專利名稱：低溫?zé)Y(jié)鈮酸鹽微波介電陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及在微波頻率使用的介質(zhì)諧振器、濾波器等微波元器件，以及陶瓷電容器或溫度補(bǔ)償電容器的介電陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF、SHF頻段)電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動(dòng)電話、汽車電話、無(wú)繩電話、電視衛(wèi)星接受器、軍事雷達(dá)等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過(guò)程中正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。
應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足如下介電特性的要求(1)高的相對(duì)介電常數(shù)εr以利于器件的小型化，一般要求εr≥20；(2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或介質(zhì)損耗tanδ以降低噪音，一般要求Qf≥3000；(3)諧振頻率的溫度系數(shù)τf盡可能小以保證器件具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求-10/℃≤τf≤+10ppm/℃。國(guó)際上從20世紀(jì)30年代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)。
根據(jù)相對(duì)介電常數(shù)εr的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發(fā)和正在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為3類。
(1)低εr和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5，BaO-ZnO-Ta2O5或BaO-MgO-Nb2O5，BaO-ZnO-Nb2O5系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其εr＝25～30，Q＝(1～3)×104(在f≥10GHz下)，τf≈0。主要應(yīng)用于f≥8GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
(2)中等εr和Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi4O9，Ba2Ti9O20和(Zr、Sn)TiO4等為基的MWDC材料，其εr＝35～40，Q＝(6～9)×103(在f＝3～4GHz下)，τf≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。
(3)高εr而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8～4GHz頻率范圍內(nèi)民用移動(dòng)通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點(diǎn)。80年代以來(lái)，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO-Ln2O3-TiO2系列(Ln＝La，Sm，Nd，Pr等，簡(jiǎn)稱BLT系)、復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列、鉛基系列材料、Ca1-xLn2x/3TiO3系等高εr微波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO-Nd2O3-TiO2材料介電常數(shù)達(dá)到90，鉛基系列(Pb，Ca)ZrO3介電常數(shù)達(dá)到105)。
隨著信息技術(shù)的加速發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)向高頻化、小型化、集成化、高可靠性方向發(fā)展，中等介電常數(shù)材料體系介電常數(shù)偏低，在保持Q值不降低的前提下很難滿足進(jìn)一步小型化的需求。而高介電常數(shù)材料體系主要是綜合性能較差，Q·f值較小，很難滿足高頻化、高可靠性的發(fā)展需求。另外這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300℃，不能直接與Ag、Cu等低熔點(diǎn)金屬共燒形成多層陶瓷電容器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類具有低損耗與良好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)具有高頻介電常數(shù)達(dá)到40～90，可在1300℃下燒結(jié)的介電陶瓷材料及其制備方法。
本發(fā)明的介電陶瓷材料由由氧化物形式的Ba、Sr、Li、Nb和Ta組成，并以下述組成的晶相為主相，(Ba1-xSrx)4LiNb3-yTayO12式中，0.00≤x≤1，0.00≤y≤2。
本介電陶瓷材料按下述方法制備而成。
方法一首先將純度為99.9％以上的BaCO3、SrCO3、Li2CO3、Nb2O5與Ta2O5的原始粉末按所述的組成范圍內(nèi)配料，濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后在900～1250℃大氣氣氛中預(yù)燒4～8小時(shí)，然后在預(yù)燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在950～1300℃大氣氣氛中燒結(jié)1～8小時(shí)，所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5％的聚乙烯醇水溶液，劑量占粉末總質(zhì)量的5％～15％。
方法二首先將純度為99.9％以上的Li2CO3與Nb2O5的原始粉末按分子比1～1.05∶2混合配料，濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后在1000～1150℃大氣氣氛中預(yù)燒4～8小時(shí)以合成LiNbO3，然后將純度為99.9％以上的BaCO3、SrCO3、Nb2O5和Ta2O5的原始粉末與合成的LiNbO3按所述的組成范圍內(nèi)配料，濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后在900～1250℃大氣氣氛中煅燒4～8小時(shí)，然后在煅燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在950～1300℃大氣氣氛中燒結(jié)1小時(shí)以上，所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5％的聚乙烯醇水溶液，劑量為粉末總質(zhì)量的5％～15％。
本介電陶瓷材料或者加有副相，加入副相的目的是為了調(diào)整燒結(jié)溫度，副相是低熔點(diǎn)的氧化物V2O5，CuO和MnO的一種或它們的混合物，摻入量占粉末總質(zhì)量的0.25％～5％；或副相為B2O3，摻入量占粉末總質(zhì)量的5％～25％。
本介電陶瓷材料有主相和副相的制備方法，先按上述方法制成預(yù)燒主相粉末，然后將預(yù)燒主相粉末與副相組成中所含元素的純度為99.9％以上的氧化物粉末，按設(shè)定的重量百分比濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后添加粘結(jié)劑并造粒，再壓制成型，最后在950～1300℃大氣氣氛中燒結(jié)1小時(shí)以上，所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5％的聚乙烯醇水溶液，劑量為粉末總質(zhì)量的1％～15％。粘結(jié)劑或采用聚乙二醇溶液。


圖1是組成為Ba4LiNb3O12的X射線衍射圖具體實(shí)施方式
表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的各成分含量的幾個(gè)具體實(shí)例及其微波介電性能。其制備方法如上所述，用粉末X射線衍射法對(duì)燒結(jié)后的陶瓷試樣進(jìn)行物相分析，圖1為實(shí)施例1的X射線衍射圖譜，用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評(píng)價(jià)。
本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)諧振器、濾波器等微波器件的制造，可滿足移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
與Ba、Sr相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素Ca，Pb等，與Nb相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素Ti，Sn，Zr等，也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的介電陶瓷。


權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)鈮酸鹽微波介電陶瓷，由氧化物形式的Ba、Sr、Li、Nb和Ta組成，并以下述組成的晶相為主相，(Ba1-xSrx)4LiNb3-yTayO12式中，0.00≤x≤1，0.00≤y≤2。
2.權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)鈮酸鹽微波陶瓷的制備方法，其特征是首先，將純度為99.9％以上的BaCO3、SrCO3、Li2CO3、Nb2O5與Ta2O5的原始粉末按權(quán)利要求1所述的組成范圍內(nèi)配料，濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后在900～1250℃大氣氣氛中預(yù)燒4～8小時(shí)，然后在預(yù)燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在950～1300℃大氣氣氛中燒結(jié)1小時(shí)以上，所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5％的聚乙烯醇水溶液，劑量為粉末總質(zhì)量的5％～15％。
3.權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)鈮酸鹽微波陶瓷的制備方法，其特征是首先，將純度為99.9％以上的Li2CO3與Nb2O5的原始粉末按分子比1～1.05∶2混合配料，濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后在1000～1150℃大氣氣氛中預(yù)燒4～8小時(shí)以合成LiNbO3，然后將純度為99.9％以上的BaCO3、SrCO3、Nb2O5和Ta2O5的原始粉末與合成的LiNbO3按權(quán)利要求1所述的組成范圍內(nèi)配料，濕式球磨混合12～24小時(shí)，溶劑為蒸餾水，烘干后在900～1250℃大氣氣氛中煅燒4～8小時(shí)，然后在煅燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在950～1300℃大氣氣氛中燒結(jié)1小時(shí)以上，所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5％的聚乙烯醇水溶液，劑量為粉末總質(zhì)量的5％～15％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類用于微波元器件及陶瓷電容器或溫度補(bǔ)償電容器的低溫?zé)Y(jié)鈮酸鹽高頻介電陶瓷，該陶瓷以(Ba
文檔編號(hào)C04B35/64GK1793004SQ20061001811
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者方亮, 張輝, 孟森森 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)