專利名稱：：一種高q值復相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及微波介質(zhì)陶瓷材料領域，具體是一種高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。二
背景技術(shù)：
：近年來，隨著移動通訊與衛(wèi)星通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，對介質(zhì)諧振器與濾波器等微波元器件使用的微波介質(zhì)陶瓷的需要正在日益增長。調(diào)查顯示2007年全球手機銷量達到11.2億部，按每部手機兩個微波元器件估計，2007年僅僅手機生產(chǎn)就需要22.4億個微波元器件。此外，便攜式移動通訊設備的進步導致了各種由于多芯片高頻器件或低溫高燒陶瓷(LTCC)產(chǎn)生的各種類型的線路板和多芯片模塊的發(fā)展，這就要求器件小型化、片式化、輕量化。促使微波介質(zhì)陶瓷能夠與其他介電材料或電感材料實現(xiàn)疊層共燒，其中要求具有良好導電率的金屬或合金作為內(nèi)電極。而目前為止代表性的微波介質(zhì)陶瓷化合物如鈦酸鋯錫系、氧化鋇_二氧化鈦系、以及作為鋇_鈣鈦礦系的鉭鋅酸鋇、鉭鎂酸鋇、鈮鋅酸鋇雖然具有高的Q值，但燒結(jié)溫度都在1300°C1500°C。由于其燒結(jié)溫度過高，在制備微波元器件時，只能使用含鈀量高的銀鈀合金，甚至純鈀作為電極材料。而鈀的市場價格遠遠高于銀，這樣大大提高了元器件的原料成本，并且高的燒結(jié)溫度在制備過程中需要消耗更多的能源，增加制備成本。目前常用的降低燒結(jié)溫度的技術(shù)有化學合成法，如溶膠-凝膠法等；特殊燒結(jié)法，比如熱壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)等；摻雜燒結(jié)助劑；選用低燒結(jié)溫度材料體系。但化學合成法和特殊燒結(jié)法往往需要特殊的設備，以及價格昂貴的原料，而且工藝復雜，不利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)需要。結(jié)合選用低燒結(jié)溫度材料體系和摻雜燒結(jié)助劑將是降低燒結(jié)溫度的一種有效方法。而鈮酸鋅、鉭酸鋅等微波介質(zhì)陶瓷化合物雖然燒結(jié)溫度在110(TC130(TC，但其Q值卻大大降低。所以，同時具有低燒結(jié)溫度和高Q值的微波介質(zhì)陶瓷成為目前的技術(shù)難點。三
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的原料價格昂貴、制備成本高、能源耗費高以及材料微波介電性能低的問題。本發(fā)明提出一種高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。本發(fā)明的一般表達式為(l-x)ZnNb206+xZn3Nb208，其中0.1《x《0.4。具體制備步驟如下(1)將純度為99.9%的Zn0和Nb205，按摩爾比1:1混合球磨，然后烘干、研磨、預燒制成ZnNb206，預燒溫度為1000°C105(TC，預燒時間為36小時。(2)將純度為99.9%的ZnO和Nb205，按摩爾比3:1混合球磨，然后烘干、研磨、預燒制成2!13恥208，預燒溫度為1100°C115(TC，預燒時間為36小時。(3)將ZnNb206和Zn3Nb208按摩爾比96:14混合球磨，然后烘干，添加33wt%8wt^的PVA(聚乙烯醇)造粒，產(chǎn)生200微米的顆粒，并在100Mpa壓力下壓制成型。(4)把成型后的試樣排膠，排膠溫度為500°C，升溫速率為2°C/分鐘，去除粘結(jié)劑。(5)將坯體在1100°C115(TC燒結(jié)，保溫時間為26小時，并且在微波頻段下QXf值大于130000GHz。本發(fā)明提供了在微波頻段下具有高QXf值(大于130000GHz)與低燒結(jié)溫度(IIO(TC)，同時介電常數(shù)為2224的復相微波介質(zhì)陶瓷。而利用本發(fā)明提供的高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷，可使介質(zhì)諧振器與濾波器等微波元器件適合更高頻率與更大功率的應用。同時由于低燒結(jié)溫度，可以使用價格更低廉的電極材料，并且節(jié)約大量的能源，降低應用成本。四附圖1是ZnNb206-Zn3Nb208復相陶瓷的XRD圖譜。附圖2是高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷制備方法的流程圖。其中l(wèi).Zn3Nb2082.是ZnNb206a的組分是0.9ZnNb206+0.lZn3Nb208b的組分是0.8ZnNb206+0.2Zn3Nb208c的組分是0.7ZnNb206+0.3Zn3Nb208d的組分是0.6ZnNb206+0.4Zn3Nb208五具體實施例方式下面通過實施例進一步闡述本發(fā)明的實質(zhì)特點和顯著進步，然而本發(fā)明絕非僅限于所述的實施例。實施例一本實施例以純度為99.9%的ZnO與Nb205為起始原料，按(l_x)211吣206+又2113吣208(其中x=0.1)的化學計量比配料。制備步驟為(1)將ZnO和Nb^5，按摩爾比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成ZnNb^e，預燒溫度為IOO(TC，預燒時間為3小時。(2)將ZnO和Nb^5，按摩爾比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成2!13%08，預燒溫度為IIO(TC，預燒時間為3小時。(3)將合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩爾比9:1混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時。(4)向烘干的粉料中加入3.00wt^聚乙烯醇粘結(jié)劑水溶液，用瑪瑙研缽研磨2小時，產(chǎn)生約200微米顆粒，用該顆粒在100Mpa壓力下壓制成直徑12mm，厚度6mm的圓柱試樣。(5)將成型后的試樣在電爐中經(jīng)50(TC熱處理，升溫速率為2°C/min，燒掉粘結(jié)劑。(6)將除掉粘結(jié)劑的素坯體，在IIO(TC燒結(jié)2小時，升溫速率為5°C/min。用粉末X射線衍射峰對燒結(jié)后的陶瓷試樣進行了分析，分析結(jié)果如圖一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相組成的復相結(jié)構(gòu)。試樣具有優(yōu)良的的微波介電性能、=23.01，QXf=134852GHz(f=8.343GHz)。實施例二本實施例以純度為99.9%的Zn0與Nb205為起始原料，按(l_x)ZnNb206+xZn3Nb208(其中x=0.2)的化學計量比配料。制備步驟為(1)將ZnO和Nb^5，按摩爾比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成ZnNb^e，預燒溫度為102(TC，預燒時間為4小時。(2)將ZnO和Nb^5，按摩爾比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成2!13%08，預燒溫度為112(TC，預燒時間為4小時。(3)將合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩爾比8:2混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨14小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時。.(4)向烘干的粉料中加入5.00wt^聚乙烯醇粘結(jié)劑水溶液，用瑪瑙研缽研磨2小時，產(chǎn)生約200微米顆粒，用該顆粒在100Mpa壓力下壓制成直徑12mm，厚度6mm的圓柱試樣。(5)將成型后的試樣在電爐中經(jīng)50(TC熱處理，升溫速率為2°C/min，燒掉粘結(jié)劑。(6)將除掉粘結(jié)劑的素坯體，在113(TC燒結(jié)3小時，升溫速率為5°C/min。用粉末X射線衍射峰對燒結(jié)后的陶瓷試樣進行了分析，分析結(jié)果如圖一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相組成的復相結(jié)構(gòu)。試樣具有優(yōu)良的微波介電性能^=22.67，QXf=130903GHz(f=8.247GHz)。實施例三本實施例以純度為99.9%的ZnO與Nb205為起始原料，按(l_x)ZnNb206+xZn3Nb208(其中x=0.3)的化學計量比配料。制備步驟為(1)將ZnO和Nb^5，按摩爾比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成ZnNb^e，預燒溫度為104(TC，預燒時間為5小時。(2)將ZnO和Nb^5，按摩爾比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成2!13%08，預燒溫度為113(TC，預燒時間為5小時。(3)將合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩爾比7:3混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨14小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時。(4)向烘干的粉料中加入7.00wt^聚乙烯醇粘結(jié)劑水溶液，用瑪瑙研缽研磨2小時，產(chǎn)生約200微米顆粒，用該顆粒在100Mpa壓力下壓制成直徑12mm，厚度6mm的圓柱試樣。(5)將成型后的試樣在電爐中經(jīng)50(TC熱處理，升溫速率為2°C/min，燒掉粘結(jié)劑。(6)將除掉粘結(jié)劑的素坯體，在112(TC燒結(jié)4小時，升溫速率為5°C/min。5用粉末X射線衍射峰對燒結(jié)后的陶瓷試樣進行了分析，分析結(jié)果如圖一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相組成的復相結(jié)構(gòu)。試樣具有優(yōu)良的微波介電性能、=22.19，Qxf=149642GHz(f=8.115GHz)。實施例四本實施例以純度為99.9%的Zn0與Nb205為起始原料，按(l_x)ZnNb206+xZn3Nb208(其中x=0.4)的化學計量比配料。制備步驟為(1)將2!10和恥205，按摩爾比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成ZnNb^e，預燒溫度為105(TC，預燒時間為6小時。(2)將ZnO和Nb20s，按摩爾比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時、再用瑪瑙研缽將干燥粉料磨細、置于剛玉坩堝中預燒制成2!13%08，預燒溫度為115(TC，預燒時間為6小時。(3)將合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩爾比6:4混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小時，以無水乙醇和鋯球為介質(zhì)，球磨后的濕料在5(TC烘干12小時。(4)向烘干的粉料中加入8.00wt^聚乙烯醇粘結(jié)劑水溶液，用瑪瑙研缽研磨2小時，產(chǎn)生約200微米顆粒，用該顆粒在100Mpa壓力下壓制成直徑12mm，厚度6mm的圓柱試樣。(5)將成型后的試樣在電爐中經(jīng)50(TC熱處理，升溫速率為2°C/min，燒掉粘結(jié)劑。(6)將除掉粘結(jié)劑的素坯體，在115(TC燒結(jié)6小時，升溫速率為5°C/min。用粉末X射線衍射峰對燒結(jié)后的陶瓷試樣進行了分析，分析結(jié)果如圖一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相組成的復相結(jié)構(gòu)。試樣具有優(yōu)良的微波介電性能、=22.16，QXf=132097GHz(f=8.673GHz)。上述四個實施例中試樣的微波介電性能以及燒結(jié)溫度如表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，該高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷的一般表達式為(1-x)ZnNb2O6+xZn3Nb2O8，其中0.05＜x＜0.50。2.—種制備如權(quán)利要求1所述高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷的方法，其特征在于，具體制備過程是a.將純度為99.9%的ZnO和Nb205按摩爾比1:1混合球磨，經(jīng)烘干、研磨和預燒制成ZnNb206;預燒溫度為950°C1050。C，預燒時間為26小時；b.將純度為99.9^的ZnO和Nb20s按摩爾比3:1混合球磨，經(jīng)烘干、研磨和預燒制成2!13吣208，預燒溫度為1050°C115(TC，預燒時間為26小時；c.將ZnNb206和Zn3Nb208分別按陶瓷組成配比混合球磨并烘干；添加2wt%10wt%的PVA造粒，產(chǎn)生200微米的顆粒，并在100Mpa壓力下壓制成型；d.將成型后的試樣排膠；排膠溫度為50(TC，升溫速率為2°C/分鐘；去除粘結(jié)劑，得到坯體；e.將坯體在1050°C115(TC燒結(jié)，保溫時間為26小時，并且在微波頻段下QXf值大于130000GHz。全文摘要本發(fā)明是一種高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，一般表達式為(1-x)ZnNb2O6＋xZn3Nb2O8，其中0.1≤x≤0.4。將ZnO和Nb2O5預燒制成ZnNb2O6；將ZnO和Nb2O5預燒制成Zn3Nb2O8；在合成的ZnNb2O6和Zn3Nb2O8中添加3wt％～8wt％的PVA造粒并壓制成型；對坯體進行燒結(jié)，得到高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明在微波頻段下具有高Q×f值與低燒結(jié)溫度，同時介電常數(shù)為22～24。利用本發(fā)明提供的高Q值復相微波介質(zhì)陶瓷，可使介質(zhì)諧振器與濾波器等微波元器件適合更高頻率與更大功率的應用。同時由于低燒結(jié)溫度，可以使用價格更低廉的電極材料，節(jié)約大量的能源，降低應用成本。文檔編號C04B35/495GK101747037SQ20081023245公開日2010年6月23日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者劉家驥,洪榮子,王通,胡國辛,高峰申請人:西北工業(yè)大學