專利名稱：可低溫燒結(jié)含鋰石榴石結(jié)構(gòu)微波介電陶瓷Li₂Ca₂BiV₃O₁₂及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及在微波頻率使用的介質(zhì)諧振器、濾波器等微波元器件，以及陶瓷電容器或溫度補償電容器的介電陶瓷材料及其制備方法。
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。應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足如下介電特性的要求(I)高的相對介電常 數(shù)4以利于器件的小型化，一般要求&彡20; (2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或介質(zhì)損耗tan δ以降低噪音，一般要求Qf > 3000 GHz ； (3)諧振頻率的溫度系數(shù)tf盡可能小以保證器件具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求_10/°C<tf彡+10 ppm/°C;國際上從20世紀30年代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)。根據(jù)相對介電常數(shù)&的大小與使用頻段的不同，通?？蓪⒁驯婚_發(fā)和正在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為3類。(I)低er和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5, BaO-ZnO-Ta2O5或BaO-MgO-Nb2O5, BaO-ZnO-Nb2O5系統(tǒng)或它們之間的復合系統(tǒng)MWDC材料，其ε =25 30，Q= (I 2) X 104(在f彡10 GHz下)，O0主要應(yīng)用于f彡8 GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機中作為介質(zhì)諧振器件。(2)中等ε r和Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi4O9, Ba2Ti9O20和(Zr、Sn) TiO4等為基的 MWDC 材料，其 ε r = 35 40，Q= (6 9) XlO3 (在 f=3 一4GHz 下)，tf ^ 5ppm/° C。主要用于4 8 GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。(3)高ε ^而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于O. 8 4GHz頻率范圍內(nèi)民用移動通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點；80年代以來，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO — Ln2O3 — TiO2系列(Ln=La, Sm, Nd, Pr等，簡稱BLT系)、復合韓欽礦結(jié)構(gòu)CaO —Li2O一Ln2O3一TiO2系列、鉛基系列材料、CahLn2xjZ3TiO3系等聞ε ! 微波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO— Nd2O3— TiO2材料介電常數(shù)達到90，鉛基系列(Pb，Ca)ZrO3介電常數(shù)達到105。以上這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300° C，不能直接與Ag、Cu等低熔點金屬共燒形成多層陶瓷電容器，近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)(Low Temperature Co-firedCeramics, LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，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，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復合材料體系，因低熔點玻璃相具有相對較高的介質(zhì)損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗，因此研制無玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當前研究的重點，但是，對于用于低燒微波介質(zhì)陶瓷的體系仍然比較有限，這在很大程度上限制了低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的發(fā)展；我們對石榴石結(jié)構(gòu)型陶瓷NaCa2 (Mgl_xZnx)2V3012、LiCa3Mg1^xZnxV3O12進行了燒結(jié)特性與微波介電性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該類陶瓷具有優(yōu)異的綜合微波介電性能同時燒結(jié)溫度低于960° C，可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振起器、濾波器等微波器件的制造，可滿足低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的技術(shù)需要；為了進一步降低燒結(jié)溫度，我們發(fā)現(xiàn)組成為石榴石結(jié)構(gòu)氧化物陶瓷Li2Ca2BiV3O12 比 NaCa2(MghZnx)2V3O12' LiCa3Mg1^xZnxV3O12 等具更低的燒結(jié)溫度，同時具有更高介電常數(shù)與更近零的諧振頻率的溫度系數(shù)，因此具有更優(yōu)異的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可低溫燒結(jié)含鋰石榴石結(jié)構(gòu)微波介電陶瓷Li2Ca2BiV3O12及其制備方法。本發(fā)明涉及的可低溫燒結(jié)含鋰石榴石結(jié)構(gòu)微波介電陶瓷的組成化學式為 Li2Ca2BiV3O12O上述可低溫燒結(jié)含鋰石榴石結(jié)構(gòu)微波介電陶瓷的制備方法具體步驟為
(1)將純度為99.9%以上的Li2CO3' CaCO3> Bi2O3和V2O3的原始粉末按Li2Ca2BiV3O12化學式稱量配料；
(2)將步驟(I)原料濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在650°C大氣氣氛中預燒6小時；
(3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在70(T750°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占粉末總量的3% ο本發(fā)明制備的陶瓷在70(T750°C燒結(jié)良好，其介電常數(shù)達到37 43，品質(zhì)因數(shù)Qf值高達65000-94000GHZ，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價值。
具體實施例方式實施例
表I示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的4個具體實施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。本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)諧振起器、濾波器等微波器件的制造，可滿足移動通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。本發(fā)明決不限于以上實施例，具有與Bi等相似結(jié)構(gòu)與化學性質(zhì)的元素如La、Eu、Y、Ce、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu等也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的的介電陶瓷。表1:
權(quán)利要求
1.一種含鋰石榴石結(jié)構(gòu)復合氧化物作為微波介電陶瓷的應(yīng)用，其特征在于所述復合氧化物的組成化學式為=Li2Ca2BiV3O12 ；所述復合氧化物的制備方法步驟為(1)將純度為99.9%以上的Li2CO3' CaCO3> Bi2O3和V2O3的原始粉末按Li2Ca2BiV3O12的化學式稱量配料；(2)將步驟(I)原料濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在650°C大氣氣氛中預燒6小時；(3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在70(T750°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占粉末總量的3% ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可低溫燒結(jié)含鋰石榴石結(jié)構(gòu)微波介電陶瓷Li2Ca2BiV3O12及其制備方法。介電陶瓷材料的組成化學式為Li2Ca2BiV3O12；(1)將純度為99.9%以上的Li2CO3、CaCO3、Bi2O3和V2O3的原始粉末，按Li2Ca2BiV3O12的組成化學式稱量配料；(2)將步驟(1)原料濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在650℃大氣氣氛中預燒6小時；(3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在700~750℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占粉末總量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷在700~750℃燒結(jié)良好，其介電常數(shù)達到37~43，品質(zhì)因數(shù)Qf值高達65000-94000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價值。
文檔編號C04B35/495GK103011810SQ20121052254
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者張輝, 向飛, 方亮, 蘇聰學 申請人:桂林理工大學