專利名稱：：低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶資及其制備方法。
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(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，已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛(wèi)星接受器、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。對微波介質(zhì)元器件的要求主要在于l)介電常數(shù)要高，以實現(xiàn)小型化；2)介電損耗要小，即品質(zhì)因子Qf值要高；3)熱穩(wěn)定性高，即諧振頻率溫度系數(shù)(TCF)接近0卯m/。C。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)(LowTemperatureCo-firedCeramics,LTCC)和微波多層器件發(fā)展的發(fā)展，要求使用價格低廉的金屬如Ag作為形成多層陶瓷電容器中的內(nèi)電極的材料來代替Pd、Pt和Au等貴金屬貴金屬。Ag的熔點為960。C,而一般微波陶瓷的燒結(jié)溫度大都在UO(TC左右。如果將Ag與燒結(jié)溫度高于96(TC的介電陶瓷合并在一起形成多層陶瓷電容器，則會出現(xiàn)在介電陶瓷材料燒結(jié)過程中Ag被熔化出來的問題。近年來，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，為降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度，傳統(tǒng)的方法有三種摻雜適當(dāng)?shù)难趸锘蛘叩腿埸c玻璃等燒結(jié)助劑；采用化學(xué)合成法和使用超細(xì)粉體作為起始原料以及選用固有燒結(jié)溫度較低的材料。采用化學(xué)合成方法需要復(fù)雜的處理步驟，會大大增加微波介質(zhì)元器件的生產(chǎn)成本和時間。許多研究表明，氧化物或低熔點玻璃的摻入可以有效的降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度，但是會不同程度的損壞材料的微波介質(zhì)性能，因此合理選擇燒結(jié)助劑和加入量就變的很有意義了。方亮等在《JournaloftheAmericanCeramicSociety》2009年92期556~558頁發(fā)表的"Sr3LaNb3012:ANewLowLossandTemperatureStableA4B30i2-TypeMicrowaveDielectricCeramic"—文中公開了Sr3LaNb:,012陶瓷的微波介電性能介電常數(shù)Sr為35.8,品質(zhì)因子Qf為45327GHz，頻率溫度系數(shù)tr為-9ppm/°C。RiteshRawal等在《JournaloftheAmericanCeramicSociety》2006年89期332~335頁發(fā)表的"MicrowaveDielectricPropertiesofHexagonal12R-Ba3LaNb3012Ceramics"—文/〉開了Ba3UNb3012陶瓷的擺i波性能介電常數(shù)"為44,品質(zhì)因子Qf為9000GHz,頻率溫度系數(shù)tf為-100ppm/°C。上述兩種材料具有較高的介電常數(shù)，高的品質(zhì)因子，但是諧振頻率溫度系數(shù)需要進一步修正，以使Tf接近G卯m/。C;另外它們的燒結(jié)溫度都在130(TC以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Cu、Ag的熔點，不能實現(xiàn)和廉價金屬的共燒，必須對其進行低溫化研究?？紤]到金紅石相的Ti02本身具有高的介電常數(shù)^為100，低的介質(zhì)損耗tan5為6x10-5(室溫下，頻率為3GHz)，但是Ti02不能直接用于微波介質(zhì)諧振器，因為它的諧振頻率溫度系數(shù)Tr為450ppm/°C。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過具有正、負(fù)諧振頻率溫度系數(shù)的Ba3-xSrx3LaNbA^。TiO,兩相陶瓷復(fù)合，同時摻雜少量的低熔點燃燒助劑BaCuBA(BCB)，然后采用相應(yīng)的方法燒結(jié)制備而成，提供一種能在低溫下燒結(jié)的具有良好的熱穩(wěn)定性與高品質(zhì)因子，同時具有較高介電常數(shù)的鈮酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明的低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶覺的組成為BahSrxUNb3012+jiTi02+aBaCuB205，其中(Kx<3,2%《|a《25°/。，2%《a《10°/，m、a分別為Ti02、BaCuB205占Ba3—xSrXaNb3012的重量百分?jǐn)?shù)。上述低溫?zé)Y(jié)復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，按照以下步驟進行1)將99.9%分析純的化學(xué)原料SrC03、BaC03、NbA、La203，按Ba3—xSrxLaNb30,2化學(xué)式稱量配料，其中0《x《3。2)將上述配置好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨1520h,混合磨細(xì)，耳又出烘干，過200目篩。3)上述混合均勻的粉料在1000~120(TC預(yù)燒，并保溫8~10h,即可得到BahSr丄aNbA2粉末。4)將預(yù)燒得到的Ba^Sr丄aNb;Ou粉末與Ti(M姿組成比例充分混合，同時加入重量比為2wt%~10wt%BaCuBA,力口入無水乙醇，放入3求磨罐中二次球磨，取出在120~14(TC溫度下烘干，經(jīng)造粒后壓制成直徑為13mm,厚度為6.5~8mm的圓片，在50CTC600。C條件下排膠，隨爐冷卻，然后在870°C~96(TC下燒結(jié)，保溫4~8h,即得到低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶瓷。上述BaCuBA粉體的制備方法為根據(jù)BaCuB205化學(xué)式，分別稱取相應(yīng)原料BaCO;、CuO、8203配制，混合均勻的粉料置于氧化鋁坩堝中，緩慢升溫至800。C,保溫4~15h,自然冷卻至室溫，經(jīng)過研磨后即得到BaCuB20，粉體。具體實施例方式表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的組分組成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。本發(fā)明制備的低溫?zé)Y(jié)復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶瓷具有以下特點相對介電常數(shù)Sr為35-50，高的品質(zhì)因子(Qf=9000~30000GHz),諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)(tf=-10~10ppm/°C),另外它還可以在較低溫度(870°C-960°C)下進行燒結(jié)，這種新型微波介質(zhì)陶瓷能與銀電極共燒，而且化學(xué)組成及制備工藝簡單，可以用來制備集成化的多層介質(zhì)諧振器、濾波器等多層片式元件，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。表1陶瓷廷<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>權(quán)利要求1.一種低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介電陶瓷材料，其特征在于低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶瓷的組成為Ba3-xSrxLaNb3O12+μTiO2+aBaCuB2O5，其中0≤x≤3，2％≤μ≤25％，2％≤a≤10％，μ、a分別為TiO2、BaCuB2O5占Ba3-xSrxLaNb3O12的重量百分?jǐn)?shù)。2.如權(quán)利要求1所述低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介電陶乾材料的制備方法，其特征在于步驟為(1)將99.9。/。分析純的化學(xué)原料SrC03、BaCO〗、Nb2Os、La203,按BahSr丄aNb,0'2化學(xué)式稱量配料，其中0《x《3;(2)將上述配置好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨1520h,混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩；(3)上述混合均勻的粉料在1000~120(TC預(yù)燒，并保溫8-10h,即可得到Ba3—xSr丄aNbAz粉末；(4)將預(yù)燒得到的Ba^SrxLaNbA2粉末與Ti02按組成比例充分混合，同時加入重量比為2wt%~10wt%BaCuB205，加入無水乙醇，力丈入J泉磨罐中二次球磨，取出在120~14(TC溫度下烘干，經(jīng)造粒后壓制成直徑為13ram,厚度為6.5~&腿的圓片，在500°C60(TC條件下排膠，隨爐冷卻，然后在87(TC-960。C下燒結(jié)，保溫4~8h,即得到低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介質(zhì)陶瓷；上述BaCuBA粉體的制備方法為根據(jù)BaCuB2(M匕學(xué)式，分別稱取相應(yīng)原料BaC03、CuO、8203配制，混合均勻的粉料置于氧化鋁坩堝中，緩慢升溫至800。C,保溫4~15h，自然冷卻至室溫，經(jīng)過研磨后即得到BaCuBA4分體。全文摘要本發(fā)明公開了一種低溫?zé)Y(jié)的復(fù)合鈮酸鹽微波介電陶瓷材料及其制備方法。該微波陶瓷由含正、負(fù)溫度系數(shù)的兩相陶瓷復(fù)合而成，采用向Ba<sub>3-x</sub>Sr<sub>x3</sub>LaNb<sub>3</sub>O<sub>12</sub>中添加適量TiO<sub>2</sub>，同時摻雜少量的低熔點燃燒助劑BaCuB<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(BCB)，然后采用相應(yīng)的方法燒結(jié)制備而成。該陶瓷的組分組成為Ba<sub>3-x</sub>Sr<sub>x</sub>LaNb<sub>3</sub>O<sub>12</sub>+μTiO<sub>2</sub>+aBaCuB<sub>2</sub>O<sub>5</sub>，其中0≤x≤3，2％≤μ≤25％，2％≤a≤10％，μ、a分別為TiO<sub>2</sub>、BaCuB<sub>2</sub>O<sub>5</sub>占Ba<sub>3-x</sub>Sr<sub>x</sub>LaNb<sub>3</sub>O<sub>12</sub>的重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明的陶瓷能在960℃以下溫度燒結(jié)，滿足與低成本銀電極共燒要求，具有微波性能介電常數(shù)達(dá)到30～50，高Qf值(9000～30000GHz)，諧振頻率溫度系數(shù)小，具有良好的熱穩(wěn)定性與高品質(zhì)因子。文檔編號C04B35/622GK101538158SQ20091011397公開日2009年9月23日申請日期2009年4月11日優(yōu)先權(quán)日2009年4月11日發(fā)明者劉潔群,彭西洋,亮方,李純純,蘇和平申請人:桂林工學(xué)院