專利名稱：以CaF₂為助熔劑燒結合成鈮酸釔微波介電陶瓷的方法
技術領域：
本發(fā)明涉一種微波介電功能陶瓷材料。
背景技術：
鈮酸釔(YNb04)陶瓷是稀土陶瓷(固IA， R代表La至Lu包括Y的稀土元素) 之一，已被發(fā)現(xiàn)具有獨特的疇結構和不同于一般的力學行為以及光學和磁學性 質90年代中起，各國研究者如美國的Jian Li和C. M. Wayman就YNb04單晶和陶 瓷多晶材料對有關機理和力學方面的行為進行了深入的研究。歐洲的S. Maschio 等、日本的T. Takagi等和臺灣的Sheng Dih Yuh等則分別基于不同的分析對YNb(^ 相復合增韌結構進行了研究。俄羅斯的研究人員通過對YNb04進行的X-射線光電 子能譜分析(XPS)，研究了稀土離子的4f電子的譜線特征和原子的交換作用， 提供了精細結構方面的信息。有關YNb04光學性能方面最新的報道是中國的Bing Yan關于YNb04: RE3+(RE = Sm， Tb, Er)發(fā)光性能的研究。
二十世紀80年代以來，由于移動通信和衛(wèi)星通信向微波頻段的快速發(fā)展， 使得鈮酸鹽微波介質陶瓷材料的研究越來越受到人們的重視。目前己開發(fā)的高Q 值、高e的微波介質陶瓷都是由氧八面體為骨架連接而成的復合鈣鈦礦型、鎢 青銅型、層狀類鈣鈦礦型氧化物，主要集中在以[Ti06]、 [Nb06]與[Ta06]八面體為 骨架的復合氧化物。由于YNb04結構上類似于現(xiàn)行常用的鈦酸鈣結構陶瓷，又具 有以[Nb0e]八面體為骨架的層狀結構，更兼具有稀土元素的特殊性質，YNbO, 陶瓷還將在微波介電陶瓷領域有十分獨特的地位和價值，但目前對其制備方法 和介電性質還未見專門的研究報道。
申請?zhí)?007 1 0177476. 2的發(fā)明名稱為"可用于微波介電陶瓷的鈮酸釔固 相反應合成燒結方法"所公開的方法獲得的YNb04陶瓷的室溫介電常數(shù)e為 7~26。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題提供一種介電常數(shù)e達到498的YNb04陶瓷 材料。
本發(fā)明的技術方案反應燒結就是利用各原料之間的化學反應，在燒結過 程中原位形成熱力學穩(wěn)定組成相的制備工藝。本發(fā)明研究了以不同含量的氟化 鈣(CaF2)作為助熔劑，通過五氧化二鈮(NbA)與三氧化二釔(YA)的固相 反應合成制備致密YNb04陶瓷，特點是經(jīng)過長時間混合均勻，壓力成型，然后在 1050。C至1350。C的范圍內(nèi)反應燒結合成得到YNb04陶瓷，其中含有第二相CaNbA。 當燒結溫度為1350。C，保溫時間O. 5h， CaF2摻雜量為2.0X時，YNba陶瓷的介電 常數(shù)e達到最大為498。
以CaF2為助熔劑燒結合成鈮酸釔微波介電陶瓷的方法，該方法的具體步驟
為
步驟1，原料粉的稱量，稱取摩爾比1: 1的Y203、 Nb205粉，Nb20s的純 度為99. 9%， d5Q=8. 3微米和Y203的純度為99. 8%， d5。=7. 9微米，置于球磨罐中； 按質量百分比稱取Y203粉和Nb20s粉總量的0.1% 2.0%的CaF2添加到同一球 磨罐中；
步驟2，磨球和無水乙醇的配比，按球料體積比為2: l稱取瑪瑙球于球磨
罐中；按液料體積比0.7:1稱取無水醇于磨罐中；
步驟3，球磨，將球磨罐固定到球磨機上，在180r/min轉速下球磨。 步驟4，干燥與篩分，將混合好的漿料同磨球分開，6(TC烘干，過篩，獲得
混合均勻的原料；
步驟5，壓坯，稱取混合均勻的原料放在鋼模中，壓制成坯；
步驟6，燒結，將壓后的塊體放入涂有氮化硼的套筒中，然后放入爐中，在
氬氣氣氛下無壓燒結，升溫速率為30°C/min，燒至1050-1350°C，保溫時間為
30 min，自然冷卻，制得YNb04陶瓷塊體。本發(fā)明的特征在于，步驟1中原料粉的稱量包括稱取摩爾比1: 1的Y203、
Nb2。5粉，Nb205的純度為99. 9%， d50=8.3微米和Y203的純度為99. 8%， ds。二7. 9 微米；按質量百分比稱取丫203粉和佛205粉總量的0.1% 2.0%的CaF 并一
塊添加到同一球磨罐中。
測試與分析用阿基米德排水法測定合成產(chǎn)物的密度；用X射線衍射測定 物相組成；SEM觀測合成塊體形貌；用E4991網(wǎng)絡分析儀測試產(chǎn)物介電常數(shù)與 介質損耗，測試頻率為1MHZ 3GHZ。
對于陶瓷燒結過程來說，加入摻雜劑的助燒機理一般有兩種 一種是摻雜 劑的引入使晶格空位增加，易于擴散，促使陶瓷燒結速度加快，二是在燒結過 程中產(chǎn)生液相或低熔物，促進燒結，降低陶瓷的燒結溫度。在燒結的后期，有 兩種情況， 一種是這些液相或低共熔物形成晶界玻璃相存在于晶粒之間，另一 種情況是這些物質固溶到主晶相中。后一種情況對陶瓷的燒結來說是比較理想 的，在某種程度上可以改善陶瓷的性能。本發(fā)明中，由于氟化鈣(CaF2)能促進 的YNb04相的生成，同時生成有益的第二相，并且明顯降低燒結溫度，因此是 首選的助熔劑。
本發(fā)明的有益效果-
由于采用CaF2作為助熔劑制備的YNb04陶瓷，其中生成了有益的第二相 CaNb206，與現(xiàn)有的未加入CaF2助熔劑的制備方法相比，在相同溫度下燒結的 陶瓷試塊的體積密度均明顯增加。
獲得的YNb04陶瓷的室溫介電常數(shù)e普遍比未加CaF2的介電常數(shù)明顯提 高。當燒結溫度為1350°C，保溫時間0.5h， CaF2摻雜量為2.0。^時，介電常數(shù)e 達到最大498;未加CaF2的YNb04陶瓷的介電常數(shù)e為7~26。


圖1在不同溫度下制備的摻雜CaF 2的YNbO,陶瓷的X-射線衍射圖譜 (Y203:Nb205 = 1: 1)。 圖2不同含量CaF2的原料的體積密度與燒結溫度關系曲線圖。 圖3室溫介電常數(shù)隨燒結溫度的變化曲線。
具體實施例方式
通過實施例對本發(fā)明作進一步說明
以CaF2為助熔劑燒結合成鈮酸釔微波介電陶瓷的方法，該方法的具體步驟
為
實施例一
步驟1，稱取摩爾比1: 1的Y203、飾205粉，Nb205的純度為99. 9%， d5。=8. 3 微米和Y203的純度為99. 8%， (55。=7.9微米，置于氧化鋁球磨罐中；按添加量為 總量0.5% (質量百分比)的CaF2粉，置于同一氧化鋁球磨罐中。
步驟2，按球料體積比為2: 1的比例,稱取直徑為12mm瑪瑙，置于氧化鋁 球磨罐中；按液料體積比0.7:1稱取無水醇于于氧化鋁球磨罐中。
步驟3，將球磨罐固定到行星球磨機上，在180r/min轉速下球磨2小時。
步驟4，將混合好的漿料同磨球分開，6(TC烘干，分別用20目和100目的 篩子將干燥后的粉料過篩，重復操作兩次，獲得混合均勻的原料；
步驟5，稱取混合均勻的原料放在鋼模中，以50MPa壓力壓制成直徑20mm、 不同高度10mm的壓坯。
步驟6，將壓后的塊體放入涂有氮化硼的套筒中，然后一同放入爐中，在氬 氣氣氛下無壓燒結，升溫速率為30°C/min，燒至1250。C，保溫時間為30 min， 自然冷卻，制得YNb04陶瓷塊體，其體積密度4.3g/cm3，介電常數(shù)為440。
實施例二
與實施例的其它條件相同，CaF2添加量為總量的0.1。/。(質量百分比)時， 升溫速率為30°C/min，燒至1050°C，保溫時間為30min，自然冷卻，制得YNb04 陶瓷塊體，其體積密度2.6g/cm3，介電常數(shù)150。
實施例三
與實施例一的其它條件相同，CaF2添加量為總量的2.0% (質量百分比)時， 升溫速率為30°C/min，燒至1350°C，保溫時間為30 min，自然冷卻，制得YNb04 陶瓷塊體，其體積密度5.3g/cm3，介電常數(shù)498。
圖1可見，在不同溫度下制備了 YNb04陶瓷，其中生成了有益的第二相 CaNb206。
附圖2可見，隨著燒結溫度的增加，不同摻雜量的鈮酸釔陶瓷體積密度增 加，最大的體積密度5.48g/cm 達到理論的密度97%以上。
由附圖3見可，隨著燒結溫度的增加，添加不同含量的CaF2的YNb04陶瓷 的室溫介電常數(shù)e為150 498。
權利要求
1.以CaF2為助熔劑燒結合成鈮酸釔微波介電陶瓷的方法，該方法的具體步驟為步驟1，原料粉的稱量，稱取摩爾比1∶1的Y2O3、Nb2O5粉，Nb2O5的純度為99.9％，d50＝8.3微米和Y2O3的純度為99.8％，d50＝7.9微米，置于球磨罐中；步驟2，磨球和無水乙醇的配比，按球料體積比為2∶1稱取瑪瑙球于球磨罐中；按液料體積比0.7∶1稱取無水醇于磨罐中；步驟3，球磨，將球磨罐固定到球磨機上，在180r/min轉速下球磨。步驟4，干燥與篩分，將混合好的漿料同磨球分開，60℃烘干，過篩，獲得混合均勻的原料；步驟5，壓坯，稱取混合均勻的原料放在鋼模中，壓制成坯；步驟6，燒結，將壓后的塊體放入涂有氮化硼的套筒中，然后放入爐中，在氬氣氣氛下無壓燒結，升溫速率為30℃/min，燒至1050-1350℃，保溫時間為30min，自然冷卻，制得YNbO4陶瓷塊體。其特征在于，按質量百分比稱取Y2O3粉和Nb2O5粉總量的0.1％～2.0％的CaF2添加到步驟1中，而后按步驟2～步驟6制作，制得以CaF2為助熔劑燒結合成YNbO4微波介電陶瓷塊體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以CaF₂為助熔劑燒結合成鈮酸釔微波介電陶瓷的方法，該方法是稱取摩爾比1∶1的Y₂O₃、Nb₂O₅粉及占總量0.1％～2.0％的CaF₂；按球料體積比2∶1稱取瑪瑙球及液料體積比0.7∶1稱取無水醇，于磨罐中；在180r/min下球磨，混合均勻，將上述漿料同磨球分開，烘干，過篩；稱取混合均勻的原料放在鋼模中壓制成坯；再將塊體放入涂有氮化硼的套筒中，放入爐中，在氬氣氣氛下無壓燒結，以溫升速率為30℃/min，燒至1050-1350℃，保溫30min，自然冷卻，制得YNbO₄陶瓷塊體。CaF₂摻雜量為2.0％時，YNbO₄陶瓷的介電常數(shù)ε達到最大為498。
文檔編號C04B35/495GK101182206SQ20071017790
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權日2007年11月22日
發(fā)明者劉秋平, 張志力, 春 許 申請人:北京交通大學