專利名稱：一種鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波介質(zhì)材料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶 瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展和通信技術(shù)的不斷進(jìn)歩,尤其是移動通信、衛(wèi)星通信、全球 衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、藍(lán)牙技術(shù)以及無線局域網(wǎng)WLA等現(xiàn)代通信的飛速發(fā)展,對小型 化、高性能化的微波電路和微波器件的需求量円益增加；在微波通訊中微波介質(zhì) 陶瓷是不可或缺的關(guān)鍵元件且應(yīng)用十分廣泛；目前綜合性能最優(yōu)的微波介質(zhì)陶瓷 以鉭為主要組成。鉭微波介質(zhì)陶瓷具有超高的品質(zhì)因素，在國外被唯一地用作 10GHz以上高頻微波元件；由于鉭資源在國外稀缺，導(dǎo)致鉭微波介質(zhì)陶瓷價格昂 貴，難以廣泛使用。我國鉭礦產(chǎn)的儲量在世界居第l位，在我國發(fā)展含鉭微波介 質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)具有強(qiáng)大的資源優(yōu)勢。
另一方面，低溫共燒陶瓷LTCC技術(shù)通過采用獨(dú)特的材料體系，使燒結(jié)溫度降 低，可與金屬導(dǎo)體共燒，從而提高了電子器件性能；由于LTCC微波元器件有較低 的介質(zhì)損耗、較高可達(dá)40GHz的工作頻率、體積小，以及在惡劣環(huán)境下都有可靠 穩(wěn)定的表現(xiàn)，己開始廣泛應(yīng)用于通訊、汽車電子、航天、消費(fèi)電子及國防的控制 系統(tǒng)中。為了采用LTCC技術(shù)制造微波介質(zhì)元件，實現(xiàn)微波陶瓷的低溫?zé)Y(jié)是關(guān)鍵。 目前，國內(nèi)LTCC陶瓷制造以傳統(tǒng)的合成和燒結(jié)的工藝為主，通過添加大量的玻璃 相來降低燒結(jié)溫度。由于玻璃相通常較大地?fù)p害材料性能，使得我國LTCC元件性 能低，質(zhì)量差；目前還沒有見過燒結(jié)溫度在1000。C附近，具有高品質(zhì)因素的鋇鋅 鉭系微波介質(zhì)陶瓷的報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，其材料組成 特征在于，所述微波介質(zhì)陶瓷的化學(xué)組成為Ba (Zn1/:iTa2,/3) 0:,—XM0，其中M代 表Co、 Cu、 2/3B，其摩爾比為Ba (Zn1/3Ta2/3) 03 : M0=1 : X， X=0. 001 0. 02; 所述M0為CoO, CuO和B203中的至少一種。 其制備方法的制備步驟如下1) 以純度99%以上的硝酸鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯、硝酸鈷、硝酸銅和硼酸為 起始原料。按化學(xué)表達(dá)式Ba (Zrv:,Ta2/3) 0:,—XM0將一定比例的硝酸鋇、 硝酸鋅、鉅酸乙酯和檸檬酸溶解于一定量的去離子水中，形成溶液，其 中加入的檸檬酸的量與金屬離子的總摩爾比為1.5:1。然后將硝酸鈷、硝 酸銅和硼酸的至少一種按一定比例加入，溶解；
2) 在8(TC環(huán)境下將氨水緩慢加入歩驟1所配制的溶液中并持續(xù)攪拌，形成 pH值達(dá)到5-8之間的透明溶膠；
3) 將歩驟2配制的溶膠置于120"C的烘箱中烘干，直至形成干凝膠；
4) 將歩驟3獲得的干凝膠在700-90CT'C下煅燒，得到粉末；
5) 將歩驟4合成的粉末經(jīng)過濕磨、烘千后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，壓 制成型，然后在高溫爐中燒成，燒成溫度為1000 1500°C，即制成微波 介質(zhì)陶瓷。
本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷具有如下特征，其介電常數(shù)為20-40之間，具有 高的品質(zhì)因數(shù)QXf值27000 110000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小-10-10 ppm/。 C， 可在1000 150(TC的不同燒結(jié)溫度下燒結(jié)；有望廣泛應(yīng)用于各種微波器件的制 造。
具體實施例方式
本發(fā)明提出 一種鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。所述微波介質(zhì)陶瓷的 化學(xué)組成為Ba(Zn1/:1Ta2/3)03—XMO(M代表Co、Cu、2/3B)，其摩爾比為Ba(Zn1/:,Ta2/3)
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其制備方法是以純度99%以上的硝酸鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯、硝酸鈷、硝酸 銅和硼酸為起始原料。按化學(xué)表達(dá)式Ba (Zn1/3Ta2/3) O.,—XMO將一定比例的硝酸 鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯和檸檬酸溶解于一定量的去離子水中，形成溶液，其中加 入的檸檬酸的量與金屬離子的總摩爾比為1.5:1。然后將硒酸鈷、硝酸銅和硼酸 的至少一種按一定比例加入，溶解。將氨水緩慢加入所配制的溶液中，直到pH 值達(dá)到5-8之間，在80。C加入并持續(xù)攪拌，形成透明溶膠。溶膠置于120。C的烘 箱中烘千，直至形成干凝膠；將獲得的干凝膠在700-900"C下煅燒，得到粉末。 合成的粉末經(jīng)過濕磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，壓制成型，然后在高溫爐中燒成，燒成溫度為1000 150(TC，即制成微波介質(zhì)陶瓷。
具體實施例如下 實施例1
本實施例化學(xué)組成為Ba (Zn1A1Ta2/:1) 0:「0.005Co0，以純度99%的硝酸鋇、硝酸 鋅、鉭酸乙酯、硝酸鈷為起始原料，并通過以下各歩驟實現(xiàn)-
1 )以純度99%的硝酸鋇Ba(N0》2、硝酸鋅Zn(N0:,) 2. 6&0、鉭酸乙酯Ta(OC2H5)5、 硝酸鈷Co(N03)2. 6H20和檸檬酸C6H8)7. H20為起始原料。按一定比例將石肖 酸鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯和檸檬酸溶解于一定量的去離子水中，形成溶 液，其中加入的檸檬酸的量與金屬離子的總摩爾比為1.5:1。然后將硝
酸鈷按一定比例加入，溶解；
2) 將氨水緩慢加入歩驟1所配制的溶液中，直到pH值達(dá)到5-8之間，在 80"C加入并持續(xù)攪拌，形成透明溶膠；
3) 將歩驟2配制的溶膠置于120"C的烘箱中烘千，直至形成干凝膠；
4) 將歩驟3獲得的干凝膠在700-900"C下煅燒，得到粉末；
5) 將歩驟4合成的粉木經(jīng)過濕磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，壓 制成型，然后在高溫爐中燒成，燒成溫度為150(TC，即制成微波介質(zhì)陶 瓷。
該微波介質(zhì)陶瓷為36，品質(zhì)因數(shù)QXf值為10500GHz，諧振頻率溫度系數(shù)t為 -l. Oppm/" Co
實施例2
本實施例化學(xué)組成為Ba (Zn1/3Ta2/3) 03- 0. 005CoO — 00. 005Cu0，以純度99% 的礎(chǔ)酸鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯、硝酸鈷和硝酸銅為起始原料，并通過以下各歩 驟實現(xiàn)
1) 以純度99%的硝酸鋇Ba(N0丄、硝酸鋅Zn (NO:,) 2. 6H20 、鉭酸乙酯 Ta(OC2H5)5、硝酸鈷Co(N03)2.6H20 、硝酸銅Cu(NO:,)2. 6H20和檸檬酸 C6Hs)7.H20為起始原料。按一定比例將硝酸鋇、硝酸鋅、鉅酸乙酯和擰檬 酸溶解于一定量的去離子水中，形成溶液，其中加入的檸檬酸的量與金屬離子的總摩爾比為1.5:1。然后將硝酸鈷和硝酸銅按一定比例加入， 溶解；
2) 將氨水緩慢加入歩驟1所配制的溶液中，直到pH值達(dá)到5-8之間，在 8(TC加入并持續(xù)攪拌，形成透明溶膠；
3) 將歩驟2配制的溶膠置于120T的烘箱中烘干，直至形成干凝膠；
4) 將歩驟3獲得的干凝膠在700-900T下煅燒，得到粉末；
5) 將歩驟4合成的粉末經(jīng)過濕磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，壓 制成型，然后在高溫爐中燒成，燒成溫度為142(TC，即制成微波介質(zhì)陶 瓷。
該微波介質(zhì)陶瓷為34，品質(zhì)因數(shù)QXf值為87000GHz，諧振頻率溫度系數(shù) t為-0. 7 ppm/' C。
實施例3
本實施例化學(xué)組成為Ba (Zn1/3Ta2/:!) 0「 0. 005Co0 — 00. 005CuO -0. 01B20:i， 以純度99%的硝酸鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯、硝酸鈷、硝酸銅和硼酸為起始原料， 并通過以下各歩驟實現(xiàn)
1) 以純度99%的硝酸鋇Ba(N0丄、硝酸鋅Zn(N03)2. 6H20、鉭酸乙酯 Ta(OC2H5)5、硝酸鈷Co(NO丄.6H20 、硝酸銅Cu (NO:,) 2. 6&0、硼酸B203.3H20 和檸檬酸CeHs)7.H20為起始原料。按一定比例將硝酸鋇、硝酸鋅、鉭酸 乙酯和檸檬酸溶解于一定量的去離子水中，形成溶液，其中加入的擰 檬酸的量與金屬離子的總摩爾比為1.5:1。然后將硝酸鈷、硝酸銅和 硼酸按一定比例加入，溶解；
2) 將氨水緩慢加入步驟1所配制的溶液中，直到pH值達(dá)到5-8之間，在 8(TC加入并持續(xù)攪拌，形成透明溶膠；
3) 將歩驟2配制的溶膠置于120"C的烘箱中烘干，直至形成干凝膠；
4) 將歩驟3獲得的干凝膠在700-900T下煅燒，得到粉末；
5) 將歩驟4合成的粉末經(jīng)過濕磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒， 壓制成型，然后在高溫爐中燒成，燒成溫度為105(TC，即制成微波介 質(zhì)陶瓷。該微波介質(zhì)陶瓷為27，品質(zhì)因數(shù)QXf值為28000GHz，諧振頻率溫度系數(shù) t為-3. 0 ppm/" C。
本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷具有如下特征，其介電常數(shù)為20-40之間，具有 高的QXf值27000 110000GHz的品質(zhì)因數(shù)，諧振頻率溫度系數(shù)小-10-10 ppm/' C，可在不1000 150(TC的同燒結(jié)溫度下燒結(jié)。
有望廣泛應(yīng)用于各種微波器件的制造。
權(quán)利要求
1、一種鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于它是由含有Ba，Zn，Ta元素的硝酸鹽、醇鹽和檸檬酸鹽為原料復(fù)合而成，其化學(xué)表達(dá)為Ba(Zn1/3Ta2/3)O3—XMO，其中M代表Co、Cu、2/3B，X＝0.001～0.02。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述MO為CoO, CuO 和820:1中的至少一種。
3、 一種鋇鋅鉅系微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，其特征在于，該方法的制備歩驟如 下1) 以純度99%以上的硝酸鋇、硝酸鋅、鉭酸乙酯、硝酸鈷、硝酸銅和硼酸為 起始原料；按化學(xué)表達(dá)式Ba (Znl/3Ta2/3) O:,—XMO將一定比例的硝酸鋇、 硝酸鋅、鉭酸乙酯和檸檬酸溶解于一定量的去離子水中，形成溶液，其 中加入的檸檬酸的量與金屬離子的總摩爾比為1.5:1，然后將硝酸鈷、硝 酸銅和硼酸的至少一種按一定比例加入，溶解；2) 在80T環(huán)境下將氨水緩慢加入歩驟1所配制的溶液中并持續(xù)攪拌，形成 pH值達(dá)到5-8之間的透明溶膠；3) 將步驟2配制的溶膠置于120T的烘箱中烘干，直至形成干凝膠；4) 將步驟3獲得的干凝膠在700-900。C下煅燒，得到粉末；5) 將歩驟4合成的粉末經(jīng)過濕磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，壓 制成型，然后在高溫爐中燒成，燒成溫度為1000 150(TC，即制成微波介 質(zhì)陶瓷。
全文摘要
一種鋇鋅鉭系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，屬于微波介質(zhì)材料制造技術(shù)領(lǐng)域，該陶瓷的化學(xué)組成為Ba(Zn<sub>1/3</sub>Ta<sub>2/3</sub>)O<sub>3</sub>-XMO(M代表Co、Cu、2/3B)，其摩爾比為Ba(Zn<sub>1/3</sub>Ta<sub>2/3</sub>)O<sub>3</sub>∶MO＝1∶X，X＝0.001～0.02。將按比例的硝酸鹽、草酸鹽和檸檬酸溶解在去離子水中，用氨水調(diào)整pH值至5-8，形成溶膠；將溶膠烘干為干凝膠；干凝膠經(jīng)煅燒后形成活性粉末；粉末經(jīng)過濕磨、壓制成型，在高溫爐中燒結(jié)制成微波介質(zhì)陶瓷，本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷，可在1000～1500℃的不同燒結(jié)溫度下燒結(jié)，具有中等20～40的介電常數(shù)和高的Q×f值27000～110000GHz的品質(zhì)因數(shù)，有望廣泛應(yīng)用于各種微波器件的制造。
文檔編號C04B35/495GK101423393SQ200810182578
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者宋申華, 翁履謙, 謝筱玲, 陸正武 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院