高Qf值(Qf>10000GHz)以增强器件的选频特性与降低能量传递损耗；最后，为满足微波元器件在不同环境温度下能够正常工作，微波介质陶瓷的谐振频率温度系数(τ
f
)需要尽可能近零。近年来，随着5G通讯研究与产业布局的推进，(亚)毫米波通信电路中高端元器件的需求量急剧增大。为了促进信息技术的发展，开发出信号传输、响应速度快，温度稳定性强，信号传输质量高、传输损耗小、温度稳定性高的低介电常数微波介质陶瓷，已经成为各国通讯领域研究的重要课题。
[0003]因此，为促进未来通讯技术的发展，亟需开发具有优异性能的低介微波介质陶瓷材料，以丰富(亚)毫米波段无源器件的材料需求。

技术实现思路

[0004]针对现有信息通信
向亚毫米波-毫米波高频通讯方向发展的需要，本专利技术提供一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料及其制备方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)配料：将原料CaCO3、Ga2O3按照CaGa2O4的化学计量比1：1进行配比；
[0008](2)混料：将配料得到的物料、球磨珠、无水乙醇按照1：5：2的质量比置于球磨机中进行湿法球磨，得到泥浆状原料；
[0009](3)烘干：将步骤(2)的泥浆状原料置入烘箱中烘干至恒重，得到干燥的混合料；
[0010](4)预烧：将步骤(3)的混合料过筛分散，然后置入高温炉中预烧，预烧温度为900～1100℃，制得CaGa2O4粉体；
[0011](5)二次球磨：在步骤(4)所得的CaGa2O4粉体中加入无水乙醇和球磨珠，置于球磨机中研磨，形成CaGa2O4浆料；
[0012](6)烘干：将步骤(5)的CaGa2O4浆料置于烘箱中烘干至恒重，得到CaGa2O4粉体；
[0013](7)造粒：将步骤(6)的CaGa2O4化合物粉末过100目标准筛，取筛下料加入聚乙烯醇溶液，混合均匀后将粉料颗粒过60目标准筛，取筛下料压制成圆柱体生坯；
[0014](8)排胶：将圆柱体生坯置于高温炉中以5℃/min的速度升温至650℃，保温2h；
[0015](9)烧结：将排胶处理后的圆柱体生坯进行烧结处理，得到微波介质陶瓷材料CaGa2O4。
[0016]作为优选方案，所述烧结处理的工艺包括：以5℃/min的速度将温度升至1200～1300℃烧结3h，然后以1℃/min的速度降温至1100℃，最后自然降温。
[0017]作为优选方案，所述聚乙烯醇溶液的添加量为筛下料CaGa2O4化合物粉末质量的3～5wt％。
[0018]作为优选方案，在配料前，原料CaCO3和Ga2O3分别放入球磨机连续球磨10h以上从而保证原料均匀分散；其中，原料、氧化锆球磨介质、无水乙醇的质量比为1：5：2。
[0019]作为优选方案，所述步骤(9)之后还包括以下步骤：
[0020](10)后期机械加工：将烧结好的微波介质陶瓷材料CaGa2O4进行研磨抛光。
[0021]作为优选方案，所述CaCO3的纯度为99.99％，所述Ga2O3的纯度为99.99％。
[0022]作为优选方案，所述球磨机为行星式球磨机，转速为260r/min。
[0023]作为优选方案，所述步骤(4)中的预烧温度为1000℃。
[0024]作为优选方案，所述圆柱体生坯的直径为12.7mm，高度为4mm。
[0025]本专利技术还提供如上任一方案所述的制备方法制得的微波介质陶瓷材料，化学式为CaGa2O4，介电常数ε
r
范围为8.97～9.22，品质因数Qf的范围为26136～66000GHz，谐振频率温度系数τ
f
范围为-79.7～-85.6ppm/℃。
[0026]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0027]本专利技术的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的制备方法为标准的固态反应法，制备方法简单，生产成本较低。
[0028]通过设计陶瓷的烧结温度，能够稳定得到具有低介电常数(8.97～9.22)，高品质因数(26136～66000GHz)的微波介质陶瓷材料CaGa2O4，其谐振频率温度系数τ
f
的范围为-79.7～-85.6ppm/℃。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备得到的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的XRD图谱；
[0030]图2为本专利技术实施例1制备得到的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的XRD精修结果示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例1制备得到的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的晶体结构示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例1～5制备得到的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的介电常数随烧结温度变化曲线图；
[0033]图5为本专利技术实施例1～5制备得到的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的品质因数随烧结温度变化曲线图；
[0034]图6为本专利技术实施例1～5制备得到的微波介质陶瓷材料CaGa2O4的谐振频率温度系数随烧结温度变化曲线图。
具体实施方式
[0035]下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述说明。
[0036]实施例1：
[0037]本实施例的低介微波介质陶瓷材料CaGa2O4的制备方法，包括以下步骤：
[0038](1)配料：CaCO3(纯度99.99％)、Ga2O3(纯度99.99％)按照CaGa2O4的化学计量1：1进行配比；
[0039](2)混料：将上述混合料倒入球磨机中，按1：5：2的质量比分别加入球磨介质和无水乙醇，置于行星式球磨机中，以260r/min的转速球磨3h，得到浆料；
[0040](3)烘干：将球磨后的浆料倒出，置入烘箱中于70℃下干燥至恒重，得到干燥的混合料；
[0041](4)预烧：将上一步得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于5G毫米波通讯应用的低介微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配料：将原料CaCO3、Ga2O3按照CaGa2O4的化学计量比1：1进行配比；(2)混料：将配料得到的物料、球磨珠、无水乙醇按照1：5：2的质量比置于球磨机中进行湿法球磨，得到泥浆状原料；(3)烘干：将步骤(2)的泥浆状原料置入烘箱中烘干至恒重，得到干燥的混合料；(4)预烧：将步骤(3)的混合料过筛分散，然后置入高温炉中预烧，预烧温度为900～1100℃，制得CaGa2O4粉体；(5)二次球磨：在步骤(4)所得的CaGa2O4粉体中加入无水乙醇和球磨珠，置于球磨机中研磨，形成CaGa2O4浆料；(6)烘干：将步骤(5)的CaGa2O4浆料置于烘箱中烘干至恒重，得到CaGa2O4粉体；(7)造粒：将步骤(6)的CaGa2O4化合物粉末过100目标准筛，取筛下料加入聚乙烯醇溶液，混合均匀后将粉料颗粒过60目标准筛，取筛下料压制成圆柱体生坯；(8)排胶：将圆柱体生坯置于高温炉中以5℃/min的速度升温至650℃，保温2h；(9)烧结：将排胶处理后的圆柱体生坯进行烧结处理，得到微波介质陶瓷材料CaGa2O4。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的工艺包括：以5℃/min的速度将温度升至1200～1300℃烧结3h，然后以1℃/min的速度降温至1100℃，最后自然...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兵，沙柯，周梦飞，宋开新，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：