一种微带陶瓷天线的制备方法

摘要

本发明公开了一种微带陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：1）将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中；2）加入聚丙烯酸铵；3）加入丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物；4）加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入模具中，在65~90℃保温30min~2h后脱模得到陶瓷坯体；5）将陶瓷坯体排胶烧结后得到陶瓷瓷片；6）在陶瓷瓷片上下表面用银浆金属化，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线。本发明在常压下成型，不涉及粉体的压缩，型针选用普通的金属、塑料或者玻璃均可，且当孔径小于0.5mm时也可以成型，降低了模具的材料和设计成本，同时，固化后的坯体强度高，易于脱模。

权利要求

1.一种微带陶瓷天线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）按照1~3:1的摩尔比配制水和乙二醇的混合液，将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中，陶瓷粉体占总体积的40%~60%，得到陶瓷粉体浆料；

2）称取占陶瓷粉体质量0.3%~3%的聚丙烯酸铵加入步骤1）得到的浆料中；

3）按照10~20:1的摩尔比配制丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物，称取占陶瓷粉体质量3%~10%的丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物加入步骤2）得到的浆料中，混合均匀；

4）在步骤3）得到的浆料中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入模具中，在65~90℃保温30min~2h后脱模得到陶瓷坯体；

5）将步骤4）得到的陶瓷坯体排胶烧结后得到陶瓷瓷片；

6）在步骤5）得到的陶瓷瓷片上下表面用银浆金属化，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线；

所述步骤1）中，陶瓷粉体为99.4wt%~98.5wt%[0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]、

0.3wt%~0.7wt%CuO和0.3wt%~0.8wt%La2O3的混合粉体，将上述三种原料在球磨机中球磨8~

12h后烘干即得到所述陶瓷粉体。

2.根据权利要求1所述的微带陶瓷天线的制备方法，其特征在于：所述 0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]按下列方法制备：按照化学式0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-

0.07CaTiO3称取氧化锌、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙，将称取的原料加入球磨罐中以无水乙醇为介质进行湿法球磨8~12h，然后烘干，1000~1200℃保温2~4h得到。

3.根据权利要求1所述的微带陶瓷天线的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，混合方式为球磨混合，球磨时间为4~8h，锆球的量为浆料总量的1~2倍。

4.根据权利要求1所述的微带陶瓷天线的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中，排胶烧结的具体方法为：室温~600℃的升温速率小于2℃/min，在600℃保温1~2h，600~1400℃的升温速率小于5℃/min，在1300~1400℃保温1~6h，以小于5℃/min的速率降至室温。

5.根据权利要求1所述的微带陶瓷天线的制备方法，其特征在于：所述步骤6）中，银浆金属化的具体方法为：在陶瓷瓷片上下表面刷10~30μm厚的银浆后在800~850℃保温10~

20min。

说明书

一种微带陶瓷天线的制备方法

技术领域

[0001]  本发明属于微带贴片天线技术领域， 具体涉及一种微带陶瓷天线的制备方法。

背景技术

[0002] 微带天线是近30年发展起来的一类新型天线。它的特点是体积小、重量轻、薄的平面结构，能与飞行器共形，易于与印刷电路板集成，制造工艺简单，成本低，易于实现线极化或者圆极化，能够得到单方向的宽方向的图，目前已经大量应用于100MHz~100GHz的宽广领域内，包括GPS、北斗导航、卫星通信、雷达、导弹、环境监测、生物医学、便携式无线电设备等。

[0003] 现有技术中导航用的微带天线制备工艺是采用粘结剂（例如PVA、PVB）将微波介质陶瓷瓷粉造粒，经过带有型针的干压模具干压成型形成带有馈孔的陶瓷坯体，后续排胶烧结制成介质瓷片，在瓷片的上、下表面印刷银导电层，形成接地板和具有一定形状的贴片，同时在瓷片上馈孔处插入银针馈电，形成微带天线。随着导航用的微带天线向多频、宽频方向发展，瓷片的上的孔径越来越小，孔越来越多，坯体形状越来越复杂，采用此技术方案成型的良品率直线下降。干压时的粉体压缩比通常大于2，成型厚度为5mm、孔径小于1mm的陶瓷片时，型针的长径比大于10，极细的型针在大于100MPa的成型压力下经常会出现弯曲、断裂或者难以脱模的现象，采用此方案对型针的材料提出了更苛刻要求，模具的设计方案也相应困难。当孔径小于0.5mm时，采用此方案已经很难成型。因此干压成型工艺方案已经不能满足微带天线的发展方向。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微带陶瓷天线的制备方法，该方法可以成型小于1mm的孔和复杂形状的陶瓷坯体，并且降低模具的材料和设计成本。

[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 本发明的微带陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：

[0007] 1）按照1~3:1的摩尔比配制水和乙二醇的混合液，将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中，陶瓷粉体占总体积的40%~60%，得到陶瓷粉体浆料；

[0008] 2）称取占陶瓷粉体质量0.3%~3%的聚丙烯酸铵加入步骤1）得到的浆料中；

[0009] 3）按照10~20:1的摩尔比配制丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物，称取占陶瓷粉体质量3%~10%的丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物加入步骤2）得到的浆料中，混合均匀；

[0010] 4）在步骤3）得到的浆料中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入模具中，在65~90℃保温30min~2h后脱模得到陶瓷坯体；

[0011] 5）将步骤4）得到的陶瓷坯体排胶烧结后得到陶瓷瓷片；

[0012] 6）在步骤5）得到的陶瓷瓷片上下表面用银浆金属化，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线。

[0013] 进一步，所述步骤1）中，陶瓷粉体为99.4wt%~98.5wt%[0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]、0.3wt%~0.7wt%CuO和0.3wt%~0.8wt%La2O3的混合粉体，将上述三种原料在球磨机中球磨8~12h后烘干即得到所述陶瓷粉体。

[0014] 进一步，所述 0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]按下列方法制备：按照化学式0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3称取氧化锌、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙，将称取的原料加入球磨罐中以无水乙醇为介质进行湿法球磨8~12h，然后烘干，1000~1200℃保温2~4h得到。

[0015] 进一步，所述步骤3）中，混合方式为球磨混合，球磨时间为4~8h，锆球的量为浆料总量的1~2倍。

[0016] 进一步，所述步骤5）中，排胶烧结的具体方法为：室温~600℃的升温速率小于2℃/min，在600℃保温1~2h，600~1400℃的升温速率小于5℃/min，在1300~1400℃保温1~6h，以小于5℃/min的速率降至室温。

[0017] 进一步，所述步骤6）中，银浆金属化的具体方法为：在陶瓷瓷片上下表面刷10~30μm厚的银浆后在800~850℃保温10~20min。

[0018] 本发明的有益效果在于：

[0019] 本发明在常压下成型，不涉及粉体的压缩，型针选用普通的金属、塑料或者玻璃均可，且当孔径小于0.5mm时也可以成型，降低了模具的材料和设计成本。同时，固化后的坯体强度高，易于脱模，可以在烧结前进行机加工，避免了陶瓷烧结后加工困难的问题。

附图说明

[0020] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

[0021] 图1为本发明实施例1制备得到的陶瓷瓷片的实物图。

具体实施方式

[0022] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

[0023] 实施例1

[0024] 本实施例的微带陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：

[0025] 首先制备0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]粉体：按照化学式0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3称取氧化锌、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙，将称取的原料加入球磨罐中以无水乙醇为介质进行湿法球磨8h，然后烘干， 1200℃保温4h得到。然后称取99.4wt% [0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]、0.3wt%CuO和0.3wt%La2O3，将上述三种原料在球磨机中球磨12h后烘干即得到陶瓷粉体。

[0026] 1）按照3:1的摩尔比配制水和乙二醇的混合液，将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中，陶瓷粉体占总体积的60%，得到陶瓷粉体浆料；

[0027] 2）称取占陶瓷粉体质量3%的聚丙烯酸铵加入步骤1）得到的浆料中；

[0028] 3）按照20:1的摩尔比配制丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物，称取占陶瓷粉体质量10%的丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物加入步骤2）得到的浆料中，在浆料中加入浆料总量的2倍的锆球后球磨混合8h；

[0029] 4）在步骤3）得到的浆料中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入42.7mm*42.7mm*9.6mm带有7根大小不同的插针的模具中，在90℃保温30min后脱模得到陶瓷坯体，采用三点抗弯测试机测试此坯体的强度为11.5Mpa，远大于干压后的陶瓷坯体强度；

[0030] 5）将步骤4）得到的陶瓷坯体排胶烧结：室温~600℃的升温速率1℃/min，在600℃保温2h，600~1400℃的升温速率4℃/min，在1400℃保温6h，以4℃/min的速率降至室温，得到陶瓷瓷片，如图1所示，得到的该陶瓷瓷片在距离中心孔1.5mm处的两个高度大于8mm通孔，其孔径为0.5mm；若采用干压工艺制备此陶瓷片，填充粉体的高度将超过16mm，而型针的直径小于0.7mm，型针的长径比大于20，压制后型针将难以脱模；

[0031] 6）在步骤5）得到的陶瓷瓷片上下表面刷30μm厚的银浆后在850℃保温20min，得到金属化的陶瓷瓷片，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例的微带陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：

[0034] 首先制备0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]粉体：按照化学式0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3称取氧化锌、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙，将称取的原料加入球磨罐中以无水乙醇为介质进行湿法球磨12h，然后烘干，1000℃保温2h得到。然后称取98.5wt%[0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]、0.7wt%CuO和0.8wt%La2O3，将上述三种原料在球磨机中球磨8h后烘干即得到陶瓷粉体。

[0035] 1）按照1:1的摩尔比配制水和乙二醇的混合液，将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中，陶瓷粉体占总体积的40%，得到陶瓷粉体浆料；

[0036] 2）称取占陶瓷粉体质量0.3%的聚丙烯酸铵加入步骤1）得到的浆料中；

[0037] 3）按照10:1的摩尔比配制丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物，称取占陶瓷粉体质量3%的丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物加入步骤2）得到的浆料中，在浆料中加入浆料总量的1倍的锆球后球磨混合4h；

[0038] 4）在步骤3）得到的浆料中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入28.7mm*28.7mm*5.6mm在中心位置有0.5mm插针的模具中，在65℃保温2h后脱模得到陶瓷坯体；

[0039] 5）将步骤4）得到的陶瓷坯体排胶烧结：室温~600℃的升温速率1℃/min，在600℃保温1h，600~1400℃的升温速率4℃/min，在1400℃保温1h，以4℃/min的速率降至室温，得到陶瓷瓷片；

[0040] 6）在步骤5）得到的陶瓷瓷片上下表面刷10μm厚的银浆后在800℃保温20min，得到金属化的陶瓷瓷片，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线。

[0041] 实施例3

[0042] 本实施例的微带陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：

[0043] 首先制备0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]粉体：按照化学式0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3称取氧化锌、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙，将称取的原料加入球磨罐中以无水乙醇为介质进行湿法球磨11h，然后烘干，1100℃保温3h得到。然后称取99.0wt% [0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]、0.5wt%CuO和0.5wt%La2O3，将上述三种原料在球磨机中球磨10h后烘干即得到陶瓷粉体。

[0044] 1）按照2:1的摩尔比配制水和乙二醇的混合液，将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中，陶瓷粉体占总体积的50%，得到陶瓷粉体浆料；

[0045] 2）称取占陶瓷粉体质量1%的聚丙烯酸铵加入步骤1）得到的浆料中；

[0046] 3）按照15:1的摩尔比配制丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物，称取占陶瓷粉体质量5%的丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物加入步骤2）得到的浆料中，在浆料中加入浆料总量的2倍的锆球后球磨混合6h；

[0047] 4）在步骤3）得到的浆料中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入28.7mm*28.7mm*5.6mm在中心位置有0.5mm插针的模具中，在70℃保温1.5h后脱模得到陶瓷坯体；

[0048] 5）将步骤4）得到的陶瓷坯体排胶烧结：室温~600℃的升温速率1.5℃/min，在600℃保温1h，600~1400℃的升温速率3℃/min，在1400℃保温4h，以3℃/min的速率降至室温，得到陶瓷瓷片；

[0049] 6）在步骤5）得到的陶瓷瓷片上下表面刷20μm厚的银浆后在820℃保温15min，得到金属化的陶瓷瓷片，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线。

[0050] 实施例4

[0051] 本实施例的微带陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：

[0052] 首先制备0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]粉体：按照化学式0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3称取氧化锌、氢氧化镁、氧化钛与碳酸钙，将称取的原料加入球磨罐中以无水乙醇为介质进行湿法球磨9h，然后烘干，1150℃保温3h得到。然后称取99.0wt%[0.93(Mg0.97Zn0.03)TiO3-0.07CaTiO3]、0.4wt%CuO和0.6wt%La2O3，将上述三种原料在球磨机中球磨11h后烘干即得到陶瓷粉体。

[0053] 1）按照2.5:1的摩尔比配制水和乙二醇的混合液，将陶瓷粉体加入水和乙二醇的混合液中，陶瓷粉体占总体积的57%，得到陶瓷粉体浆料；

[0054] 2）称取占陶瓷粉体质量0.5%的聚丙烯酸铵加入步骤1）得到的浆料中；

[0055] 3）按照18:1的摩尔比配制丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物，称取占陶瓷粉体质量4%的丙烯酰胺和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的混合物加入步骤2）得到的浆料中，在浆料中加入浆料总量的1倍的锆球后球磨混合5h；

[0056] 4）在步骤3）得到的浆料中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后倒入28.7mm*28.7mm*5.6mm在中心位置有0.5mm插针的模具中，在80℃保温1h后脱模得到陶瓷坯体；

[0057] 5）将步骤4）得到的陶瓷坯体排胶烧结：室温~600℃的升温速率1.5℃/min，在600℃保温1.5h，600~1400℃的升温速率2℃/min，在1400℃保温3h，以2℃/min的速率降至室温，得到陶瓷瓷片；

[0058] 6）在步骤5）得到的陶瓷瓷片上下表面刷25μm厚的银浆后在840℃保温15min，得到金属化的陶瓷瓷片，再在馈孔中插入银针，即得到微带陶瓷天线。

[0059] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。