本發(fā)明涉及一種低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。近年來(lái)，隨著信息量的日益增大，對(duì)需要傳送的信息容量以及傳輸速度要求越來(lái)越高。為解決低頻段的擁擠并擴(kuò)大頻率資源，無(wú)線(xiàn)通信正朝更高頻段的方向發(fā)展；相應(yīng)的微波技術(shù)也向著更高頻率，即向著毫米波和亞毫米波的方向發(fā)展。目前，以高速傳輸數(shù)據(jù)并能傳送圖像為特征的第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；在電視接收系統(tǒng)(TVRO，2-5GHz)、直接廣播系統(tǒng)(DBS，11-13GHz)等民用領(lǐng)域，其頻率使用范圍已經(jīng)超過(guò)了10GHz；特別是在軍事通信領(lǐng)域，由于雷達(dá)技術(shù)的高速發(fā)展，使得無(wú)線(xiàn)通訊的頻率發(fā)展到了X波段(8.2-12.4GHz)與K波段(12-40GHz)。無(wú)線(xiàn)通信使用頻率的提高，要求作為信息技術(shù)基本組成元素的電子元器件具有較高的自諧振中心頻率(f0)。高的自諧振中心頻率對(duì)應(yīng)著低的介電常數(shù)(εr)。低介電常數(shù)能減小材料與電極之間的交互耦合損耗，并提高電信號(hào)的傳輸速率；發(fā)展低介電常數(shù)(εr≤10)材料以滿(mǎn)足高頻和高速的要求，已成為當(dāng)今電子材料如何適應(yīng)高頻應(yīng)用的一個(gè)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)常用的低介微波介質(zhì)陶瓷是Al2O3陶瓷，該陶瓷具有較低的介電常數(shù)(εr≈10)和高的Q×f值(680,000GHz)，已經(jīng)在高性能微波元器件上得到了廣泛應(yīng)用。然而，氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度高達(dá)1700℃，很難實(shí)現(xiàn)與金屬電極的共燒，目前僅用于制備單層的微波元器件。除氧化鋁陶瓷外，硅酸鹽系微波介質(zhì)陶瓷也是目前應(yīng)用最廣的低介電常數(shù)材料之一，如MgO-SiO2系、ZnO-SiO2系、CaO-SiO2系等。Cheng等(JAlloyComp,2012,513:373-377)報(bào)道了Mg2SiO4陶瓷的介電常數(shù)為6-7，但發(fā)現(xiàn)該體系的燒結(jié)溫度區(qū)間非常窄。Zou等(JapJApplPhy,2006,45:4143-4145)研究發(fā)現(xiàn)，ZnO-SiO2即使在高溫下也很難燒結(jié)致密，只有當(dāng)SiO2過(guò)量時(shí)可細(xì)化晶粒、阻止晶粒的異常長(zhǎng)大，可以獲得介電常數(shù)為6.23，Q×f為52,500GHz，τf為-55.2ppm/℃的良好介電性能。Wang等(CeramInt,2008,34:1405-1408)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是采用傳統(tǒng)的固相法還是溶膠-凝膠法，均無(wú)法獲得致密結(jié)構(gòu)的CaSiO3陶瓷，從而影響了CaSiO3陶瓷的微波介電性能。Sun等(MatSciEngB,2007,138:46-50)通過(guò)Mg2+對(duì)Ca2+的取代，獲得具有良好微波介電性能的CaMgSi2O6陶瓷；然而，其燒結(jié)溫度局限在1290-1310℃之間。從上述國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果可知，硅酸鹽系微波介質(zhì)陶瓷具有低的介電常數(shù)和良好的品質(zhì)因數(shù)，但其燒成溫度范圍較窄，從而影響到微波器件產(chǎn)品的一致性。因此，拓寬硅酸鹽陶瓷的燒結(jié)溫度范圍、提高其微波介電性能，是硅酸鹽低介陶瓷更為廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較寬燒成溫度范圍、性能優(yōu)良的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。本發(fā)明提出的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其摩爾份數(shù)組成為：作為優(yōu)選，本發(fā)明提出的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其摩爾份數(shù)組成為：作為最佳選擇，本發(fā)明提出的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其摩爾份數(shù)組成為：本發(fā)明提出的制備低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的方法，包括下述步驟：(1)將CaCO3、MgO、SiO2和Al2O3按摩爾份數(shù)混合，然后以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，球磨12～36小時(shí)；(2)將步驟(1)球磨后的原料干燥，然后在1175℃～1225℃煅燒2小時(shí)，得到白色的陶瓷粉體；(3)將步驟(2)得到的陶瓷粉體重新球磨，然后添加聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，混合后進(jìn)行造粒、成型、排膠，然后在1225℃～1300℃燒結(jié)1～3小時(shí)，獲得本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明具有以下有益效果：通過(guò)Al3+離子對(duì)Mg2+和Si4+的同時(shí)取代，合成了一種新型的Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6系陶瓷，當(dāng)Al3+離子的取代量達(dá)到一定合適值時(shí)，本發(fā)明的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷具有較寬的燒結(jié)溫度范圍，可以從20℃拓寬到50℃以上，從而有效提高了微波器件性能的一致性，同時(shí)獲得優(yōu)良的微波介電性能。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1：按摩爾數(shù)稱(chēng)取25份CaCO3，24份MgO，49份SiO2和1份Al2O3，然后以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，混合球磨36小時(shí)。將上述球磨后的原材料進(jìn)行干燥，然后在1225℃煅燒2小時(shí)，獲得陶瓷粉體。將上述陶瓷粉體重新球磨，然后添加8wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，充分混合后進(jìn)行造粒，然后在150Mpa的壓力下成型，排膠后在1275℃燒結(jié)3小時(shí)，即獲得本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷。采用排水法測(cè)試上述陶瓷的體積密度，結(jié)果為3.13g·cm-3；測(cè)試其微波介電性能，結(jié)果為εr=7.84，Q×f=57,770GHz，τf=40.01ppm/℃。實(shí)施例2：按摩爾數(shù)稱(chēng)取25份CaCO3，22份MgO，47份SiO2和3份Al2O3，然后以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，混合球磨12小時(shí)。將上述球磨后的原材料進(jìn)行干燥，然后在1200℃煅燒2小時(shí)，獲得陶瓷粉體。將上述陶瓷粉體重新球磨，然后添加8wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，充分混合后進(jìn)行造粒，然后在150Mpa的壓力下成型，排膠后在1250℃燒結(jié)1.5小時(shí)，即獲得本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷。采用排水法測(cè)試上述陶瓷的體積密度，結(jié)果為3.11g·cm-3；測(cè)試其微波介電性能，結(jié)果為εr=7.91，Q×f=59,632GHz，τf=42.87ppm/℃。重新按上述工藝制備樣品，然后分別在1275℃與1300℃燒結(jié)2小時(shí)，陶瓷的體積密度分別為3.15g·cm-3和3.12g·cm-3，顯示出較寬的燒結(jié)溫度范圍。實(shí)施例3：按摩爾數(shù)稱(chēng)取25份CaCO3，20份MgO，45份SiO2和5份Al2O3，然后以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，混合球磨24小時(shí)。將上述球磨后的原材料進(jìn)行干燥，然后在1200℃煅燒2小時(shí)，獲得陶瓷粉體。將上述陶瓷粉體重新球磨，然后添加8wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，充分混合后進(jìn)行造粒，然后在150Mpa的壓力下成型，排膠后在1250℃燒結(jié)2小時(shí)，即獲得本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷。采用排水法測(cè)試上述陶瓷的體積密度，結(jié)果為3.09g·cm-3；測(cè)試其微波介電性能，結(jié)果為εr=8.02，Q×f=60,203GHz，τf=44.18ppm/℃。實(shí)施例4：按摩爾數(shù)稱(chēng)取25份CaCO3，17.5份MgO，42.5份SiO2和7.5份Al2O3，然后以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，混合球磨28小時(shí)。將上述球磨后的原材料進(jìn)行干燥，然后在1175℃煅燒2小時(shí)，獲得陶瓷粉體。將上述陶瓷粉體重新球磨，然后添加8wt%的聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，充分混合后進(jìn)行造粒，然后在150Mpa的壓力下成型，排膠后在1250℃燒結(jié)1小時(shí)，即獲得本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷。采用排水法測(cè)試上述陶瓷的體積密度，結(jié)果為2.98g·cm-3；測(cè)試其微波介電性能，結(jié)果為εr=8.15，Q×f=43,747GHz，τf=44.96ppm/℃。