本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，特別是涉及到一種微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂及制備方法。

背景技術(shù)：

微波介質(zhì)陶瓷指適用于微波頻段(300MHz～3000GHz)的低損耗、溫度穩(wěn)定的信息功能陶瓷材料，廣泛應(yīng)用于諧振器、濾波器、電容器、振蕩器、雙工器、介質(zhì)波導(dǎo)、基板和天線等，是移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、軍事雷達(dá)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)以及物聯(lián)網(wǎng)(IOT)等現(xiàn)代微波通信技術(shù)的關(guān)鍵材料，對(duì)微波元器件的小型化和提高器件的選擇性具有重要的意義。近年來(lái)隨著微波通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，日益受到各國(guó)的高度重視。微波介質(zhì)陶瓷的介電性能主要包括三個(gè)參數(shù)：介電常數(shù)ε_r、介電損耗tanδ(品質(zhì)因數(shù)Q＝1/tanδ)以及諧振頻率溫度系數(shù)τ_f。高性能的微波介質(zhì)陶瓷不同于一般的功能陶瓷，它需要滿足相對(duì)介電常數(shù)大、品質(zhì)因數(shù)高、諧振頻率溫度系數(shù)近0且可調(diào)等要求。

為了降低成本，必須制備具有較低燒結(jié)溫度的陶瓷。LTCC材料作為整個(gè)低溫共燒陶瓷技術(shù)的基礎(chǔ)，其中電極材料和基板材料的化學(xué)兼容性問(wèn)題是研究的主要內(nèi)容之一。選用Ag金屬作為電極材料，主要是因?yàn)槠鋵?dǎo)電率高、烙點(diǎn)相對(duì)較低(961℃)和燒結(jié)過(guò)程中不易被氧化的優(yōu)點(diǎn)。為了能夠與Ag電極進(jìn)行共燒，LTCC材料的最佳燒結(jié)溫度不得髙于950℃，且與Ag電極不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。然而，大多數(shù)性能優(yōu)異的陶瓷介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度都相對(duì)較高，需要大力研發(fā)低溫?zé)Y(jié)的微波陶瓷。為此我們發(fā)明了一種新的低溫?zé)Y(jié)微波復(fù)合陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂及制備方法，具有優(yōu)異的介電性能，滿足了低溫共燒技術(shù)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提供一種適于低溫?zé)Y(jié)的、具有優(yōu)良介電性能的微波復(fù)合陶瓷，可以微波封裝和微波基板材料應(yīng)用在毫米波領(lǐng)域的微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂；目的之二是提供微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂及制備方法。

本發(fā)明的目的之一可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(1-z)(K_xNa_yMoO₄)-zTiO₂,其中0＜x＜1，x+y＝2.0，z＝0.1～0.2摩爾比含量；采用K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂為原料，按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.5x(1-z)：0.5y(1-z)：(1-z)：z摩爾比配比的原料制成。

本發(fā)明的目的之一還可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

進(jìn)一步，所述的原料為K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.5x(1-(0.14～0.18)):0.5y(1-(0.14～0.18)):(1-(0.14～0.18)):0.14～0.18摩爾比配比混合而成。

更進(jìn)一步，所述的原料為K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.42x:0.42y:0.84:0.16摩爾比配比混合而成。

進(jìn)一步，所述的原料為K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝(1-z)(0.1～0.9):(1-z)(1-(0.1～0.9)):(1-z)：z摩爾比配比混合而成。

進(jìn)一步，所述的原料為K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.8(1-z):0.2(1-z):(1-z)：z摩爾比配比混合而成。

更進(jìn)一步，所述的原料為K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.672:0.168:0.84：0.16摩爾比配比混合而成。

本發(fā)明的目的之二可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，按照原料配比稱取原料；

步驟2，將步驟1的原料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2～8小時(shí)，再將球磨后的原料烘干，過(guò)篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理的粉料升溫至400℃-500℃，保溫2～6小時(shí)，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2～12小時(shí)，最后將球磨后的原料烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于600～750℃下經(jīng)過(guò)2～12小時(shí)燒制，得產(chǎn)品。

本發(fā)明的目的之二還可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：

進(jìn)一步，步驟2中所述的球磨時(shí)間為4小時(shí)；步驟3中所述的升溫為475℃，保溫4小時(shí)；步驟4中所述的球磨時(shí)間為6小時(shí)；步驟6中所述的坯體于700℃下燒制6小時(shí)。

更進(jìn)一步，該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的制備方法還包括，在步驟6之后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波介電性能，測(cè)試的微波介電性能包括介電常數(shù)ε_r、品質(zhì)因數(shù)Qf以及諧振頻率溫度系數(shù)τ_f。

本發(fā)明中的低溫?zé)Y(jié)微波復(fù)合陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂及其制法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，該陶瓷以K_xNa_yMoO₄為主晶相材料(其中0≤x≤1,x+y＝2.0)，而以TiO₂調(diào)節(jié)溫度系數(shù)，z的含量介于10～20％摩爾分?jǐn)?shù)。以高純度的NaHCO₃、KHCO₃、MoO₃和TiO₂為原料經(jīng)球磨、干燥、過(guò)篩、聚乙烯醇PVA造粒、成型和排膠處理后在空氣中于600～750℃下經(jīng)過(guò)2～12小時(shí)燒成。本發(fā)明制備的低溫?zé)Y(jié)微波陶瓷材料，具有小的介電常數(shù)ε_r(15～18)和高的Q值(Qf介于30000～50000)，頻率溫度系數(shù)近零可調(diào)(-18ppm/℃≤τ_f≤+15ppm/℃)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂制備方法的一具體實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例所涉及的配方是非限定性實(shí)施方式，只是用于具體說(shuō)明本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可以根據(jù)本發(fā)明的思路和選料配比篩選出的配方均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參照?qǐng)D1：

在步驟101，K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.5x(1-z)：0.5y(1-z)：(1-z)：z配比稱取原料。

在步驟102，將步驟101的原料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2～8小時(shí)；再將球磨后的原料于90℃烘干，過(guò)40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。

在步驟103，將步驟102的過(guò)篩后的粉料于400℃-500℃預(yù)燒，并在此溫度下保溫2～6小時(shí)。

在步驟104，將步驟103的預(yù)燒料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2～12小時(shí)；再將球磨后的原料于90℃烘干。

在步驟105，烘干后外加聚丙烯醇PVA溶液作為粘合劑造粒，烘干后過(guò)80目篩，獲得顆粒均勻的粉料，用粉末壓片機(jī)壓制成坯體。

在步驟106，將上述坯體在空氣中于600～750℃下經(jīng)過(guò)2～12小時(shí)燒成，制成低溫?zé)Y(jié)小介電常數(shù)微波復(fù)合陶瓷。

在步驟107，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波介電性能。測(cè)試的微波介電性能包括介電常數(shù)ε_r、介電損耗tanδ(品質(zhì)因數(shù)Q＝1/tanδ)以及諧振頻率溫度系數(shù)τ_f。

本發(fā)明的陶瓷具有較低的燒結(jié)溫度，介電常數(shù)較小，品質(zhì)因數(shù)較高，諧振頻率溫度系數(shù)小且連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，可以用于微波基板材料和微波封裝陶瓷。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程無(wú)污染，是一種有前途的小介電常數(shù)微波介質(zhì)材料。

以下為本發(fā)明的幾個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施例。

實(shí)施例1：

該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(K_1.8Na_0.2MoO₄)_0.8-(TiO₂)_0.2，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.72：0.08：0.8：0.2配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨8小時(shí)，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于90℃條件下烘干，烘干后的粉料過(guò)40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理的粉料升溫至500℃，保溫2小時(shí)，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨12小時(shí)，最后將球磨后的原料于90℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于600℃下經(jīng)過(guò)12小時(shí)燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測(cè)試，介電性能為ε_r＝15；Qf＝50000，τ_f＝-18ppm/℃。

實(shí)施例2：

該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(K_0.2Na_1.8MoO₄)_0.9-(TiO₂)_0.1，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.09：0.81：0.9：0.1配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2小時(shí)，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于90℃條件下烘干，烘干后的粉料過(guò)40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理的粉料升溫至400℃，保溫6小時(shí)，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨2小時(shí)，最后將球磨后的原料于90℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于750℃下經(jīng)過(guò)2小時(shí)燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測(cè)試，介電性能為ε_r＝18；Qf＝30000，τ_f＝+15ppm/℃。

實(shí)施例3：

該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(K_1.6Na_0.4MoO₄)_0.84-(TiO₂)_0.16，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.672:0.168:0.84：0.16配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時(shí)，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于90℃條件下烘干，烘干后的粉料過(guò)40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理的粉料升溫至475℃，保溫4小時(shí)，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨6小時(shí)，最后將球磨后的原料于90℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于700℃下經(jīng)過(guò)6小時(shí)燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測(cè)試，介電性能為ε_r＝16.2；Qf＝39759，τ_f＝4.7ppm/℃。

實(shí)施例4：

該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(KNaMoO₄)_0.86-(TiO₂)_0.14，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.43:0.43:0.86：0.14配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2小時(shí)，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于90℃條件下烘干，烘干后的粉料過(guò)40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理的粉料升溫至400℃，保溫6小時(shí)，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨2小時(shí)，最后將球磨后的原料于90℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于750℃下經(jīng)過(guò)2小時(shí)燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測(cè)試，介電性能為ε_r＝15.1；Qf＝49786，τ_f＝-17.8ppm/℃。

實(shí)施例5：

該微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(K_0.5Na_1.5MoO₄)_0.82-(TiO₂)_0.18，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷K_xNa_yMoO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的K₂O、Na₂O、MoO₃和TiO₂按照K₂O：Na₂O：MoO₃：TiO₂＝0.205:0.615:0.82：0.18配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時(shí)，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于90℃條件下烘干，烘干后的粉料過(guò)40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理的粉料升溫至420℃，保溫6小時(shí)，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時(shí)，最后將球磨后的原料于90℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于730℃下經(jīng)過(guò)3小時(shí)燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測(cè)試，介電性能為ε_r＝17.5；Qf＝32056，τ_f＝+13.8ppm/℃。

以上所述，僅為本發(fā)明其中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。