超细MgTiO3粉体的制备及其应用

摘要

现代移动通信、全球卫星定位系统等整机设备及其核心配套微波器件向小型化、轻量化、高频化、集成化等方向发展，对微波介质陶瓷的性能提出了更高要求。因此，目前微波介质陶瓷研究主要集中在纳米化、低温化、高频化等方面。
　　 MgTiO3体系陶瓷是一种良好的高频微波介质陶瓷，已经广泛应用于制备谐振器、滤波器，天线等腔体器件。但是存在烧结温度高(1400℃以上)、烧结温度窄、颗粒粒径大等问题，难以满足小型化、低成本化发展特点和要求。针对MgTiO3陶瓷研究现状及存在的问题，以碱式碳酸镁和二氧化钛为原料，采用机械力化学法合成了超细MgTiO3粉体，并以此为基体原料，制备了适用于高频介质谐振器的MgTiO3微波介质陶瓷。探讨了超细MgTiO3粉体低温制备相关条件，煅烧温度、保温时间对MgTiO3粉体粒径及MgTiO3陶瓷烧结性能、介电性能的影响。比较了机械力化学法与普通固相法制备的MgTiO3粉体的性能差异，探讨了不同掺加量的ZnO对陶瓷的烧结温度、介电性能的影响。主要研究结果如下：
　　 (1)碱式碳酸镁、二氧化钛(摩尔比1:5)混合粉磨30h后，粉体呈现无定形化，此粉体在500℃热处理后开始出现MgTiO3的结晶峰，当温度达到700℃时形成单相MgTiO3(与未粉磨的粉体相比，结晶温度降低300℃)。
　　 (2)随着预烧温度的升高(700℃、800℃、900℃，1000℃)和保温时间的增加(1h、2h、3h，4h)，粉体粒径呈现逐渐增大趋势，粉体纯度没有受到影响，为了保证粉体的超细特性，选定700℃下保温1h的粉体为基体材料，粉体D50为4.19μm。
　　 (3)超细MgTiO3粉体具有较大的比表面积，改善了粉体的烧结特性及介电性能，在1400℃下煅烧3h可获得致密的陶瓷体，体积密度、收缩率、吸水率分别为3.84g/cm3、21.95％、0.13％；微波介电性能优良，在11.03GHz下介电常数和品质因数分别为16.94，4.8×104GHz。
　　 (4)掺杂适量ZnO可以降低MgTiO3陶瓷的烧结温度，当掺杂量为1.2wt％时陶瓷烧结温度降低到1300℃，在8.49GHz时介电常数和品质因数分别为15.67，2.10×104GHz。