本發明涉及一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷材料，屬于環境友好型的微波介質陶瓷領域，可用于微波通訊等領域。

背景技術：

近年來，隨著通信信息量的迅猛增加和電子信息數字化技術的快速發展，微波通訊技術的發展也被推進了一個歷史性的高峰。因此小型化與集成化成為了無線通訊系統和終端發展的新主題。這就要求微波介質材料具有高的介電常數（ε_r），高的品質因數（Q ×f）和近零頻率溫度系數(τ_f)。CaTiO₃材料室溫下具有很高的介電常數（ε_r ~170）和很大的正溫度系數（τ_f≈+850ppm/ ^oC），可與NdAlO₃、MgTiO₃、LaAlO₃等低介電常數、負溫度系數的材料復合，獲得性能優良的微波介質材料。Bostjan Jancar 等報道了CaTiO₃與NdAlO₃所形成的0.7CaTiO₃-0.3NdAlO₃復合陶瓷Q ×f 值可達30,000~45,000GHz。Cheng-Liang Huang等人的研究表明，在0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃陶瓷體系中摻雜0.25wt% V₂O₅，其微波介電性能如下：ε_r=18.9，Q ×f=69,000GHz，τ_f=-10.65ppm/^oC。Fei Liang 等人發現了CaTiO₃與La(Ga_0.5Al_0.5)O₃所形成的0.64CaTiO₃-0.36La(Ga_0.5Al_0.5)O₃復合材料，擁有良好的介電性能：ε_r = 45.5，Q ×f= 43,897GHz ，τ_f= -1.7 ppm/^oC。但是由于晶格中本征損耗以及材料內部晶粒尺寸、第二相、雜質、缺陷、氣孔等非本征損耗的影響，CaTiO₃陶瓷的品質因數不高（3600），這也影響所形成的復合材料的性能，因此降低鈦酸鈣材料的介電損耗，從而進一步提高復合鈣鈦礦材料的Q ×f 值是一項緊迫且有重大意義的課題。

鈣鈦礦結構的特點是：對外來離子有著較強的相容能力，只要滿足電中性和離子配合半徑的要求，Ca位和Ti位很容易通過置換的方法引入其它離子從而變成復合鈣鈦礦結構，介電性能也由此發生改變。因此，可以通過摻雜來降低材料的介電損耗，進而提高鈦酸鈣陶瓷材料的微波介電性能。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷粉料，解決現有技術中鈦酸鈣材料介電損耗（tanδ）較高、Q ×f 值較低的問題。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：首先以CaCO₃和TiO₂為原料（摩爾比為1:1），經濕法球磨（12~24h）干燥后得到干粉，將干粉置于空氣中于1100~1200^oC下保溫2~5h經研磨過篩后即可得到細的CaTiO₃陶瓷粉體；然后選用MgO、Al₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅中的一種或多種作為摻雜物加入到鈦酸鈣陶瓷粉體中，再次經濕法球磨、干燥、研磨、過篩得到混合干粉。

優選的，CaCO₃陶瓷粉體的合成溫度為1150^oC，保溫時間為3h，升溫速度為2 ^oC/min。

優選的，上述氧化物的摻雜量為0.5~5wt%；其中摻雜量為0時，即鈦酸鈣陶瓷粉體中未添加氧化物，最后所得的CaTiO₃陶瓷樣品Q ×f 值為5,597GHz；當Nb₂O₅的摻雜量為3wt%時，最后所得的CaTiO₃陶瓷材料的Q ×f 值達到最高為11,321GHz，大約是純鈦酸鈣陶瓷材料的2倍，介電損耗大幅度降低。

一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷，它是用前述的不同氧化物摻雜后的鈦酸鈣陶瓷粉體材料，經壓制成型，燒結制備而成的。

前述的一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷的制備方法，將前述的混合干粉在50~200MPa的壓強下干壓成型，壓制成直徑約16mm，高度約12mm的柱形樣品，然后將樣品放置于馬弗爐中升溫至1300~1400 ^oC燒結2~6h, 得到致密的CaTiO₃陶瓷樣品。

優選的，干壓成型的壓強為120MPa，樣品的燒結溫度為1370^oC，保溫時間為4h。

本發明選用不同的氧化物摻雜來調節CaTiO₃陶瓷樣品的介電性能，降低其介電損耗，其操作方法簡單，生產流程短。此外，通過選用一種或多種價格低廉，易于供應的MgO、Al₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅作為摻雜物，即可獲得介電損耗很低的鈦酸鈣陶瓷樣品，生產成本降低，適合大規模生產。

下面結合具體實施方式對本發明作進一步的說明。

實施例1：一種鈦酸鈣陶瓷粉體材料，它是通過以下方法制備而成的：以CaCO₃和TiO₂為原料（摩爾比為1:1），經濕法球磨（24h，無水乙醇作為研磨介質）干燥后得到粉塊，然后對粉塊進行研磨，過篩得到干粉，將干粉置于空氣中于1150 ^oC下保溫3h，經二次球磨、干燥、研磨、過篩即可得到顆粒細小的CaTiO₃陶瓷粉體。

實施例2：一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷材料，它是通過以下方法制備而成的：取高純鈦酸鈣粉體25g，放置于球磨罐中，以去離子水為研磨介質（為了助于干粉的成型，可在研磨過程中加入少許粘結劑），球磨24h后在烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：所得的純鈦酸鈣陶瓷樣品介電常數為179.13，介電損耗tanδ=4.36×10^-4，Q ×f 值為5,597GHz，τ_f=840.86 ppm/^oC。

實施例3：一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷，它是通過以下方法制備而成的：取6份CaTiO₃陶瓷粉末，每份25g，放置于6個球磨罐中，MgO按0.5~5wt%的比例加入，隨后將混合料濕法球磨，以去離子水作為研磨介質，球磨24h后在80^oC的烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：當MgO的摻雜量達到2wt%時，介電損耗最小，tanδ=3.76×10^-4，Q ×f 值為6,458GHz（此時介電常數為177.11，τ_f=838.24 ppm/^oC）。

實施例4：一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷，它是通過以下方法制備而成的：取6份CaTiO₃陶瓷粉末，每份25g，放置于6個球磨罐中，Al₂O₃按0.5~5wt%的比例加入，隨后將混合料濕法球磨，以去離子水作為研磨介質，球磨24h后在80^oC的烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：當Al₂O₃的摻雜量達到3wt%時，介電損耗最小，tanδ=3.21×10^-4，Q ×f 值為6,868GHz（此時介電常數為182.11，τ_f=841.42 ppm/^oC）。

實施例5：一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷，它是通過以下方法制備而成的：取6份CaTiO₃陶瓷粉末，每份25g，放置于6個球磨罐中，ZrO₂按0.5~5wt%的比例加入，隨后將混合料濕法球磨，去離子水作為研磨介質，球磨24h后在80^oC的烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：當ZrO₂的摻雜量達到2.5wt%時，介電損耗最小，tanδ=2.64×10^-4，Q ×f 值為8,202GHz（此時介電常數為173.54，τ_f=828.38 ppm/^oC）。

實施例6：一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷，它是通過以下方法制備而成的：取6份CaTiO₃陶瓷粉末，每份25g，放置于6個球磨罐中，Nb₂O₅按0.5~5wt%的比例加入，隨后將混合料濕法球磨，去離子水作為研磨介質，球磨24h后在80^oC的烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：當Nb₂O₅的摻雜量達到3wt%時，介電損耗最小，tanδ=1.89×10^-4，Q ×f 值為1,1321GHz（此時介電常數為175.33，τ_f=835.62 ppm/^oC）。

實施例7：一種低介電損耗鈦酸鈣陶瓷，它是通過以下方法制備而成的：取6份CaTiO₃陶瓷粉末，每份25g，放置于6個球磨罐中，選用Al₂O₃和Ta₂O₅作為摻雜物，總的摻雜比例為0.5~5wt%，隨后將混合料濕法球磨，去離子水作為研磨介質，球磨24h后在80^oC的烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：當Al₂O₃的摻雜量為1wt%，Ta₂O₅的摻雜量為1wt%時，介電損耗最小，tanδ=2.07×10^-4，Q ×f 值為10,450GHz（此時介電常數為174.78，τ_f=840.26ppm/^oC）。

實施例8：一種低介電鈦酸鈣陶瓷材料，它是通過以下方法制備而成的：取CaTiO₃陶瓷粉末6份，每份25g，放置于6個球磨罐中，MgO（以Mg(NO₃)₂·6H₂O的形式引入）、ZrO₂、Nb₂O₅作為摻雜物，總的摻雜量為0.5~5wt%，隨后將混合料濕法球磨，以去離子水作為研磨介質，球磨24h后在80^oC的烘箱中干燥。然后將干燥后的塊體進行研磨，過篩，最后在120MPa的壓強下將粉末干壓成直徑約16mm、高度約12mm的柱行樣品，置于馬弗爐中1370^oC下保溫4h。

將燒制好的樣品放置若干小時后，進行介電性能測試，結果顯示：當MgO、ZrO₂、Nb₂O₅的摻雜量分別為0.5wt%、1.5wt%、2wt%時，介電損耗最小，tanδ=2.43×10^-4，Q ×f 值為9,130GHz（此時介電常數為173.84，τ_f=823.78ppm/^oC)）。