[發明專利]一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202211367083.9
• 申請日: 2022-11-02
• 公開（公告）號: CN115959893B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 王哲飛;趙帥宇;周旭宇;劉子崢;唐久恒;余磊
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: C04B35/195
• 分類號: C04B35/195;C04B35/465;C04B35/622;C04B35/632;C04B35/634;C04B35/64
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

本發明公開了一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料，由以下質量比的組分原料燒結制成：40～45％石墨尾礦粉末，20～25％鋁土礦粉末，32～38％毒重石礦粉末，所述低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料的主物相是鋇長石固溶相和鈦酸鈣。本發明還公開了一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料的制備方法，包括將所有非金屬礦通過破碎篩分獲得粉體，采用干法滾磨的方式將石墨尾礦、鋁土礦粉體均勻混合后煅燒，再通過濕法球磨的方式將煅燒后粉體與毒重石礦粉體混合均勻烘干后再次煅燒，最終通過濕法球磨的方式將二次煅燒后的粉體與添加劑混合均勻烘干后干壓制坯燒結。本發明通過組分復配、原位合成相結合的方法實現質優價廉的非金屬礦質微波介質陶瓷材料的制備。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷材料及其制備方法，特別是涉及一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

微波的工作頻帶寬，可傳輸信息容量大，抗干擾能力強，在通信領域和軍事領域方面有著重要應用前景，目前也被應用于5G移動通信的毫米波技術。隨著通信技術的飛速發展，通信頻率也逐漸向高頻邁進，高頻下的信號傳輸延遲將制約毫米波技術的持續發展，而低介電常數的陶瓷材料可以顯著降低信號傳輸時間，因此，近些年來，高性能的低介電常數微波介質陶瓷材料體系成為了研究熱點，例如Al₂O₃系、BaAl₂Si₂O₈系、A₂SiO₄(A＝Zn,Mg)系、A₃(VO₄)₂(A＝Mg,Co,Zn,Ba)系等。

鋇長石BaAl₂Si₂O₈是由BaO-Al₂O₃-SiO₂形成的穩定化合物，具有比較低的介電常數(6-7)、較高的品質因數(Q×f10000GHz)，是一種很有潛力的低介電常數陶瓷材料。相關研究表明，鋇長石主要單斜、六方和正交三種相，其中六方相具有更高的對稱性和更低的形核阻力，在制備過程中優先形核析出，而性能更優的單斜相只能從亞穩態的六方相中結晶析出，兩者晶體結構的巨大差異性使其轉變過程非常緩慢。目前主流的方法是添加氧化物形核劑(ZrO₂、TiO₂、Li₂O、MgO、CaO等)可以有效促進晶型轉變。

發明人在之前的研究中采用石墨尾礦作為主要原料制備了可應用于5G通信的低介電常數微波介質陶瓷材料(公開號CN113121214A)，其中石墨尾礦組分中本身含有一定量的TiO₂、Li₂O、MgO、CaO，無需添加形核劑即可形成單斜鋇長石相，然而，在石墨尾礦的改性過程加入了較多量的BaCO₃、Al₂O₃等高純度化工原料，使得石墨尾礦基微波介質陶瓷材料在材料價廉質優方面仍存在一些技術缺陷。

發明內容

針對上述現有技術缺陷，本發明的任務在于提供一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料，本發明的另一任務在于提供一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料的制備方法，為5G移動通信用微波介質陶瓷材料提供一種新的制備途徑，并提高材料微波介電性能。

本發明技術方案是這樣的：一種低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料，由以下質量比的組分原料燒結制成：40～45％石墨尾礦粉末，20～25％鋁土礦粉末，32～38％毒重石礦粉末，所述低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料的主物相是鋇長石固溶相和鈦酸鈣。

進一步地，所述低成本非金屬礦質微波介質陶瓷材料的相對介電常數為6.12～6.54，品質因數為38262～49124GHz，諧振頻率溫度系數為-5～-10ppm/℃。