[發(fā)明專利]一種鈦酸鎂摻雜氧化鋁微波介質陶瓷

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• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107129281A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 李蔚;胡家駒;劉會嬌
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 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(fā)明涉及一種鈦酸鎂摻雜氧化鋁陶瓷，是一種環(huán)境友好的低介電損耗微波介質材料，可用于微波通訊、電真空等領域。

背景技術

氧化鋁陶瓷是一種重要的介質材料，不僅電絕緣性能好、介電損耗低、導熱率高、耐高溫和化學腐蝕，且價格低廉，工藝成熟，因此在電子、通信、電真空等領域應用廣泛。但是，由于信息技術的高速發(fā)展，對介質材料的要求越來越高，氧化鋁陶瓷的不足日益明顯，其中最突出的就是介電損耗偏大，Q×f值偏低。為了減小氧化鋁陶瓷的介電損耗，提高其Q×f值，最常見和有效的方法就是摻雜。比如，N.M.Alord等人通過在氧化鋁陶瓷材料中添加0.5wt%氧化鈦，使介電損耗大幅下降，Q×f值升至452790GHz。C.L.Huang等人采用高純的納米氧化鋁粉體為原料并添加0.5wt%氧化鈦，將Q×f值進一步提高至680000GHz（14GHz下）。在國內，張巨先通過在氧化鋁陶瓷中摻入少量氧化鎂，并利用二次燒結工藝，所獲得材料Q×f值達950000GHz，達到藍寶石的水平。不過，氧化鎂、氧化鈦摻雜雖然常見，但有一個缺點，就是鎂離子（+2價）、鈦離子（+4價）與鋁離子（+3價）價態(tài)不同，當氧化鎂或氧化鈦摻雜固溶到氧化鋁晶格中時，容易形成空位缺陷，導致介電損耗增加，性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供一種鈦酸鎂摻雜氧化鋁微波介質陶瓷，這種氧化鋁微波介質陶瓷具有介電損耗較低的特點，同時摻雜物固溶過程中不容易產(chǎn)生空位缺陷。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：以高純氧化鋁（Al₂O₃）粉體（>99.95%）作為原料，以鈦酸鎂（MgTiO₃）作為摻雜物，濕法球磨混合后，再經(jīng)干燥、研磨、過篩得到混合粉料。將所得粉料干壓成型后，置于電爐中，升溫至預定溫度保溫一定的時間, 冷卻后就得到致密的鈦酸鎂摻雜氧化鋁陶瓷樣品。

上述技術方案的配方為：每100克氧化鋁粉體原料中鈦酸鎂的摻雜量為0.2~0.4克。

上述技術方案的混合工藝參數(shù)為：球磨時間為24小時，球磨介質為去離子水和氧化鋯球，料：水：球=1:2:3，球磨機轉速為30-50轉/分。

上述技術方案的干燥工藝參數(shù)為：干燥溫度為100-150℃。

上述技術方案中的成型和燒結的工藝參數(shù)為：成型的壓力為50~150MPa，燒結溫度為1580-1620℃，保溫時間為3-5小時, 升溫速度為每分鐘2-5度，燒結完成后自然冷卻，即可得到致密的鈦酸鎂摻雜氧化鋁陶瓷樣品。

按上述方式制備的氧化鋁陶瓷具有優(yōu)良的微波介電性能。用Hakii- Coleman介質柱諧振法測量，其介電常數(shù)為9.99-10.05，Q × f值可達1878900-199550GHz（其中，當鈦酸鎂的摻雜量為0.3wt%時，最后所得的氧化鋁陶瓷的Q × f值達到最高為199550GHz）。

和氧化鎂或氧化鈦等摻雜相比，鈦酸鎂摻雜時是一個+2價的鎂離子和一個+4價的鈦離子同時固溶入氧化鋁晶格中，其平均價態(tài)是+3價，與鋁離子價態(tài)相同，因此不容易形成空位缺陷，避免出現(xiàn)介電損耗增加和性能不穩(wěn)定等問題。本發(fā)明工藝路線簡單，生產(chǎn)流程短，設備要求較低，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1 是鈦酸鎂摻雜氧化鋁陶瓷的Q × f 值隨鈦酸鎂摻雜量的變化曲線。從圖1可以看到，當每百克氧化鋁量中鈦酸鎂摻雜量為的0.2-0.4克時，所得氧化鋁陶瓷的Q × f值比較高，而當鈦酸鎂摻雜量過低或過高時，Q × f 值都會明顯下降。

下面結合圖1和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。

具體實施方式

實施例1：一種鈦酸鎂摻雜氧化鋁陶瓷，它是通過以下方法制備而成的：稱取高純氧化鋁粉體（>99.95%）100克和鈦酸鎂粉體0.1克作為原料，將二者加入球磨罐中，加去離子水和氧化鋯磨球進行濕法球磨混合（料：水：球=1:2:3），球磨時間為24小時，球磨機轉速為40轉/分。之后將水抽濾掉，將混合料在120℃的烘箱中干燥、過篩，得到均勻的混合粉料。在混合粉料中加入適量粘結劑，在100MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱狀樣品，置于硅鉬棒電爐中1600℃下保溫4小時。