O的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及介電陶瓷材料,特別是涉及用于制造微波頻率使用的陶瓷基板、諧振 器與濾波器等微波元器件的介電陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF和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)基片和介質(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 繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達(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、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。
[0003] 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)系列化介電常數(shù) \以適應(yīng)不同頻率及不同應(yīng)用場合的要求;(2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或低的介電損耗tanS 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-10ppm/Kt,<+]_〇ppm/°C。國際上從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),并制備出1102微波介質(zhì)濾波器,但其諧振 頻率溫度系數(shù)h太大而無法實(shí)用化。上世紀(jì)70年代以來,開始了大規(guī)模的對(duì)介質(zhì)陶瓷材 料的開發(fā)工作,根據(jù)相對(duì)介電常數(shù)\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4類。
[0004] (1)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷,主要代表是Al203-Ti02、Y2BaCu05、MgAl204和 1%如04等,其er彡20,品質(zhì)因數(shù)QXf彡50000GHz,t# 10ppm/。C。主要用于微波基 板以及高端微波元器件。
[0005] (2 )低er和高Q值的微波介電陶瓷,主要是Ba〇-Mg〇-Ta205,Ba0-Zn0-Ta205或 Ba0-Mg0_Nb205,Ba0-Zn0-Nb205系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其e,20~35, Q=(l~2)X104(在f彡10GHz下),t產(chǎn)〇。主要應(yīng)用于f彡8GHz的衛(wèi)星直播等微波 通信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
[0006] (3)中等er和Q值的微波介電陶瓷,主要是以BaTi409、Ba2Ti902。和(Zr、Sn)Ti04 等為基的MWDC材料,其er= 35~45,Q= (6 ~9)X10 3 (在f=3 ~一4GHz下),t5 ppm/°C。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。
[0007] (4)高eJjQ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,Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并 研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO-Ln203-Ti02系列(Ln=La、Sm、Nd或Pr等,簡稱BLT系)、 復(fù)合1丐欽礦結(jié)構(gòu)CaO-Li20 -Ln203-Ti02系列、鉛基系列材料、CaixLn2x/3Ti03系等尚e^微 波介電陶瓷,其中BLT體系的BaO-Nd203-Ti02材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列(Pb,Ca) Zr03介電常數(shù)達(dá)到105。
[0008] 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和Cu等低 恪點(diǎn)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)(LowTemperature Co-firedCeramics,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(duì)一 些低燒體系材料進(jìn)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(fù)合材料體 系,因低熔點(diǎn)玻璃相具有相對(duì)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(dāng)前研究的重點(diǎn)。
[0009] 在探索與開發(fā)新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中,固有燒結(jié)溫度低的Li基 化合物、Bi基化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關(guān)注 與研究,但是由于微波介電陶瓷的三個(gè)性能指標(biāo)(\與9*€和t,)之間是相互制約的關(guān) 系(見文獻(xiàn):微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能間的制約關(guān)系,朱建華,梁飛,汪小紅,呂文中,電 子元件與材料,2005年3月第3期),滿足三個(gè)性能要求且可低溫?zé)Y(jié)的單相微波介質(zhì)陶 瓷非常少,主要是它們的諧振頻率溫度系數(shù)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實(shí)際應(yīng)用要 求。目前對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的研究大部分是通過大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),卻沒有完整的 理論來闡述微觀結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)系,因此,在理論上還無法從化合物的組成與結(jié)構(gòu)上 預(yù)測其諧振頻率溫度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)等微波介電性能,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。探索與開發(fā)既能低溫?zé)Y(jié)同時(shí)具有近零諧振頻率溫度系數(shù)(-10 ppm/°C彡t^S+IOppm/°C)與較高品質(zhì)因數(shù)的微波介電陶瓷是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直渴 望解決但始終難以獲得成功的難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的熱穩(wěn)定性與低損耗,同時(shí)可低溫?zé)Y(jié)的超低 介電常數(shù)微波介電陶瓷材料及其制備方法。
[0011] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學(xué)組成為Pr2YV3012。
[0012] 本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為: (1)將純度為99. 9% (重量百分比)以上的Pr203、Y203和V205的原始粉末按Pr2YV3012的 組成稱量配料。
[0013] (2)將步驟(1)原料濕式球磨混合12小時(shí),球磨介質(zhì)為蒸餾水,烘干后在800°C大 氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[0014] (3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后,再壓制成型,最后在 850~900°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí);所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液,聚乙 稀醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):?巧¥¥3012陶瓷燒結(jié)溫度低,原料成本低;介電常數(shù)達(dá)到12. 2~ 12. 7,其諧振頻率的溫度系數(shù)t,小,溫度穩(wěn)定性好;品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)93000-134000GHZ, 可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造,可滿足低溫共燒技術(shù)及微 波多層器件的技術(shù)需要。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例: 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個(gè)具體實(shí)施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(jìn)行微波介電性能的評(píng)價(jià);采用X射線衍射分析進(jìn)行 物相分析,所有樣品為四方氧化鋯結(jié)構(gòu)單相陶瓷。
[0017] 本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造,可滿足移 動(dòng)通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
[0018] 表1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷,其特征在于所述微波介電陶瓷的化學(xué) 組成為=Pr2YV3O12; 所述微波介電陶瓷的制備方法具體步驟為: (1) 將純度為99. 9% (重量百分比)以上的Pr2O3J2O3和V 205的原始粉末按Pr JV3O12的 組成稱量配料; (2) 將步驟(1)原料濕式球磨混合12小時(shí),球磨介質(zhì)為蒸餾水,烘干后在800°C大氣氣 氛中預(yù)燒6小時(shí); (3) 在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后,再壓制成型,最后在850~900°C大 氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí);所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有良好熱穩(wěn)定性和高品質(zhì)因數(shù)的四方氧化鋯結(jié)構(gòu)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷材料Pr2YV3O12及其制備方法。(1)將純度為99.9%(重量百分比)以上的Pr2O3、Y2O3和V2O5的原始粉末按Pr2YV3O12的組成稱量配料;(2)將步驟(1)原料濕式球磨混合12小時(shí),球磨介質(zhì)為蒸餾水,烘干后在800℃大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí);(3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后,再壓制成型,最后在850~900℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí);所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液,聚乙烯醇的添加量占粉末總質(zhì)量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷在900℃以下燒結(jié)良好,介電常數(shù)達(dá)到12.2~12.7,其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)93000-134000GHz,諧振頻率溫度系數(shù)小,在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C04B35/495, C04B35/50, C04B35/622
【公開號(hào)】CN105130434
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510565458
【發(fā)明人】相懷成, 唐瑩, 李純純
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月8日