一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷及其制备方法

本发明属于微波介质陶瓷领域，具体涉及一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、微波介质陶瓷作为制备微波元器件（包括介质谐振天线，介质滤波器，介质基板，微波传输线等）的关键材料，在5g/6g通信系统，卫星通信，全球定位系统，无线局域网，车载雷达，射频识别等领域有着广泛的应用。高性能微波介质陶瓷要求具有合适的介电常数（高介电常数材料用于器件小型化，中介电常数材料用于基站和卫星通信，低介电常数材料用于基板和毫米波天线），高品质因数以及小的谐振频率温度系数。

2、高熵氧化物是近年来出现的一类新型的陶瓷材料，它由五种或五种以上的氧化物以等摩尔比或接近等摩尔比组成，在一定温度条件下能够形成单相的固溶体结构。与传统的氧化物相比，高熵氧化物因其独特的组成和结构上的晶格畸变效应，展现出优异的物理化学性能，包括介电性能、机械性能、热学性能以及催化性能等。纯相的合成是目前制备高熵陶瓷的一个难点，杂相的存在会严重影响高熵陶瓷的相关性能，为其应用带来困难。此外，虽然钨青铜结构高熵陶瓷在热电，铁电等领域有着广泛的应用，但目前还没有钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷制备的相关报道。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，同时丰富钨青铜结构高熵陶瓷的应用领域，本发明的目的是提供一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷及其制备方法，所述钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷具有高介电常数，高品质因数以及较低的谐振频率温度系数等优点，可广泛应用于移动通信领域。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷，所述高熵微波介质陶瓷的化学式为ba4(la1/5pr1/5nd1/5sm1/5eu1/5)28/3ti18o54。

4、优选地，所述高熵微波介质陶瓷的原料包括：baco3、la2o3、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、tio2。

5、优选地，所述高熵微波介质陶瓷的原料纯度大于99%。

6、本发明基于晶体结构稳定的因素，采用含la、pr、nd、sm、eu五种镧系元素的原料，以等量的比例制备钡镧钛系微波介质陶瓷，该微波介质陶瓷构型熵值大于1.60r，并且具有稳定的单相钨青铜结构。该介质陶瓷表面致密，棒状晶粒分布均匀，其综合介电性能较ba4x28/3ti18o54陶瓷（x为la、pr、nd、sm中的一种）更优，有望广泛应用于移动通信领域。

7、所述高熵微波介质陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

8、（1）将原料baco3、la2o3、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、tio2按化学式ba4(la1/5pr1/5nd1/5sm1/5eu1/5)28/3ti18o54在干燥环境下均匀混合；

9、（2）将混合后的原料放入球磨机并加入去离子水进行球磨，球磨时间为1~4小时；然后在120℃下烘干8~12小时，过筛得粉料；

10、（3）将粉料装入氧化铝坩埚，一同置入高温马弗炉进行预烧，在1100~1200℃下保温2~4小时。

11、（4）将预烧后的粉料放入球磨机并加入去离子水进行二次球磨，球磨时间为1~4小时；然后在120℃下烘干8~12小时；

12、（5）采用质量分数为8%聚乙烯醇溶液作为粘结剂，造粒，过筛；

13、（6）采用粉末压片机进行压制以获得坯体；

14、（7）将坯体于1350～1500℃烧结，保温2~6 h，得到钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷材料。

15、（8）测试制得高熵微波介质陶瓷的微波介电性能。

16、优选地，步骤（2）、（4）中所述球磨机为行星式球磨机。

17、优选地，步骤（2）、（5）中所述过筛为过60目的筛网。

18、优选地，步骤（5）中所述粘结剂的加入量为待造粒混合料质量的6%~10%。

19、优选地，步骤（6）中所述粉末压片机的成型压力为100mpa。

20、优选地，步骤（6）中所述坯体的直径为8 mm，坯体的厚度为2～6mm。

21、优选地，步骤（3）中所述预烧是在空气气氛下进行。

22、优选地，步骤（7）中所述烧结是在空气气氛下进行。

23、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

24、1. 本发明将高熵概念引入钨青铜结构钡镧钛系微波介质陶瓷，通过调控预烧温度、球磨时间、烧结温度以及烧结时间等工艺参数，成功制备了具有单相钨青铜结构的微波介质陶瓷。

25、2. 本发明提供的钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷具有优异的综合微波介电性能，其中，相对介电常数最高可达85.34，品质因数最高可达10456 ghz，谐振频率温度系数为26.8ppm/℃。

26、3. 本发明提供的钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷丰富了高熵陶瓷材料体系，同时具有优异的综合微波介电性，可在5g/6g移动通信等领域有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷，其特征在于，所述高熵微波介质陶瓷的化学式为ba4(la1/5pr1/5nd1/5sm1/5eu1/5)28/3ti18o54。

2.根据权利要求1所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷，其特征在于，所述高熵微波介质陶瓷的原料包括：baco3、la2o3、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、tio2。

3.根据权利要求2所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷，其特征在于，所述原料的纯度大于99%。

4.权利要求1~3任一项所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料按化学式配比混匀后，球磨、烘干、过筛，将粉料于1100~1200℃下预烧2~4小时；二次球磨、烘干、造粒、过筛、压坯，将坯体于1350～1500℃烧结2~6 h得到钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷。

5.根据权利要求4所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球磨过程均使用的是行星式球磨机。

6.根据权利要求4所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述造粒过程采用质量分数为8%聚乙烯醇溶液作为粘结剂；所述粘结剂的加入量为待造粒混合料质量的6%~10%。

7.根据权利要求4所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述过筛均为过60目的筛网。

8.根据权利要求4所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述坯体的直径为8 mm，坯体的厚度为2～6mm。

9.根据权利要求4所述的一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述预烧和烧结均在空气气氛下进行。

技术总结本发明公开了一种钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷及其制备方法，属于微波介质陶瓷领域。所述微波介质陶瓷的化学式为Ba<subgt;4</subgt;(La<subgt;1/</subgt;<subgt;5</subgt;Pr<subgt;1/5</subgt;Nd<subgt;1/5</subgt;Sm<subgt;1/5</subgt;Eu<subgt;1/5</subgt;)<subgt;28/3</subgt;Ti<subgt;18</subgt;O<subgt;54</subgt;，其制备方法包括：将原料BaCO<subgt;3</subgt;、La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Pr<subgt;6</subgt;O<subgt;11</subgt;、Nd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Sm<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Eu<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、TiO<subgt;2</subgt;按化学式进行配料，经过球磨、烘干后于1100~1200℃预烧；再经二次球磨、烘干、造粒和过筛后压制成坯体，于1350～1500℃烧结得到钨青铜结构钡镧钛系高熵微波介质陶瓷。本发明首次将高熵概念引入钨青铜结构钡镧钛系微波介质陶瓷，通过调控预烧温度、烧结温度及烧结时间等工艺参数成功制备了具有单相钨青铜结构的高熵微波介质陶瓷。本发明制备的高熵陶瓷微波介电性能优异，具有高介电常数，高品质因数以及较低的谐振频率温度系数，有望广泛应用于移动通信领域。技术研发人员：王耿,王会峰,李泽平受保护的技术使用者：湖北科技学院技术研发日：技术公布日：2024/8/21