系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaTiO3系微波介質(zhì)陶瓷，其組成為NdNbO4-0.6wt.％CaTiO3-m wt.％Bi2O3，其中，0.2≤m≤8。先將原料Nd2O3和Nb2O5按照NdNbO4化學(xué)式配料，再經(jīng)過球磨、烘干、過篩、預(yù)燒后，外加0.6wt.％CaTiO3和0.2～8wt％Bi2O3，二次配料；再經(jīng)過造粒、壓制成型后，將坯體于950～1100℃燒結(jié)，制成低溫?zé)Y(jié)的NdNbO4-CaTiO3系微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明成功地將燒結(jié)溫度降至1000℃，其介電常數(shù)為20.3，諧振頻率溫度系數(shù)為-29.7ppm/℃，品質(zhì)因數(shù)Q×f達(dá)到最大為52,780GHz。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，過程無污染，是一種具有前途的微波介質(zhì)材料。
【專利說明】低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，尤其涉及一種新型高Q值(品質(zhì)因數(shù))NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷的低溫?zé)Y(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星廣播和微波通信技術(shù)的快速發(fā)展，許多基于介電諧振器的微波設(shè)備已被很好的發(fā)展應(yīng)用，并可以作為獨(dú)立的元件應(yīng)用在微波通信系統(tǒng)中。而電子信息技術(shù)不斷向高頻化和數(shù)字化方向發(fā)展，對(duì)元器件的小型化、集成化以至模塊化的要求也越來越迫切。因此，微波應(yīng)用的介質(zhì)材料要求具有高介電常數(shù)、低介電損耗和近零諧振頻率溫度系數(shù)，同時(shí)能夠在較低溫度下燒制。
[0003]鈮酸鹽材料是重要的電子材料，具有優(yōu)良的光電性能和非線性光學(xué)性能、良好的光學(xué)效應(yīng)和電學(xué)性能以及變晶相界等獨(dú)特性質(zhì)，已廣泛用于制造電容器和光電子器件。通常，鉬和金常被用來作為高燒結(jié)溫度(>1200°C)材料所制備的設(shè)備的內(nèi)電極。高溫?zé)Y(jié)不僅使得制備過程花費(fèi)增加，而且浪費(fèi)了更多的資源。制備微波介電設(shè)備應(yīng)趨于高能效和優(yōu)性能的材料的研究，所以，降低材料的燒結(jié)溫度，同時(shí)又使材料的介電性能不受到大的影響，將為使用熔點(diǎn)低的賤金屬(如銅，銀)來降低成本和能源消耗奠定基礎(chǔ)。
[0004]鈮酸釹陶瓷具有類鈣鈦礦白鎢礦結(jié)構(gòu)，具有適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)ε J19.6)，近零的諧振頻率溫度系數(shù)Tf(-24ppm/°C )，但品質(zhì)因數(shù)QXf較低(33000GHz)，且燒結(jié)溫度為1250°C?？梢?，品質(zhì)因數(shù)較低和燒結(jié)溫度較高制約著鈮酸釹微波介質(zhì)陶瓷的應(yīng)用。本發(fā)明采用傳統(tǒng)固相法，以CaT13為添加劑和Bi2O3為燒結(jié)助劑，制備了高Q鈮酸釹系微波介質(zhì)陶瓷，在介電常數(shù)和諧振頻率溫度系數(shù)基本保持不變的同時(shí)，提高鈮酸釹系陶瓷的品質(zhì)因數(shù)，降低燒結(jié)溫度。
[0005]本 申請(qǐng)人:曾于2012年公開了一種高品質(zhì)因數(shù)鈮酸釹系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法(CN102603296A)，該申請(qǐng)以Nd203、Nb2O5為原料，并加入CaF2作為助熔劑，克服品質(zhì)因數(shù)QXf較低的缺陷，通過固相法制備具有高品質(zhì)因數(shù)(75000GHz。)的鈮酸釹系微波介質(zhì)陶瓷。
[0006]本 申請(qǐng)人:還曾于2013年公開了另一種高品質(zhì)因數(shù)鈮酸釹系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法(201310047133X)，以Nd203、Nb2O5為原料，加入CaT13為添加劑，采用傳統(tǒng)固相法，提供了一種具有較高品質(zhì)因數(shù)(70000GHz)的鈮酸釹微波介質(zhì)陶瓷。上述兩種鈮酸釹微波介質(zhì)陶瓷的缺點(diǎn)是燒結(jié)溫度較高，分別在1250?1300°C和1200?1325°C燒結(jié)，本發(fā)明在此基礎(chǔ)之上，加入Bi2O3助熔劑，使其燒結(jié)溫度明顯降低(950?1000°C )，并保持了其良好的介電性能，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的，是為克服現(xiàn)有技術(shù)的品質(zhì)因數(shù)較低和燒結(jié)溫度較高、制約著鈮酸釹微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用的缺點(diǎn)，提供一種以Nd203、Nb205為主要原料，以CaT13為添加劑，以Bi2O3為燒結(jié)助劑，同時(shí)保持優(yōu)異微波介電性能的低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷的方法
[0008]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0009]一種低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷，其組成為NdNbO4-0.6wt.%CaT13I wt.% Bi2O3，其中，0.2 彡 m 彡 8 ;
[0010]該低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有以下步驟:
[0011](I)將化學(xué)原料Nd2O3和Nb2O5按照NdNbO4化學(xué)式稱量配料；
[0012](2)將步驟(I)的混合粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6小時(shí)；再將球磨后的原料于110°c烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
[0013](3)將步驟⑵的過篩后的粉料于950°C預(yù)燒3小時(shí)，并在此溫度下保溫4小時(shí)；
[0014](4)向步驟(3)的預(yù)燒后的陶瓷粉料中外加0.6wt.% CaT13,并外加0.2?8wt%的低熔點(diǎn)燒結(jié)助劑Bi2O3, 二次配料。
[0015](5)將步驟(4) 二次配料的粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6?12小時(shí),烘干后外加質(zhì)量百分比為6?10%的石臘作為粘合劑造粒,過80目篩,用粉末壓片機(jī)壓制成坯體；
[0016](6)將步驟(5)的坯體于950?1100°C燒結(jié)，保溫2?6小時(shí)，制成低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷；
[0017](7)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波特性。
[0018]所述步驟(I)的原料為分析純?cè)稀?br> [0019]所述步驟(5)的還體為Φ 1mmX 5mm的圓柱形還體。
[0020]所述步驟(5)的粉末壓片機(jī)的壓強(qiáng)為4?6Mpa。
[0021]所述步驟(5)燒結(jié)溫度為1000°C。
[0022]本發(fā)明以NdNbO4-系微波介質(zhì)陶瓷為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)固相法，加入0.6wt.%CaT13添加劑有效地提高了品質(zhì)因數(shù)；加入Bi2O3為燒結(jié)助劑，成功地將其燒結(jié)溫度降低至1000。。。
[0023]當(dāng)燒結(jié)溫度為1000°C，保溫時(shí)間4h，Bi203的摻雜量為5wt.%時(shí)，介電常數(shù)為20.3，諧振頻率溫度系數(shù)為-29.7ppm/°C，品質(zhì)因數(shù)QXf達(dá)到最大為52，780GHz。此外，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，過程無污染，改善了其介電性能，降低了燒結(jié)溫度，是一種具有前途的微波介質(zhì)材料。

【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明采用的原料Nd203、Nb205、CaTi0jPBi203均為分析純?cè)?，純度大?9.9%，具體實(shí)施例如下:
[0025]實(shí)施例1
[0026](I)將 Nd203、Nb2O5 按摩爾比 Nd2O3 =Nb2O5 =1:1 配置成主粉體。
[0027](2)將主粉體的混合粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，再將球磨后的原料在110°C干燥箱里烘干，烘干后將原料過40目篩。
[0028](3)將過完篩的粉料在950°C下預(yù)燒3小時(shí)，并在此溫度下保溫4小時(shí)。
[0029](4)稱取預(yù)燒后的粉料20g，外加0.6wt.% CaT13和5.0wt % Bi2O3, 二次配料。
[0030](5)將上述二次配料所得粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨8小時(shí)，烘干后再外加質(zhì)量百分比為8%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，用粉末壓片機(jī)以6MPa的壓強(qiáng)下壓成Φ 1mmX 5mm的圓柱形還體。
[0031](6)將圓柱形坯體于1000°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制成低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷。
[0032](7)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波特性:介電常數(shù)為20.3，品質(zhì)因數(shù)QXf為52，780GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-29.7ppm/°C。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)將 Nd203、Nb2O5 按摩爾比 Nd2O3 =Nb2O5 =1:1 配置成主粉體。
[0035](2)將主粉體的混合粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，再將球磨后的原料在110°C干燥箱里烘干，烘干后將原料過40目篩。
[0036](3)將過完篩的粉料在950°C下預(yù)燒3小時(shí)，并在此溫度下保溫4小時(shí)。
[0037](4)稱取預(yù)燒后的粉料20g，外加0.6wt.% CaT13和0.2wt% Bi2O3, 二次配料。
[0038](5)將上述二次配料所得粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨12小時(shí)，烘干后再外加質(zhì)量百分比為8%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，用粉末壓片機(jī)以6MPa的壓強(qiáng)下壓成Φ 1mmX 5mm的圓柱形還體。
[0039](6)將圓柱形坯體于1100°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制成低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷。
[0040](7)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波特性:介電常數(shù)為21.2，品質(zhì)因數(shù)QXf為38，696GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-28.3ppm/°C。
[0041]實(shí)施例3
[0042](I)將 Nd203、Nb2O5 按摩爾比 Nd2O3 =Nb2O5 =1:1 配置成主粉體。
[0043](2)將主粉體的混合粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，再將球磨后的原料在110°C干燥箱里烘干，烘干后將原料過40目篩。
[0044](3)將過完篩的粉料在950°C下預(yù)燒3小時(shí)，并在此溫度下保溫4小時(shí)。
[0045](4)稱取預(yù)燒后的粉料20g，外加0.6wt.% CaT13和2.0wt % Bi2O3, 二次配料。
[0046](5)將上述二次配料所得粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨10小時(shí)，烘干后再外加質(zhì)量百分比為8%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，用粉末壓片機(jī)以6MPa的壓強(qiáng)下壓成Φ 1mmX 5mm的圓柱形還體。
[0047](6)將圓柱形坯體于1050°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制成低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷。
[0048](7)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波特性:介電常數(shù)為20.6，品質(zhì)因數(shù)QXf為42，382GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-28.9ppm/°C。
[0049]實(shí)施例4
[0050](I)將 Nd203、Nb2O5 按摩爾比 Nd2O3 =Nb2O5 =1:1 配置成主粉體。
[0051](2)將主粉體的混合粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，再將球磨后的原料在110°C干燥箱里烘干，烘干后將原料過40目篩。
[0052](3)將過完篩的粉料在950°C下預(yù)燒3小時(shí)，并在此溫度下保溫4小時(shí)。
[0053](4)稱取預(yù)燒后的粉料20g，外加0.6wt.% CaT13和8.0wt % Bi2O3, 二次配料。
[0054](5)將上述二次配料所得粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6小時(shí)，烘干后再外加質(zhì)量百分比為8%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，用粉末壓片機(jī)以6MPa的壓強(qiáng)下壓成Φ 1mmX 5mm的圓柱形還體。
[0055](6)將圓柱形坯體于950°C燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制成低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷。
[0056](7)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波特性:介電常數(shù)為18.2，品質(zhì)因數(shù)QXf為39，238GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-33.2ppm/°C。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷，其組成為NdNbO4-0.6wt.%CaTi03-mwt.% Bi2O3，其中，0.2 彡 m 彡 8 ; 該低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有以下步驟: (1)將化學(xué)原料Nd2O3和Nb2O5按照NdNbO4化學(xué)式稱量配料； (2)將步驟(I)的混合粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6小時(shí)；再將球磨后的原料于110°C烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料； (3)將步驟(2)的過篩后的粉料于950°C預(yù)燒3小時(shí)，并在此溫度下保溫4小時(shí)； (4)向步驟(3)的預(yù)燒后的陶瓷粉料中外加0.6wt.% CaT13,并外加0.2?8wt%的低熔點(diǎn)燒結(jié)助劑Bi2O3, 二次配料。 (5)將步驟(4)二次配料的粉料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6?12小時(shí)，烘干后外加質(zhì)量百分比為6?10%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，用粉末壓片機(jī)壓制成坯體； (6)將步驟(5)的坯體于950?1100°C燒結(jié)，保溫2?6小時(shí)，制成低溫?zé)Y(jié)高Q值NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷； (7)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試制品的微波特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述步驟(I)的原料為分析純?cè)稀?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述步驟(5)的還體為Φ 1mmX 5mm的圓柱形還體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述步驟(5)的粉末壓片機(jī)的壓強(qiáng)為4?6Mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)NdNbO4-CaT13系微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述步驟(5)燒結(jié)溫度為1000°C。
【文檔編號(hào)】C04B35/63GK104402437SQ201410484068
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】張平, 趙永貴, 宋振坤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)