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一种低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料及其制备方法 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2019-11-29

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2020-04-10

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2022-03-01

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2039-11-29

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201911198591.7	申请日	2019-11-29
公开/公告号	CN110885243B	公开/公告日	2022-03-01
授权日	2022-03-01	预估到期日	2039-11-29
申请年	2019年	公开/公告年	2022年
缴费截止日
分类号	C04B35/44 、C04B35/622 、C04B35/64	主分类号	C04B35/44
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	8
权利要求数量	9	非专利引证数量	1
引用专利数量	0	被引证专利数量	0
非专利引证	1、CN 101870584 A,2010.10.27CN 1476616 A,2004.02.18CN 101077785 A,2007.11.28CN 101077784 A,2007.11.28Bing Liu等.Crystal structure,infrared reflectivity spectra andmicrowave《.Journal of Alloys andCompounds》.2019,全文.;
引用专利		被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件	转让	事务标签	公开、实质审查、授权、权利转移

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	合肥龙智机电科技有限公司
发明人	刘兵、吴一、黄玉辉、宋开新	第一发明人	刘兵
地址	浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街1158号	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	4
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

浙江千克知识产权代理有限公司

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

周希良

摘要

本发明属于陶瓷材料技术领域，特别是涉及一种低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料及其制备方法，其制备方法主要包括：配料、一次球磨、预烧、二次球磨、造粒、压片、烧结。本发明制得的铝酸盐微波介质陶瓷的化学表达式为：CaAl4O7，主要原料为CaCO3，Al2O3。通过调控陶瓷的烧结温度合成的CaAl4O7陶瓷性能稳定，微波介电性能优异，在无线通讯设备如微波基板、微波滤波器等元器件中有极大的应用价值。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2
说明书附图：图3

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2022-12-30	专利权的转移	登记生效日: 2022.12.19 专利权人由杭州电子科技大学变更为合肥龙智机电科技有限公司地址由310018 浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街1158号变更为230000 安徽省合肥市蜀山区甘泉路81号沃野花园商办楼B-2704
2	2022-03-01	授权
3	2020-04-10	实质审查的生效	IPC(主分类): C04B 35/44 专利申请号: 201911198591.7 申请日: 2019.11.29
4	2020-03-17	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学计量比1：2配料；
(2)混料：将原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；
(3)烘干：将步骤(2)得到的泥浆状原料置于烘箱中烘干至恒重；
(4)预烧：将步骤(3)得到的粉料过筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为
1050‑1200℃，生成CaAl4O7化合物；
(5)二次球磨：将步骤(4)生成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨，形成CaAl4O7浆料；
(6)二次烘干：将步骤(5)的CaAl4O7浆料置于烘箱中烘干至恒重；
(7)造粒：取步骤(6)得到的粉料过筛，之后将粉料与粘合剂按照94：6的质量百分比混合均匀；
(8)压片：将步骤(7)混合均匀后的粉体进行压制成型，得到圆柱体生坯；
(9)烧结：将步骤(8)中所得生坯进行烧结，最后随炉冷却至室温，制得低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料；
所述步骤(9)中的烧结工艺包括：以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1500‑1600℃保温3h，最后以1℃/min的速度降至1100℃；
在微波频段下，介电常数εr为6.6‑8.7。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料进行研磨抛光，以使表面平整光滑。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中的压制成型的压力为
100‑200MPa。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在配料前，对原料CaCO3和Al2O3进行研磨24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料CaCO3和Al2O3的纯度均为
99.99％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨机为行星式球磨机。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的预烧温度为1200℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm。

9.如权利要求1‑8任一项所述制备方法制得的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料，其特征在于，在微波频段下，品质因数Qf值为14097‑25533GHz。

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于陶瓷材料技术领域，特别是涉及一种低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着无线通讯技术的迅猛发展以及微波低频段资源的逐渐枯竭，无线通讯所用频段正逐渐由ISM频段扩展到毫米波频段。为了满足毫米波频段的通讯要求，具有低介电常数(εr<10)和高品质因数(Qf>15000GHz)的电介质陶瓷材料作为介质谐振器、滤波器、基板与微带线等无源器件的研究与开发受到人们广泛关注。低εr可以降低微波信号传输的延迟，提高微波器件信号响应与传输速度；高Qf值可以增强器件的选频特性与降低能量传递损耗。近年来，随着人们对信息传输内容、速度及质量等要求的不断提高，新一代高频通讯技术如5G移动通信，物联网(IoT)技术等不断涌现。因此，亟需开发一批具有低介电常数高品质微波介质陶瓷材料。

[0003] 由电介质理论可知，材料的介电常数主要由单位体积内的离子极化率所决定。因3+
此，铝酸盐陶瓷由于Al 较低的离子极化率而一直被认为是有优异前景的低介电常数材料体系。CaAl4O7陶瓷广泛应用于高温耐火材料中，然而对于其微波介电性能却一直未见研究。

发明内容

[0004] 基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料及其制备方法。

[0005] 一种低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

[0006] (1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学计量比1：2配料；

[0007] (2)混料：将原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；

[0008] (3)烘干：将步骤(2)得到的泥浆状原料置于烘箱中烘干至恒重；

[0009] (4)预烧：将步骤(3)得到的粉料过筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为1050‑1200℃，生成CaAl4O7化合物；

[0010] (5)二次球磨：将步骤(4)生成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨，形成CaAl4O7浆料；

[0011] (6)二次烘干：将步骤(5)的CaAl4O7浆料置于烘箱中烘干至恒重；

[0012] (7)造粒：取步骤(6)得到的粉料过筛，之后将粉料与粘合剂按照94：6的质量百分比混合均匀；

[0013] (8)压片：将步骤(7)混合均匀后的粉体进行压制成型，得到圆柱体生坯；

[0014] (9)烧结：将步骤(8)中所得生坯进行烧结，最后随炉冷却至室温，制得低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料。

[0015] 作为优选方案，所述制备方法还包括以下步骤：

[0016] (10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料进行研磨抛光，以使表面平整光滑。

[0017] 作为优选方案，所述步骤(8)中的压制成型的压力为100‑200MPa。

[0018] 作为优选方案，所述步骤(9)中的烧结工艺包括：以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1500‑1600℃保温3h，最后以1℃/min的速度降至1100℃。

[0019] 作为优选方案，在配料前，对原料CaCO3和Al2O3进行研磨24h。

[0020] 作为优选方案，所述原料CaCO3和Al2O3的纯度均为99.99％。

[0021] 作为优选方案，所述球磨机为行星式球磨机。

[0022] 作为优选方案，所述步骤(4)中的预烧温度为1200℃。

[0023] 作为优选方案，所述圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm。

[0024] 本发明还提供由上述任一方案所述的制备方法制得的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料，在微波频段下，介电常数εr为6.6‑8.7，品质因数Qf值为14097‑25533GHz，在毫米波通讯等领域有极大的应用价值。

[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0026] 本发明所制备的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料，原料价格(CaCO3和Al2O3)低廉且制备工艺简单，生产成本较低。

[0027] 通过设计不同烧结温度，能够稳定获得低介电常数(6.6～8.7)和较好品质因数(25533GHz)的微波介质陶瓷材料。该陶瓷可广泛应用于无线通讯设备如微波基板等元器件中，有极大的应用价值。

实施方案

[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明，但不应理解成对本发明的限制。

[0032] 实施例1：

[0033] 本实施例的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

[0034] (1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学表达式中的化学计量比配料；具体为依次称取15.3995g CaCO3和31.3758gAl2O3的原料；原料CaCO3和Al2O3的纯度均为99.99％；

[0035] (2)混料：将上述原料倒入球磨机中，原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；

[0036] (3)烘干：将上述浆料在70℃烘箱中烘干，得到干燥的混合料；

[0037] (4)预烧：将烘干后的粉料过100目标准筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为1200℃，使粉料初步反应生成CaAl4O7化合物；

[0038] (5)二次球磨：将初步反应合成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨24h，形成细小分散的CaAl4O7浆料；

[0039] (6)二次烘干：将浆料置于70℃烘箱中烘干得到干燥的CaAl4O7化合物粉体；

[0040] (7)造粒：取CaAl4O7粉料过100目筛，之后将粉料与粘合剂(聚乙烯醇PVA)按照94：6的质量百分比混合均匀；

[0041] (8)压片：将造粒所得粉体置于模具中，在200MPa下压制成圆柱体生坯；圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm；

[0042] (9)烧结：将步骤(8)中所得生坯以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1500℃保温3h，之后以1℃/min的速度降至1100℃，最后随炉冷却至室温；

[0043] (10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的陶瓷进行研磨抛光，得到表面平整光滑的陶瓷样品。

[0044] 图1为本实施例的陶瓷样品的XRD衍射图谱，说明得到的陶瓷样品为CaAl4O7。以下实施例的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的XRD衍射图谱同本实施例。

[0045] 实施例2：

[0046] 本实施例的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

[0047] (1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学表达式中的化学计量比配料；具体为依次称取15.3995g CaCO3和31.3758gAl2O3的原料；原料CaCO3和Al2O3的纯度均为99.99％；

[0048] (2)混料：将上述原料倒入球磨机中，原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；

[0049] (3)烘干：将上述浆料在70℃烘箱中烘干，得到干燥的混合料；

[0050] (4)预烧：将烘干后的粉料过100目标准筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为1200℃，使粉料初步反应生成CaAl4O7化合物；

[0051] (5)二次球磨：将初步反应合成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨24h，形成细小分散的CaAl4O7浆料；

[0052] (6)二次烘干：将浆料置于70℃烘箱中烘干得到干燥的CaAl4O7化合物粉体；

[0053] (7)造粒：取CaAl4O7粉料过100目筛，之后将粉料与粘合剂(聚乙烯醇PVA)按照94：6的质量百分比混合均匀；

[0054] (8)压片：将造粒所得粉体置于模具中，在200MPa下压制成圆柱体生坯；圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm；

[0055] (9)烧结：将步骤(8)中所得生坯以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1525℃保温3h，之后以1℃/min的速度降至1100℃，最后随炉冷却至室温；

[0056] (10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的陶瓷进行研磨抛光，得到表面平整光滑的陶瓷样品。

[0057] 实施例3：

[0058] 本实施例的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

[0059] (1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学表达式中的化学计量比配料；具体为依次称取15.3995g CaCO3和31.3758gAl2O3的原料；原料CaCO3和Al2O3的纯度均为99.99％；

[0060] (2)混料：将上述原料倒入球磨机中，原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；

[0061] (3)烘干：将上述浆料在70℃烘箱中烘干，得到干燥的混合料；

[0062] (4)预烧：将烘干后的粉料过100目标准筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为1200℃，使粉料初步反应生成CaAl4O7化合物；

[0063] (5)二次球磨：将初步反应合成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨24h，形成细小分散的CaAl4O7浆料；

[0064] (6)二次烘干：将浆料置于70℃烘箱中烘干得到干燥的CaAl4O7化合物粉体；

[0065] (7)造粒：取CaAl4O7粉料过100目筛，之后将粉料与粘合剂(聚乙烯醇PVA)按照94：6的质量百分比混合均匀；

[0066] (8)压片：将造粒所得粉体置于模具中，在200MPa下压制成圆柱体生坯；圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm；

[0067] (9)烧结：将步骤(8)中所得生坯以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1550℃保温3h，之后以1℃/min的速度降至1100℃，最后随炉冷却至室温；

[0068] (10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的陶瓷进行研磨抛光，得到表面平整光滑的陶瓷样品。

[0069] 实施例4：

[0070] 本实施例的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

[0071] (1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学表达式中的化学计量比配料；具体为依次称取15.3995g CaCO3和31.3758gAl2O3的原料；原料CaCO3和Al2O3的纯度均为99.99％；

[0072] (2)混料：将上述原料倒入球磨机中，原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；

[0073] (3)烘干：将上述浆料在70℃烘箱中烘干，得到干燥的混合料；

[0074] (4)预烧：将烘干后的粉料过100目标准筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为1200℃，使粉料初步反应生成CaAl4O7化合物；

[0075] (5)二次球磨：将初步反应合成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨24h，形成细小分散的CaAl4O7浆料；

[0076] (6)二次烘干：将浆料置于70℃烘箱中烘干得到干燥的CaAl4O7化合物粉体；

[0077] (7)造粒：取CaAl4O7粉料过100目筛，之后将粉料与粘合剂(聚乙烯醇PVA)按照94：6的质量百分比混合均匀；

[0078] (8)压片：将造粒所得粉体置于模具中，在200MPa下压制成圆柱体生坯；圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm；

[0079] (9)烧结：将步骤(8)中所得生坯以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1575℃保温3h，之后以1℃/min的速度降至1100℃，最后随炉冷却至室温；

[0080] (10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的陶瓷进行研磨抛光，得到表面平整光滑的陶瓷样品。

[0081] 实施例5：

[0082] 本实施例的低介电常数铝酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

[0083] (1)配料：将原料CaCO3和Al2O3按化学表达式中的化学计量比配料；具体为依次称取15.3995g CaCO3和31.3758gAl2O3的原料；原料CaCO3和Al2O3的纯度均为99.99％；

[0084] (2)混料：将上述原料倒入球磨机中，原料、球磨珠、无水乙醇按照1：1：2的体积比置于球磨机中进行湿法球磨，连续球磨24h，得到泥浆状原料；

[0085] (3)烘干：将上述浆料在70℃烘箱中烘干，得到干燥的混合料；

[0086] (4)预烧：将烘干后的粉料过100目标准筛分散，然后置于高温炉中预烧3h，预烧温度为1200℃，使粉料初步反应生成CaAl4O7化合物；

[0087] (5)二次球磨：将初步反应合成的CaAl4O7化合物置于球磨机中球磨24h，形成细小分散的CaAl4O7浆料；

[0088] (6)二次烘干：将浆料置于70℃烘箱中烘干得到干燥的CaAl4O7化合物粉体；

[0089] (7)造粒：取CaAl4O7粉料过100目筛，之后将粉料与粘合剂(聚乙烯醇PVA)按照94：6的质量百分比混合均匀；

[0090] (8)压片：将造粒所得粉体置于模具中，在200MPa下压制成圆柱体生坯；圆柱体生坯的直径为12mm，高度为5mm；

[0091] (9)烧结：将步骤(8)中所得生坯以5℃/min的速度升温至650℃保温2h，然后继续以5℃/min的速度升至1600℃保温3h，之后以1℃/min的速度降至1100℃，最后随炉冷却至室温；

[0092] (10)后期处理：将步骤(9)烧结制得的陶瓷进行研磨抛光，得到表面平整光滑的陶瓷样品。

[0093] 将实施例1～5制备得到的圆柱形电介质利用金相砂纸对样品表面进行磨削抛光，直至肉眼不能观察到明显划痕。样品超声震荡清洗后采用网络分析仪分别测试样品的介电常数εr和品质因素Qf值，所得性能随烧结温度变化的图参见图2和图3。

[0094] 表1实施例1‑5的CaAl4O7陶瓷在不同烧结温度下的εr和Qf值

[0095]烧结温度(℃) εr Qf(GHz)
1500(实施例1) 6.6 14097
1525(实施例2) 7.83 17250
1550(实施例3) 8.25 21854
1575(实施例4) 8.45 25533
1600(实施例5) 8.7 24503

[0096] 表1示出了利用本发明的制备方法制得的CaAl4O7陶瓷在不同烧结温度下的εr和Qf值。由表1可知，实施例1中得到了最低的介电常数，其值为6.6，实施例4中得到了最佳的品质因数，其值为25533GHz。

[0097] 上述实施例的球磨机优选为行星式球磨机。

[0098] 在上述实施例及其替代方案中，预烧温度还可以为1050℃、1100℃、1150℃、1180℃等。

[0099] 在上述实施例及其替代方案中，步骤(8)中的压制成型的压力为100MPa、120MPa、150MPa、180MPa等。

[0100] 在上述实施例及其替代方案中，在配料前，对原料CaCO3和Al2O3进行研磨24h，保证原料颗粒的均匀性。

[0101] 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。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施例1的CaAl4O7陶瓷材料的XRD衍射图谱；

[0029] 图2为本发明实施例的CaAl4O7陶瓷材料介电常数随烧结温度变化曲线图；

[0030] 图3为本发明实施例的CaAl4O7陶瓷材料品质因素随烧结温度变化的曲线图。

1一种新材料陶瓷板打孔机 2一种陶瓷材料的制造设备 3一种MgF2陶瓷材料作为超低介微波介质陶瓷的应用 4电介质陶瓷材料及其制备方法 5一种陶瓷金属材料及其制备方法 6一种超疏水陶瓷膜材料的制备方法 7一种汽车塑料件用陶瓷粉改性尼龙66材料 8一种微波介质陶瓷材料、复合材料及其制备方法、用途 9一种微波介质陶瓷材料及其制备方法 10MgO基微波陶瓷介质材料及其制备方法