專利名稱：低損耗高頻介質(zhì)陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于以成分為特征的陶瓷組合物及其制備方法，更確切地說，是關(guān)于低損耗高頻介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代通訊中，高頻介質(zhì)元器件是影響通訊質(zhì)量的關(guān)鍵元件之一，而高頻介質(zhì)瓷料是制備高頻介質(zhì)器件的關(guān)鍵材料。因此高頻材料的制備對(duì)通訊行業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。眾所周知，材料的制備及其性能是對(duì)工藝十分敏感的。同樣的材料，以不同的工藝制備而得，其性能可能相去甚遠(yuǎn)。因此合理的制備工藝對(duì)提高介質(zhì)材料的介電性能非常重要。
對(duì)于高頻介質(zhì)材料而言，制備工藝十分復(fù)雜，不同的系統(tǒng)、不同的用途，工藝要求也會(huì)有很大的區(qū)別。合理優(yōu)良的工藝可以進(jìn)一步提高介質(zhì)材料的性能。對(duì)于高頻介質(zhì)陶瓷系統(tǒng)，其優(yōu)良的高頻特性是高頻元器件制造的基礎(chǔ)。
Ag(NbyTa1-y)O3(簡寫為ANT)系統(tǒng)是一種新型的高頻介質(zhì)系統(tǒng)，有關(guān)研究相當(dāng)少，只是在近些年來ANT系統(tǒng)具有的ε高(ε＞400)，tgδ＜18×10-4的特性逐漸引起了人們的注意。以A.Kania等為首的一些科研工作者對(duì)ANT系統(tǒng)進(jìn)行了一些初步研究。但是其介電性能并不理想，當(dāng)損耗tgδ＜10×10-4時(shí)，系統(tǒng)的電容量溫度系數(shù)為較大的負(fù)值αε＝-500～-100ppm/℃。
A.Kania和G.E.Kugal等人分別于1986年和1987年對(duì)AgNbO3和AgTaO3系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。ANT介質(zhì)陶瓷材料有兩種制備方法第一種方法是將Ag2O、Nb2O5和Ta2O5按照實(shí)驗(yàn)配比均勻混合并于特定溫度下進(jìn)行固相反應(yīng)合成ANT系統(tǒng)。第二種方法是先將Nb2O5和Ta2O5按照實(shí)驗(yàn)配比預(yù)先混合均勻，在1200℃左右預(yù)燒制備出前驅(qū)體。然后再將Ag2O按比例加入前驅(qū)體均勻混合，最后燒制成ANT介質(zhì)陶瓷。F.Zimmermann等人于2004年在Journal ofEuropean Ceramic Society發(fā)表的《可調(diào)微波介質(zhì)Ag(Ta，Nb)O3的研究》中提到其制備的Ag(Nb，Ta)O3系統(tǒng)的介電常數(shù)為310，溫度系數(shù)可調(diào)。
ANT系統(tǒng)在燒結(jié)過程中很容易分解，影響系統(tǒng)的電性能，以系統(tǒng)中Nb5+/Ta5+＝1為例，系統(tǒng)的分解反應(yīng)為
這種分解將引起系統(tǒng)損耗的急劇增加，因此抑止這種分解是制備該瓷料系統(tǒng)降低損耗的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種低損耗高頻介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明低損耗高頻介質(zhì)陶瓷，其原料及摩爾百分比為，Ag2O 40-50％，Nb2O510-40％，Ta2O510-40％；外加MnO2重量百分比為1-3％。
本發(fā)明低損耗高頻介質(zhì)陶瓷的制備方法，具體步驟如下①將Nb2O5，Ta2O5分別按摩爾比10-40％及10-40％配料，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨4-6h；出料后于110℃烘干；于1000-1200℃燒制成熔塊；②在熔塊中加入摩爾比為40-50％的Ag20，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨6-12h；再于800-900℃烘干制得陶瓷粉體；③在陶瓷粉體中加入重量百分比為1-3％的MnO2，4-6h，于110℃烘干。
④加入重量百分比為7-9％的石蠟作為黏合劑造粒，壓制成Ф10mm，厚度為1-1.5mm的圓片形生坯，經(jīng)3.5h升溫至550℃進(jìn)行排蠟，再經(jīng)2h升溫至1050℃-1150℃煅燒，保溫4-8h，制得陶瓷試樣；⑤將所得試樣上下表面涂覆銀漿，經(jīng)800℃-840℃燒滲制備電極；⑥焊接引線、測試分析后制得高頻介質(zhì)陶瓷。
所述步驟①預(yù)合成先驅(qū)體為(NbxTa1-x)2O5，其中X＝0.2-0.8。
所述步驟②的混合物在氧化氣氛下反應(yīng)生成Ag(NbxTa1-x)O3，其中X＝0.2-0.8。
所述步驟④的煅燒溫度為1050℃。
本發(fā)明的有益效果是提供了一種低損耗的高頻介質(zhì)陶瓷，并改善了系統(tǒng)的介電性能，同時(shí)提供了一種采用先驅(qū)體法制備低損耗高頻介質(zhì)陶瓷的方法。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不局限于實(shí)施例。本發(fā)明以分析純Nb2O5、Ta2O5為原料，采用預(yù)合成先驅(qū)體方法，先制備出(NbxTa1-x)2O5，其中X＝0.2-0.8，再在先驅(qū)體中加入一定比例的分析純Ag2O，讓混合物在氧化氣氛下反應(yīng)生成Ag(NbxTa1-x)O3，其中X＝0.2-0.8，再按一定比例加入MnO2。
固相反應(yīng)中，加入的少量非反應(yīng)物或者可能存在于原料中的雜質(zhì)常會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生一些特殊的作用。這些物質(zhì)就是所謂的礦化劑。它們?cè)诜磻?yīng)中不與反應(yīng)物或生成物起化學(xué)反應(yīng)，而是以不同的方式和程序影響著反應(yīng)的某些環(huán)節(jié)。關(guān)于礦化劑的機(jī)理是復(fù)雜多樣，可因反應(yīng)體系的不同而完全不同。但是可以認(rèn)為礦化劑是以某種方式參與到固相反應(yīng)過程中去。礦化劑在反應(yīng)過程中所起的作用大致可以分為①影響晶核的生成速率。②影響結(jié)晶速率及晶格機(jī)構(gòu)。③降低體系共熔點(diǎn)，改善液相性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)中為了改善系統(tǒng)的燒結(jié)性能，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)選擇了MnO2為礦化劑，用以改善系統(tǒng)的性能。具體實(shí)施例如下。
實(shí)施例1稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5，混合球磨4h，于干燥箱內(nèi)110℃烘干，再于1200℃燒制成熔塊。稱取16g Ag2O加入上述熔塊中，球磨6h，烘干后于800℃制得粉體。再在上述粉體中加入0.4g MnO2，混合球磨4h，烘干。再加入7％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生坯。于高溫電阻箱內(nèi)經(jīng)3.5h升至550℃進(jìn)行排蠟，再經(jīng)2h升溫至1150℃，保溫4h。將所得試樣上下表面涂覆銀漿，經(jīng)800℃燒滲制備電極；焊接引線、測試分析后制得高頻介質(zhì)陶瓷。
實(shí)施例2稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5混合球磨4h，于干燥箱內(nèi)110℃烘干，再于1100℃燒制成熔塊。稱取16g Ag2O加入上述熔塊中，球磨8h烘干后于850℃制得粉體。再在上述粉體中加入0.8g MnO2，混合球磨4h，烘干。加入7％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生坯。于高溫電阻箱中經(jīng)3.5h升至550℃進(jìn)行排蠟，再經(jīng)2h升溫至1130℃，保溫4h。將所得試樣上下表面涂覆銀漿，經(jīng)820℃燒滲制備電極；焊接引線、測試分析后制得高頻介質(zhì)陶瓷。
實(shí)施例3稱取10g Nb2O5，16g Ta2O5，混合球磨5h，于干燥箱內(nèi)110℃烘干，再于1000℃燒制成熔塊。稱取14g Ag2O加入上述熔塊中，球磨10h烘干后于900℃制得粉體。再在上述粉體中加入1g MnO2，混合球磨5h，烘干。加入8％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1.5mm的圓形生坯，于高溫電阻箱中經(jīng)3.5h升至550℃進(jìn)行排蠟，再經(jīng)2h升溫至1100℃，保溫6h。將所得試樣上下表面涂覆銀漿，經(jīng)800℃燒滲制備電極；焊接引線、測試分析后制得高頻介質(zhì)陶瓷。
實(shí)施例4稱取10g Nb2O5，16g Ta2O5，混合球磨6h，于干燥箱內(nèi)110℃烘干，再于1000℃燒制成熔塊。稱取14g Ag2O加入上述熔塊中，球磨12h烘干后于900℃制得粉體。再在上述粉體中加入1.2g MnO2，混合球磨6h，烘干。加入9％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生坯，于高溫電阻箱中經(jīng)3.5h升至550℃進(jìn)行排蠟，再經(jīng)2h升溫至1050℃，保溫8h。將所得試樣上下表面涂覆銀漿，經(jīng)840℃燒滲制備電極；焊接引線、測試分析后制得高頻介質(zhì)陶瓷。
本發(fā)明檢測方法如下一、圓片形介質(zhì)的介電常數(shù)的檢測利用HP4278A電容儀測量樣品的電容量C，根據(jù)公式(2-1)計(jì)算樣品的介電常數(shù)。
ϵ=14.4×C×dD2---(2-1)]]>其中C為試樣的電容量，單位為pF。
D為試樣的直徑，單位為cm。
d為試樣的厚度，單位為cm。
二、樣品溫度特性的測試及溫度系數(shù)的計(jì)算利用WAYNE KEER Multi Bridge 6425測試儀器和GZ-ESPEC MC-710P高低溫循環(huán)溫箱相互配合，測量不同溫度下樣品的電容量，完成樣品溫度特性的測試。材料的容量溫度系數(shù)按照下式計(jì)算αc=1C0·C1-C0T1-T0×106]]>(ppm/℃) (2-2)其中T0-室溫(25℃)T1-測試溫度(85℃)C0—樣品在T0時(shí)的電容量(PF)C1-樣品在溫度為T1時(shí)的電容量(PF)三、樣品絕緣電阻的測量及材料體電阻率的計(jì)算利用ZC36型超高電阻測試儀測量樣品的絕緣電阻，利用下式計(jì)算材料的體電阻率ρvρv=Ri×π×D24d(Ω·cm)---(2-3)]]>其中Ri-樣品的絕緣電阻(Ω)
D-樣品的直徑(cm)d-樣品的厚度(cm)四、樣品介電損耗的測量利用HP4278A電容儀測量樣品的介電損耗tgδ(1MHz)。
本發(fā)明實(shí)施例的檢測結(jié)果與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比參數(shù)詳見表1。
表1

本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容、精神和范圍的情況下對(duì)本文所述的技術(shù)方案適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容之中。
權(quán)利要求
1.一種低損耗高頻介質(zhì)陶瓷，其特征在于，其原料及摩爾百分比為，Ag2O 40-50％，Nb2O510-40％，Ta2O510-40％；外加MnO2重量百分比為1-3％。
2.權(quán)利要求1的低損耗高頻介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，具有步驟如下①將Nb2O5，Ta2O5分別按摩爾比10-40％及10-40％配料，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨4-6h；出料后于110℃烘干；再于1000-1200℃燒制成熔塊；②在熔塊中加入摩爾比為40-50％的Ag2O，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨6-12h；再于800-900℃烘干制得陶瓷粉體；③在陶瓷粉體中加入重量百分比為1-3％的MnO2，球磨4-6h，于110℃烘干。④加入重量百分比為7-9％的石蠟作為黏合劑造粒，壓制成Φ10mm，厚度為1-1.5mm的圓片形生坯，經(jīng)3.5h升溫至550℃進(jìn)行排蠟，再經(jīng)2h升溫至1050℃-1150℃煅燒，保溫4-8h，制得陶瓷試樣；⑤將所得試樣上下表面涂覆銀漿，經(jīng)800℃-840℃燒滲制備電極；⑥焊接引線、測試分析后制得高頻介質(zhì)陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低損耗高頻介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟①預(yù)合成先驅(qū)體為(NbxTa1-x)2O5，其中X＝0.2-0.8。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低損耗高頻介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟②的混合物在氧化氣氛下反應(yīng)生成Ag(NbxTa1-x)O3，其中X＝0.2-0.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低損耗高頻介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟④的煅燒溫度為1050℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低損耗高頻介質(zhì)陶瓷及其制備方法，其原料及摩爾百分比為，Ag
文檔編號(hào)H01B3/12GK1792998SQ200510016200
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者李玲霞, 孫曉東, 明翠, 王大鵬, 王洪儒 申請(qǐng)人:天津大學(xué)