[0034] 下面结合具体实施例以及对比例进一步阐释本发明。
[0035] 对照例1(LiF‑0wt%CaTiO3)
[0036] (1)LiF原料粉末预处理:在LiF粉末中添加10wt%的去离子水,在石英坩埚研磨混合均匀。
[0037] (2)LiF预压处理:将润湿的部分LiF粉末置于模具中。
[0038] (3)冷烧结:将模具放入热压机中,调整热压机的工作程序,使LiF陶瓷生坯在500MPa压力与150℃条件下冷烧结处理1h。冷烧结结束后获得初步致密化的LiF陶瓷生坯。
[0039] (4)退火热处理:将步骤(3)所得的陶瓷生坯放入马弗炉中,升温至800℃热处理3h,最终得到具有核‑壳结构的致密化LiF陶瓷。
[0040] (5)微波性能测试:将步骤(4)得到的致密陶瓷进行表面磨削与抛光,之后利用网络分析仪与配套测试夹具评价样品的微波介电性能。
[0041] 实施例1(LiF–2wt%CaTiO3)
[0042] (1)CaTiO3原料配料:将CaCO3和TiO2按CaTiO3化学计量比进行配料,连续球磨24h后烘干,过120目筛;
[0043] (2)CaTiO3原料预烧:将步骤(1)制得的粉料在1200℃下煅烧3小时后,二次球磨并过120目筛;
[0044] (3)CaTiO3陶瓷烧结:将步骤(2)制得的粉料压制成生坯,在1400℃烧结3h制得致密的CaTiO3陶瓷块体。
[0045] (4)LiF原料粉末预处理:在LiF粉末中添加10wt%的去离子水,在石英坩埚研磨混合均匀。
[0046] (5)LiF‑CaTiO3预压处理:称取适量的LiF预处理粉末,将部分LiF粉末置于模具中,预压后加入2wt%质量分数的CaTiO3陶瓷,随后将剩余的LiF粉末加入模具中,预压后使LiF包覆CaTiO3陶瓷。
[0047] (6)冷烧结:将模具放入热压机中,调整热压机的工作程序,使LiF‑CaTiO3陶瓷生坯在500MPa压力与150℃条件下冷烧结处理1h。冷烧结结束后获得初步致密化的陶瓷生坯。
[0048] (7)退火热处理:将步骤(6)所得的陶瓷生坯放入马弗炉中,升温至800℃热处理3h,最终得到具有核‑壳结构的致密化LiF‑2wt%CaTiO3陶瓷。
[0049] (8)微波性能测试:将步骤(7)得到的致密陶瓷进行表面磨削与抛光,之后利用网络分析仪与配套测试夹具评价样品的微波介电性能。
[0050] 实施例2(LiF–5wt%CaTiO3)
[0051] (1)CaTiO3原料配料:将CaCO3和TiO2按CaTiO3化学计量比进行配料,连续球磨24h后烘干,过120目筛;
[0052] (2)CaTiO3原料预烧:将步骤(1)制得的粉料在1200℃下煅烧3小时后,二次球磨并过120目筛;
[0053] (3)CaTiO3陶瓷烧结:将步骤(2)制得的粉料压制成生坯,在1400℃烧结3h制得致密的CaTiO3陶瓷块体。
[0054] (4)LiF原料粉末预处理:在LiF粉末中添加10wt%的去离子水,在石英坩埚研磨混合均匀。
[0055] (5)LiF‑CaTiO3预压处理:称取适量的LiF预处理粉末,将部分LiF粉末置于模具中,预压后加入5wt%质量分数的CaTiO3陶瓷,随后将剩余的LiF粉末加入模具中,预压后使LiF包覆CaTiO3陶瓷。
[0056] (6)冷烧结:将模具放入热压机中,调整热压机的工作程序,使LiF‑CaTiO3陶瓷生坯在500MPa压力与150℃条件下冷烧结处理1h。冷烧结结束后获得初步致密化的陶瓷生坯。
[0057] (7)退火热处理:将步骤(6)所得的陶瓷生坯放入马弗炉中,升温至800℃热处理3h,最终得到具有核‑壳结构的致密化LiF‑5wt%CaTiO3陶瓷。
[0058] (8)微波性能测试:将步骤(7)得到的致密陶瓷进行表面磨削与抛光,之后利用网络分析仪与配套测试夹具评价样品的微波介电性能。
[0059] 实施例3(LiF–10wt%CaTiO3)
[0060] (1)CaTiO3原料配料:将CaCO3和TiO2按CaTiO3化学计量比进行配料,连续球磨24h后烘干,过120目筛;
[0061] (2)CaTiO3原料预烧:将步骤(1)制得的粉料在1200℃下煅烧3小时后,二次球磨并过120目筛;
[0062] (3)CaTiO3陶瓷烧结:将步骤(2)制得的粉料压制成生坯,在1400℃烧结3h制得致密的CaTiO3陶瓷块体。
[0063] (4)LiF原料粉末预处理:在LiF粉末中添加10wt%的去离子水,在石英坩埚研磨混合均匀。
[0064] (5)LiF‑CaTiO3预压处理:称取适量的LiF预处理粉末,将部分LiF粉末置于模具中,预压后加入10wt%质量分数的CaTiO3陶瓷,随后将剩余的LiF粉末加入模具中,预压后使LiF包覆CaTiO3陶瓷。
[0065] (6)冷烧结:将模具放入热压机中,调整热压机的工作程序,使LiF‑CaTiO3陶瓷生坯在500MPa压力与150℃条件下冷烧结处理1h。冷烧结结束后获得初步致密化的陶瓷生坯。
[0066] (7)退火热处理:将步骤(6)所得的陶瓷生坯放入马弗炉中,升温至800℃热处理3h,最终得到具有核‑壳结构的致密化LiF‑10wt%CaTiO3陶瓷。
[0067] (8)微波性能测试:将步骤(7)得到的致密陶瓷进行表面磨削与抛光,之后利用网络分析仪与配套测试夹具评价样品的微波介电性能。
[0068] 由图2XRD图谱可知,对照例1中XRD衍射图表现出LiF的标准衍射图谱,在其中没有观察到任何其它第二相。随着实施例中CaTiO3核层质量分数的提高,在XRD图谱中逐渐出现CaTiO3的衍射峰,且这些衍射峰的强度随着CaTiO3含量的增加而逐渐增大。除LiF与CaTiO3的衍射峰之外没有观察到其它第二相,这表明实施例中成功制备了LiF‑CaTiO3核壳结构陶瓷,且两相之间没有发生化学反应。
[0069] 图3为实施例3所得核壳结构陶瓷的SEM图谱及能谱分析。由图3(a)可知,在陶瓷内部存在一明显且紧密的LiF与CaTiO3的两相界面。图3(b‑d)为白色方框选定区域的元素(F,Ca,Ti)面分布,由图可知,LiF与CaTiO3两相分别位于边界两侧,且界面清晰,没有发生化学反应。图3(e)给出的能谱图进一步证明陶瓷内仅存在LiF与CaTiO3两相。
[0070] 图4为对照例1和实施例陶瓷εr随CaTiO3质量分数的变化图。由图可知,随着CaTiO3含量的增加,陶瓷的介电常数逐渐增大,这主要是由于CaTiO3陶瓷的介电常数远高于LiF。
[0071] 图5为对照例1和实施例陶瓷Qf值随CaTiO3质量分数的变化图。随着CaTiO3含量的增加,Qf值有一定程度的下降,这主要是因为引入了两相的界面且CaTiO3陶瓷的Qf值低于LiF陶瓷。但是,Qf值下降的程度不明显,并且在实施例3中也能够保持十分优异的Qf值(82000GHz),相比较与传统两相混合的复相陶瓷,优势十分明显。
[0072] 图6为对照例1和实施例陶瓷τf值随CaTiO3质量分数的变化图。由图可知,随着CaTiO3含量的增加,陶瓷τf值迅速地增大并在实施例3中获得了近零的τf值(+2ppm/℃)。
[0073] 结合图4‑6的数据可知,通过本发明制得具有核壳结构的LiF‑CaTiO3陶瓷能够有效地改善谐振频率温度系数,且保持优异的微波介电性能。在实施例3中获得具有优异微波介电性能和温度稳定特性的微波介质陶瓷(εr=13.4,Qf=82000GHz,τf=+2ppm/℃)。在上述实施例中,选用相同或相近的参数,目的是为了便于说明各实施例与对照例的对比效果。本发明方法各步骤的参数并不限定于上述实施例。例如,步骤(2)中预烧温度还可以为1150℃、1175℃、1225℃、1250℃等。步骤(6)中冷烧结的压力还可以为300Mpa、400Mpa、450Mpa、
550Mpa、600Mpa等。步骤(6)中冷烧结的温度还可以为100℃、125℃、175℃、200℃等。
[0074] 本发明基于冷烧结工艺,在LiF粉体中添加致密化的CaTiO3陶瓷制备具有核‑壳结构的LiF‑CaTiO3陶瓷体系。相比于传统的两相混合的复相陶瓷制备工艺,本发明中两相相对独立且不发生化学反应,有效避免了两物相完全混合所引起的Qf值的急剧恶化。通过调控CaTiO3的质量分数(2wt%,5wt%,10wt%)以获得具有良好温度稳定性和优异微波介电性能的新型介质陶瓷。
[0075] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。