專利名稱：可低溫燒結(jié)微波介電陶瓷Ba<sub>4-x</sub>Sr<sub>x</sub>LiSb<sub>3</sub>O<sub>12</sub>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，已在便攜式移動電話、汽車電話、 無繩電話、電視衛(wèi)星接受器、軍事雷達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、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。
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)高的相對介電常數(shù)％以利于器件的小型化，一般要求％>20;(幻高的品質(zhì)因數(shù)Q值或介質(zhì)損耗tan δ 以降低噪音，一般要求Qf彡3000GHz ； (3)諧振頻率的溫度系數(shù)、盡可能小以保證器件具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求_10/°C彡τ r ( +10ppm/°C。國際上從20世紀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)相對介電常數(shù)ε r的大小與使用頻段的不同，通?？蓪⒁驯婚_發(fā)和正在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為3類。
(1)低ε r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)或它們之間的復合系統(tǒng)MWDC材料。其ε ^ = 25 30， Q= (1 2) X IO4(在f彡IOGHz下)，τ f 0。主要應(yīng)用于f彡8GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機中作為介質(zhì)諧振器件。
(2)中等ε r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 ε r = 35 40，Q = (6 9) X IO3(在 f = 3 _4GHz 下)， τ f彡5ppm/°C。主要用于4 8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。
(3)高、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)民用移動通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點。80年代以來，Kolar, Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO-Ln2O3-TiA系列(Ln = La, Sm, Nd, Pr等，簡稱BLT系)、復合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CaO-Li2O-Ln2O3-TW2系列、鉛基系列材料、Ci^xLrw3TiO3系等高ε r微波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO-Nd2O3-TiA材料介電常數(shù)達到90，鉛基系列(1 ，Ca)介電常數(shù)達到105。
以上這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300°C，不能直接與Ag、Cu等低熔點金屬共燒形成多層陶瓷電容器。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國內(nèi)外的研究人員對一些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復合材料體系，因低熔點玻璃相具有相對較高的介質(zhì)損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗。因此研制無玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當前研究的重點。但是，對于用于低燒微波介質(zhì)陶瓷的體系仍然比較有限，這在很大程度上限制了低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的發(fā)展。 我們前期的專利(ZL200610018112. 5)公開了一種組成為(Bi^xSrx)4LiNb3_yT￡iy012，其中 O^x^的可低燒鈮酸鹽介電陶瓷，其燒結(jié)溫度低于1300°C，但是其諧振頻率的溫度系數(shù)τ ,值稍高，限制了其實際應(yīng)用。為了獲得Tf值接近0的材料，我們在銻酸鹽 Ba4^xSrxLiSb3O12中發(fā)現(xiàn)了系列高品質(zhì)因數(shù)，諧振頻率的溫度系數(shù)更接近于0的微波介電陶ο發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有低損耗與良好的熱穩(wěn)定性，同時具有高頻介電常數(shù)達到28 40，Qf值高達60000 100000GHz，可在950 1150°C燒結(jié)的微波介電陶瓷材料及其制備方法。
本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的組成為Ba4_xSrxLia3012，其中0彡χ彡4。
本微波介電陶瓷材料的制備方法具體步驟為
首先將純度為99. 9 %以上的BaC03、SrCO3> Li2C03、Sb2O3的原始粉末按 Ba4^xSrxLiSb3O12的組成配料，其中0彡χ彡4 ；濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在900°C大氣氣氛中預燒6小時，然后在預燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型， 最后在950 1150°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占預燒粉末總量的2% 3%。
本發(fā)明制備的陶瓷在950-1150°C燒結(jié)良好，其介電常數(shù)達到觀 40，品質(zhì)因數(shù)Qf 值高達60000 100000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價值。
具體實施方式
表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的各成分含量的幾個具體實例及其微波介電性能。其制備方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進行微波介電性能的評價。
本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)諧振起器、濾波器等微波器件的制造，可滿足移動通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
與Ba、Sr相似結(jié)構(gòu)與化學性質(zhì)的元素如Ca，Pb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。
[表1]
權(quán)利要求
1.一種復合氧化物作為可低溫燒結(jié)微波介電陶瓷的應(yīng)用，其特征在于所述復合氧化物的組成為B￡i4_xSrxLiSb3012，其中0彡X彡4。
2.如權(quán)利要求1中所述的復合氧化物的制備方法，其特征在于具體步驟為首先將純度為99. 9%以上的BaC03、SrCO3> Li2C03、Sb2O3的原始粉末按Ba4_xSrxLiSb3O12的組成配料， 其中0 < χ < 4 ；濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在900°C大氣氣氛中預燒 6小時，然后在預燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在950 1150°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占預燒粉末總量的 2% 3%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可低溫燒結(jié)微波介電陶瓷Ba4-xSrxLiSb3O12及其制備方法。本發(fā)明的介電陶瓷材料的組成為Ba4-xSrxLiSb3O12，其中0≤x≤4。步驟為首先將純度為99.9％以上的BaCO3、SrCO3、Li2CO3、Sb2O3的原始粉末按Ba4-xSrxLiSb3O12的組成配料，其中0≤x≤4；濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在900℃大氣氣氛中預燒6小時，然后在預燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在950～1150℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5％的聚乙烯醇溶液，劑量占預燒粉末總量的2％～3％。本發(fā)明制備的陶瓷在950-1150℃燒結(jié)良好，其介電常數(shù)達到28～40，品質(zhì)因數(shù)Qf值高達60000～100000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小。
文檔編號C04B35/622GK102503374SQ201110296420
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉勤文, 唐瑩, 方亮, 蘇聰學 申請人:桂林理工大學