[發明專利]微波介質材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310723586.X
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103755129A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 姜少虎;何飛;林慧興;陳瑋;羅瀾
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C03B20/00
• 分類號: C03B20/00
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 劉秋蘭

技術領域

本發明具體涉及一種含石英玻璃的微波介質材料及其制備方法。

背景技術

石英玻璃是目前介電常數最低的無機微波介質材料之一。但目前燒結石英的燒結溫度均在1250～1300℃之間，在此溫度下會產生方石英相。這種晶相的出現不僅造成材料的機械性能變差，而且介電損耗較高，一般在2×10^-3左右，達不到10^-4量級，難以滿足高頻下使用要求。此外由于石英玻璃的熔點在1760℃以上，普通燒結很難使其致密化，現有的燒結石英陶瓷產品都具有較高的氣孔率，一般在8～10%，因而很容易吸潮導致材料的損耗增大和介電常數漂移使其應用受到限制。

要解決以上問題，必須使石英玻璃能夠在低溫下燒結并致密化，一般來說，使微波介質陶瓷在低溫下致密化的方法有以下幾種：1)添加適量的燒結助劑如低熔點氧化物及低熔點玻璃，進行液相活性燒結；2)采用濕化學合成法制取表面活性高的粉體；3)采用顆粒度細的材料，合成溫度的降低有助于燒結溫度的降低；4)選用低燒結溫度的材料體系。

發明內容

本發明針對現有技術中石英玻璃這類微波介質材料在高溫燒結制備時很難使石英玻璃致密化，導致較高的氣孔率、易吸潮導致微波介質材料損耗增大和介電常數漂移的技術問題，目的在于提供一種含石英玻璃的微波介質材料。

本發明的微波介質材料由70～90重量%優選75～85重量%的石英玻璃和10～30重量%優選15～25重量%的硼酸鹽玻璃組成，其中，所述重量%以微波介質材料總重量計。

該硼酸鹽玻璃包括40～60wt%優選50～58wt%的B₂O₃和30～50wt%優選40～50wt%的CaO，還可以包括不超過10wt%的MgO優選包括0.01～5wt%的MgO，其中，所述wt%以硼酸鹽玻璃總重量計。

本發明采用具有低熔點和低介電常數的硼酸鹽玻璃，與石英玻璃混合燒結制備超低介電常數低損耗的微波介質材料，其特征之一是硼酸鹽玻璃的熔點小于1200℃，介電常數和損耗與石英玻璃相似；其特征之二是將低熔點的硼酸鹽玻璃與石英玻璃混合共燒結可以在1000～1150℃條件下得到致密的超低介電常數低損耗的微波介質材料。

本發明的另一目的在于提供一種制備本發明的含石英玻璃的微波介質材料的方法。

本發明的方法依次包括如下步驟：

步驟A)以40～60wt%的B₂O₃、30～50wt%的CaO和0～10wt%的MgO為基礎按照化學當量稱取硼酸、碳酸鈣和碳酸鎂原料，在1000～1200℃保溫熔制2～3小時，均化后直接倒入水中成為碎的硼酸鹽玻璃，所述wt%以硼酸鹽玻璃總重量計；

步驟B)將70～90重量%的石英玻璃和10～30重量%的硼酸鹽玻璃混合，置于球磨機中，并加水進行球磨，石英玻璃+硼酸鹽玻璃：水：研磨球的質量比為1:1.8～2.2:0.6～1.0優選為1:2:0.8，球磨至粒徑D50為3～5微米，然后烘干造粒并壓制成胚體，其中，所述重量%以微波介質材料總重量計；

步驟C)，將胚體在1000～1150℃燒結1.5～4小時即制成含石英玻璃的微波介質材料。

本發明的方法制備的含石英玻璃的微波介質材料的密度優選在2.15～2.22g/cm³。

經過上述方法制備得到的含石英玻璃的微波介質材料在1GHZ以上頻率，介電常數為3.5～4.5，介電損耗不大于8×10^-4，是一類實用的超低介電常數低損耗的微波介質材料。

表1本發明的含石英玻璃的微波介質材料的性能

附圖說明

圖1是硼酸鹽玻璃含量分別是15%、20%、25%時微波介質材料的密度隨燒結溫度的變化曲線。

圖2是微波介質材料的密度、介電常數和介電損耗的關系曲線。

具體實施方式

實施例1

硼酸鹽玻璃組成????B₂O₃????CaO????MgO

????含量wt%????????50??????45?????5

將上述比例按照化學當量換算后稱取硼酸、碳酸鎂、碳酸鈣等原料混合成配合料。將配合料放入坩鍋內，在1100℃熔融并保溫3小時，均化后直接倒入水中成為碎的硼酸鹽玻璃。