專利名稱：溶膠凝膠技術(shù)制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電子信息材料與元器件的，特別涉及一種制備鉭酸鎂(Mg4Ta209)微波陶瓷粉體的方法。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷(麗DC)是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF、 SHF頻段，300腿z 300GHz)電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷。微波介質(zhì)陶瓷主要用于用作諧振器、濾波器、介質(zhì)天線、介質(zhì)導波回路等微波元器件?？捎糜谝苿油ㄓ?、衛(wèi)星通訊和軍用雷達等方面。隨著科學技術(shù)日新月異的發(fā)展，通信信息量的迅猛增加，以及人們對無線通信的要求，使用衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星直播電視等微波通信系統(tǒng)已成為當前通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 隨著微波通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)對基板材料和電子封裝陶瓷提出了更高的要求很高的Q， f值和較低的介電常數(shù)。因此，許多高Q值材料得到了深入的研究和開發(fā)，其中，剛玉結(jié)構(gòu)的A1203陶瓷具有非常高的Q f = 120000GHz和相對較低的介電常數(shù)。由于a 41203陶瓷具有良好導熱性能和優(yōu)異的微波介電性能，已被深入地進行了研究，并得到了廣泛的應(yīng)用。然而，氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度一般在1600-180(TC之間，而且通過多相復(fù)合的方法不能改善其較大的負諧振頻率溫度系數(shù)，這些都限制了 a -A1203陶瓷作為低溫燒結(jié)基板材料的進一步發(fā)展。 在具有剛玉型結(jié)構(gòu)的微波陶瓷中，Mg4Ta209陶瓷其晶體結(jié)構(gòu)為空間群為P3cl (第165號)，晶格參數(shù)為a = 5. 1612和b = 14. 028埃。該類型晶體結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)異的微波介電性能，在140(TC燒結(jié)的MgJaA陶瓷，Q'f值可以達到250000GHz以上，而介電常數(shù)與a-A1^3陶瓷幾乎接近。與具有相同晶體結(jié)構(gòu)Mg^b209陶瓷相比，其Q"f更高，二者適用于不同的微波頻率下進行工作，互為補充；因此，MgJ^09陶瓷在微波頻段下，可望成為新一種取代氧化鋁陶瓷成為高Q值的微波陶瓷。 從目前研究資料看，關(guān)于MgO-Ta205系統(tǒng)材料體系的制備技術(shù)整體上以固相合成為主，Mg4Ta209體系合成溫度過高(合成溫度在IOO(TC以上)，所合成的陶瓷粉料粒度處于微米級別，不利于后期微波陶瓷的燒結(jié)?；谏鲜霈F(xiàn)狀，本發(fā)明利用溶膠凝膠技術(shù)，通過液相法率先制備Mg4Ta209陶瓷納米級別粉體，為燒結(jié)該體系微波陶瓷提供優(yōu)質(zhì)納米粉料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服MgO-Ta205系統(tǒng)固相合成鉭酸鎂粉體溫度偏高、合成粉體粒度較大的缺點，利用溶膠凝膠技術(shù)，制備納米級別的MgJ^09陶瓷粉體。本發(fā)明的微波陶瓷粉體顆粒細小、均勻，合成溫度低，可為燒結(jié)性能良好的鉭酸鎂微波陶瓷提供優(yōu)質(zhì)的前期粉體。 本發(fā)明的溶膠凝膠法制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的制備方法，具有以下步驟
(1)配制鉭的檸檬酸水溶液
(a)按照五氧化二鉭與碳酸鉀的摩爾比為1 : 5 1 : IO配料，按照與碳酸鉀的
摩爾比為i : 5 i : 10配料，將兩者混合均勻，裝入高鋁坩堝內(nèi)，于700 ioo(rc熔融，
得到鉭酸鉀； (b)將步驟(a)的鉭酸鉀溶解于500ml去離子水，加入硝酸，調(diào)整其pH值為3 5，確保全部生成鉭酸沉淀； (c)離心分離、洗滌上述鉭酸沉淀，然后將該鉭酸加入到檸檬酸水溶液中，并于水浴加熱，使鉭酸完全溶解，形成鉭的檸檬酸水溶液，其中，檸檬酸與鉭離子的摩爾比為
2 : i 6 : i; (2)配制鎂的檸檬酸水溶液 (a)稱取硝酸鎂，溶解于100ml去離子水； (b)將上述溶液中加入檸檬酸，保證檸檬酸與硝酸鎂的摩爾比為5 : i io : i，
并溶解充分，調(diào)整其pH值為3 5 ; (c)水浴加熱，不斷攪拌，保證形成鎂的檸檬酸水溶液。
(3)Mg_Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體的獲得 (a)將上述(1)、 (2)制備的鉭的檸檬酸水溶液、鎂的檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入乙二醇作為酯化劑，乙二醇的加入摩爾量為檸檬酸的4-6倍；通過水浴加熱、不斷攪拌，保證均勻，獲得Mg-Ta前驅(qū)體溶液； (b)將制備的Mg-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，形成干凝膠；
(c)將干凝膠置于高溫爐中煅燒處理，獲得顆粒均勻的納米級鉭酸鎂粉體。
本發(fā)明的有益效果是，利用溶膠凝膠技術(shù)在較低溫度下制備出的納米級Mg4Ta209陶瓷粉體。通過場發(fā)射掃描電鏡以及XRD衍射儀測試結(jié)果表明，該技術(shù)合成的微波陶瓷粉體顆粒細小、均勻，具有納米級別的尺度，具有良好的燒結(jié)特性，同時，粉體純度高，沒有任何雜質(zhì)，可作為后期陶瓷燒結(jié)的優(yōu)質(zhì)粉體。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述，本發(fā)明均采用市售的化學純原料。
實施例1 (1)配制鉭的檸檬酸水溶液 (a)按照五氧化二鉭與碳酸鉀的摩爾比為1 : 5配料，分別稱取五氧化二鉭粉體5. 326克、助溶劑碳酸鉀13. 819克；五氧化二鉭粉末與碳酸鉀粉末混合均勻，裝入高鋁坩鍋內(nèi)，于1000度熔融2h，得到鉭酸鉀； (b)將步驟(a)的鉭酸鉀溶解于500ml去離子水，加入硝酸，調(diào)整其pH值為3，確保全部生成鉭酸沉淀； (c)稱取檸檬酸15. 3712克，加入500ml去離子水，形成檸檬酸水溶液；將上述步驟(b)的鉭酸沉淀進行離心分離、洗滌，然后將該鉭酸加入到檸檬酸水溶液中，并于水浴8(TC加熱，使鉭酸完全溶解，形成鉭的檸檬酸水溶液。
(2)配制鎂的檸檬酸水溶液 (a)稱量六水硝酸鎂20. 513克，溶解于100ml去離子水； (b)然后稱量檸檬酸76. 856克，并加入到將上述溶液，保證檸檬酸與硝酸鎂的摩
4爾比為5 : 1，保證溶解充分，調(diào)整其pH值為3; (c)水浴8(TC加熱，不斷攪拌，保證形成鎂的檸檬酸水溶液。 (3)Mg-Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體的獲得 (a)將上述(1) 、 (2)制備的鉭的檸檬酸水溶液、鎂的檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入乙二醇作為酯化劑，乙二醇的加入摩爾量為檸檬酸的4倍；通過水浴8(TC加熱、不斷攪拌，保證均勻，獲得Mg-Ta前驅(qū)體溶液； (b)將制備的Mg-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱IO(TC進行烘干，形成干凝膠； (c)采用箱式電阻爐55(TC氧氣氣氛下將干凝膠進行煅燒處理；通過進一步研
磨，可得均勻、顆粒細小的納米級鉭酸鎂(Mg4Ta209)粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JE0L
JSM-7600F， Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑分布為40_50nm。 實施例2 (1)配制鉭的檸檬酸水溶液 (a)按照五氧化二鉭與碳酸鉀的摩爾比為1 : IO配料，分別稱取五氧化二鉭粉體5. 326克、助溶劑碳酸鉀27. 638克；五氧化二鉭粉末與碳酸鉀粉末混合均勻，裝入高鋁坩鍋內(nèi)，于700度熔融4h，得到鉭酸鉀； (b)將步驟(a)的鉭酸鉀溶解于500ml去離子水，加入硝酸，調(diào)整其pH值為4，確保全部生成鉭酸沉淀； (c)稱取擰檬酸7. 6854克，加入500ml去離子水，形成擰檬酸水溶液；將上述步驟(b)的鉭酸沉淀進行離心分離、洗滌，然后將該鉭酸加入到檸檬酸水溶液中，并于水浴45t:加熱，使鉭酸完全溶解，形成鉭的檸檬酸水溶液。
(2)配制鎂的檸檬酸水溶液 (a)稱量六水硝酸鎂20. 513克，溶解于100ml去離子水； (b)然后稱量檸檬酸153. 712克，并加入到將上述溶液，保證檸檬酸與硝酸鎂的摩
爾比為IO : l，保證溶解充分，調(diào)整其pH值為4 ; (c)水浴45t:加熱，不斷攪拌，保證形成鎂的檸檬酸水溶液。 (3)Mg-Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體的獲得 (a)將上述(1) 、 (2)制備的鉭的檸檬酸水溶液、鎂的檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入乙二醇作為酯化劑，乙二醇的加入摩爾量為檸檬酸的5倍；通過水浴45t:加熱、不斷攪拌，保證均勻，獲得Mg-Ta前驅(qū)體溶液； (b)將制備的Mg-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱IO(TC進行烘干，形成干凝膠； (c)采用箱式電阻爐65(TC氧氣氣氛下將干凝膠進行煅燒處理；通過進一步研
磨，可得均勻、顆粒細小的納米級鉭酸鎂(Mg4Ta209)粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JE0L
JSM-7600F， Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑分布為50_60nm。 實施例3 (1)配制鉭的檸檬酸水溶液 (a)按照五氧化二鉭與碳酸鉀的摩爾比為1 : 8配料，分別稱取五氧化二鉭粉體5. 326克、助溶劑碳酸鉀22. 1104克；五氧化二鉭粉末與碳酸鉀粉末混合均勻，裝入高鋁坩鍋內(nèi)，于800度熔融5h，得到鉭酸鉀； (b)將步驟(a)的鉭酸鉀溶解于500ml去離子水，加入硝酸，調(diào)整其pH值為5，確保全部生成鉭酸沉淀； (c)稱取檸檬酸23. 0568克，加入500ml去離子水，形成檸檬酸水溶液；將上述步 驟(b)的鉭酸沉淀進行離心分離、洗滌，然后將該鉭酸加入到檸檬酸水溶液中，并于水浴 6(TC加熱，使鉭酸完全溶解，形成鉭的檸檬酸水溶液。 [OOM] (2)配制鎂的檸檬酸水溶液 (a)稱量六水硝酸鎂20. 513克，溶解于100ml去離子水； (b)然后稱量檸檬酸92.2272克，并加入到將上述溶液，保證檸檬酸與硝酸鎂的摩
爾比為6 : 1，保證溶解充分，調(diào)整其pH值為5; (c)水浴6(TC加熱，不斷攪拌，保證形成鎂的檸檬酸水溶液。 (3)Mg-Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體的獲得 (a)將上述(1) 、 (2)制備的鉭的檸檬酸水溶液、鎂的檸檬酸水溶液混合均勻，然后 加入乙二醇作為酯化劑，乙二醇的加入摩爾量為檸檬酸的5倍；通過水浴6(TC加熱、不斷攪 拌，保證均勻，獲得Mg-Ta前驅(qū)體溶液； (b)將制備的Mg-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱IO(TC進行烘干，形成干凝膠； (c)采用箱式電阻爐75(TC氧氣氣氛下將干凝膠進行煅燒處理；通過進一步研
磨，可得均勻、顆粒細小的納米級鉭酸鎂(Mg4Ta209)粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JEOL
JSM-7600F， Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑分布為60_70nm。 實施例4 (1)配制鉭的檸檬酸水溶液 (a)按照五氧化二鉭與碳酸鉀的摩爾比為1 : 6配料，分別稱取五氧化二鉭粉體 5. 326克、助溶劑碳酸鉀16. 5828克；五氧化二鉭粉末與碳酸鉀粉末混合均勻，裝入高鋁坩 鍋內(nèi)，于900度熔融6h，得到鉭酸鉀； (b)將步驟(a)的鉭酸鉀溶解于500ml去離子水，加入硝酸，調(diào)整其pH值為4. 5，
確保全部生成鉭酸沉淀； (c)稱取檸檬酸19. 2克，加入500ml去離子水，形成檸檬酸水溶液；將上述步驟 (b)的鉭酸沉淀進行離心分離、洗滌，然后將該鉭酸加入到檸檬酸水溶液中，并于水浴7(TC 加熱，使鉭酸完全溶解，形成鉭的檸檬酸水溶液。
(2)配制鎂的檸檬酸水溶液 (a)稱量六水硝酸鎂20. 513克，溶解于100ml去離子水； (b)然后稱量檸檬酸122. 9696克，并加入到將上述溶液，保證檸檬酸與硝酸鎂的
摩爾比為8 : 1，保證溶解充分，調(diào)整其pH值為4.5; (c)水浴7(TC加熱，不斷攪拌，保證形成鎂的檸檬酸水溶液。 (3)Mg-Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體的獲得 (a)將上述(1) 、 (2)制備的鉭的檸檬酸水溶液、鎂的檸檬酸水溶液混合均勻，然后 加入乙二醇作為酯化劑，乙二醇的加入摩爾量為檸檬酸的6倍；通過水浴7(TC加熱、不斷攪 拌，保證均勻，獲得Mg-Ta前驅(qū)體溶液； (b)將制備的Mg-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱IO(TC進行烘干，形成干凝膠； (c)采用箱式電阻爐85(TC氧氣氣氛下將干凝膠進行煅燒處理；通過進一步研
磨，可得均勻、顆粒細小的納米級鉭酸鎂(Mg4Ta209)粉體；采用場發(fā)射掃描電鏡(JEOL
6JSM-7600F， Japan)測試該納米粉體顆粒的平均粒徑分布為70-80nmc
權(quán)利要求
一種溶膠凝膠技術(shù)制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的方法，具有以下步驟(1)配制鉭的檸檬酸水溶液(a)按照五氧化二鉭與碳酸鉀的摩爾比為1∶5～1∶10配料，將兩者混合均勻，裝入高鋁坩堝內(nèi)，于700～1000℃熔融，得到鉭酸鉀；(b)將步驟(a)的鉭酸鉀溶解于500ml去離子水，加入硝酸，調(diào)整其pH值為3～5，確保全部生成鉭酸沉淀；(c)離心分離、洗滌步驟(b)的鉭酸沉淀，按檸檬酸與鉭離子的摩爾比為2∶1～6∶1稱取檸檬酸，加入500ml去離子水，形成檸檬酸水溶液，然后將鉭酸加入到檸檬酸水溶液中，并于水浴加熱，使鉭酸完全溶解，形成鉭的檸檬酸水溶液；(2)配制鎂的檸檬酸水溶液(a)稱取硝酸鎂，溶解于100ml去離子水；(b)將步驟(a)溶液中加入檸檬酸，保證檸檬酸與硝酸鎂的摩爾比為5∶1～10∶1，并溶解充分，調(diào)整其pH值為3～5；(c)水浴加熱，不斷攪拌，保證形成鎂的檸檬酸水溶液。(3)制備Mg-Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體(a)將步驟(1)、(2)制備的鉭的檸檬酸水溶液、鎂的檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入乙二醇作為酯化劑，乙二醇的加入摩爾量為檸檬酸的4-6倍；通過水浴加熱、不斷攪拌，保證均勻，獲得Mg-Ta前驅(qū)體溶液；(b)將制備的Mg-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，形成干凝膠；(c)將干凝膠置于高溫爐中煅燒處理，獲得顆粒均勻的納米級鉭酸鎂粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉭酸鎂微波陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)(a)的熔融時間是2 6小時。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的溶膠凝膠法制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(1) (c)和步驟(2) (c)的水浴溫度為45°C 80°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的溶膠凝膠法制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3) (b)的烘干溫度為IO(TC。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的溶膠凝膠法制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3) (c)的熱處理溫度為550°C 850°C
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉭酸鎂微波陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)(c)制得的鉭酸鎂納米粉體的平均粒徑為40 80nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溶膠凝膠技術(shù)制備鉭酸鎂微波陶瓷粉體的方法，步驟如下(1)配制鉭的檸檬酸水溶液，檸檬酸與鉭離子的摩爾比為2∶1～6∶1；(2)配制鎂的檸檬酸水溶液，檸檬酸與硝酸鎂的摩爾比為5∶1～10∶1，pH值為3～5；(3)制備Mg-Ta前驅(qū)體溶液、干凝膠以及納米粉體。本發(fā)明克服了目前固相法合成鉭酸鎂微波陶瓷粉體的合成溫度高、粒度大、物相不純等缺點，制備出平均粒徑為40～80nm的高純度鉭酸鎂微波陶瓷納米粉體。
文檔編號C04B35/624GK101774812SQ20101010432
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者吳海濤, 張平, 曹麗鳳, 李玲霞, 鄒強 申請人:天津大學