[發明專利]一種氧化鋁基微波陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 201510435764.8
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105084873A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 董桂霞;張茜;董麗
• 申請（專利權）人: 華北理工大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氧化鋁基微波陶瓷的制備方法，特別涉及到具有高致密度、穩定的介電常數、低的介電損耗的氧化鋁陶瓷材料，用于高功率微波器件中隔離大氣壞境和腔內高真空壞境的微波輻射窗口。

背景技術

微波輻射窗口是高功率微波器件中大量使用的主要元件之一，它具有隔離大氣環境和高功率微波器件腔內高真空環境的作用，隨著高功率微波技術的迅猛發展，L和X波段的微波源輸出峰值功率不斷的提高，目前已經超過了1MW，當如此高功率的電磁波通過微波輻射窗時，微波輻射窗口會因受到熱應力、熱沖擊以及局部熱擊穿的作用而導致結構損壞，最終會導致微波器件停止工作。另外，微波窗口材料的介電穩定性也影響微波的傳輸質量。而陶瓷微波輻射窗口不僅具有很好的機械強度、穩定的介電常數、較低的介電損耗而且還具有耐磨性和可加工性，并且該類陶瓷微波輻射窗口是加速器、耦合器、高功率激光源、高功率雷達等高功率源技術發展的前提，也是國內高功率微波技術發展的重中之重。因此，改善陶瓷輻射窗口的特性尤為受到大家的關注。

隨著科技的不斷發展，陶瓷基微波輻射窗口仍有較大的發展空間。改善其特性的關鍵是研發具有穩定介電常數和低介電損耗的陶瓷基微波材料。鑒于氧化鋁(Al₂O₃)陶瓷材料具有很好的機械強度、良好的介電常數穩定性、較低的介電損耗、良好的耐磨性和可加工性等特點，所以Al₂O₃陶瓷在功能陶瓷材料中應用面廣，發展迅速。近年來我國對Al₂O₃陶瓷微波輻射窗口進行了深入的研究并且取得了一些成果，例如紅星電子有限公司生產的Al₂O₃陶瓷介電常數比較穩定，介電損耗小于10^-4(2.9GHZ)并且導熱率達到25w/mk，耐壓強度大于10kv/mm，可以應用于百KW級功率源。由此可見，我國目前已經實現了百KW級功率源用Al₂O₃陶瓷微波輻射窗口的工業化生產，而其相關的工藝和設備與MW級高功率源用Al₂O₃陶瓷材料的產業化有一定的適應性。所以，不管是技術引進還是合作開發，我國都能夠迅速找到切入點，實現高功率Al₂O₃陶瓷微波輻射窗口的研制和生產。

發明內容

本發明的內容在于提供一種氧化鋁基微波陶瓷的制備方法，滿足高功率微波器件中輻射窗口對材料介電性能的要求，具有廣泛的應用領域。

一種氧化鋁基微波陶瓷，其特征在于，包括以下步驟：

1)將優級純Al₂O₃粉體在1200℃溫度下預燒2h。

2)將步驟1)中得到的Al₂O₃粉體摻雜0.4wt.％的CuO，1.2wt.％的TiO₂，0～2.0wt.％的MgO，以無水乙醇作為球磨介質按料∶瑪瑙球∶無水乙醇＝1∶3∶2的比例球磨24h，然后在烘箱中以70℃的溫度恒溫至干燥，過80目篩。

3)將步驟2)中得到的粉體加入15％的粘結劑研磨造粒。

4)將步驟3)中得到的粉體采用干壓成型的方法壓制成直徑為16mm、厚度為4mm左右的生坯，壓力為5MPa，保壓5分鐘。

5)將成型的生坯片以100℃/h的升溫速度升溫至600℃保溫1h排膠然后以4℃/min繼續升溫分別至1450℃、1480℃、1500℃、1550℃、1600℃保溫4h，之后以200℃/h降溫至600℃后隨爐冷得到陶瓷樣品。

所述的Al₂O₃粉體預燒初始升溫速度為4℃/min到達800℃保溫1h，然后以2.5℃/min的升溫速度升溫至1200℃，保溫2h。

所述的粘結劑為濃度為5％的PVA。

本發明的特點是：在制備陶瓷粉料的過程中，分別摻入不同含量的MgO，相同含量的CuO和TiO₂，并在不同溫度下燒結陶瓷塊體，從而研究MgO含量和燒結溫度對樣品性能的影響。得出，當燒結溫度為1500℃，MgO含量為0.1wt.％時，Al₂O₃陶瓷的綜合性能較好：相對密度達到最大值為98.83％，介電常數為10左右，介電損耗小于1×10^-4。

附圖說明