一種微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電子陶瓷材料領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)濾波器、諧振器、介質(zhì)天線等微波元器件的需求 日益增長(zhǎng)。作為制作微波元器件關(guān)鍵材料的微波介質(zhì)陶瓷在現(xiàn)代通信領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重 要的作用。同時(shí)，現(xiàn)代通信日益集成化發(fā)展趨勢(shì)要求微波元器件朝微型化的方向發(fā)展，而微 波元器件的尺寸與微波介質(zhì)陶瓷介電常數(shù)的平方根成反比，因此，高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶 瓷的研制備受關(guān)注，其中，8^3^^8+2；^1訴54陶瓷具有優(yōu)良的微波特性，被廣泛用于陶瓷濾波 器和諧振器的制造。
[000引 目前的現(xiàn)有技術(shù)中，雖已開(kāi)發(fā)出Bae3xNcUJiis054高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，但其 Qf值一般為7000GHz左右，共振頻率的溫度系數(shù)也較大，難W滿(mǎn)足移動(dòng)通訊等微波通訊系 統(tǒng)的進(jìn)一步小型化與應(yīng)用頻率高頻化的需求。另外，傳統(tǒng)的陶瓷工藝，也使得高溫?zé)Y(jié)過(guò)程 中粉體反應(yīng)活性較差，需要很高的燒結(jié)溫度和較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間，導(dǎo)致需要極高的生產(chǎn)能耗。 因此，如何通過(guò)調(diào)整配方，改善工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)高Qf及低諧振頻率溫度系數(shù)是Bae3xNds+2xTiis054 陶瓷的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種介電常數(shù)65~75， Qf值〉9000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)± 10ppm/°C的微波介質(zhì)陶瓷材料。
[000引本發(fā)明的另一個(gè)目的是針對(duì)Bae3xNcUJiis054陶瓷材料燒結(jié)溫度高，能源消耗大 的特點(diǎn)，提供一種微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，能夠在制備介質(zhì)陶瓷材料過(guò)程中提高粉 體活性、降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間。
[0006] 本發(fā)明提供一種高介電常數(shù)的微波介質(zhì)材料，它由95wt%~lOOwt%的微波介質(zhì) 陶瓷，Owt%~5wt%的低溫?zé)Y(jié)助劑組成； 所述介質(zhì)陶瓷的表達(dá)式（1-α)Ba63xNcUJiis〇54-a化2ySi〇4y，其中，0. 50《x《 1.0， 0《y《0. 50,0. 2《α《0. 6 ;所述低溫?zé)Y(jié)助劑為L(zhǎng)iC〇3、CuO、Bi2〇3中的一種或兩種； 本發(fā)明所述介質(zhì)陶瓷表達(dá)式X為0. 50《X《1. 0,優(yōu)選為0. 60《X《0. 8。
[0007] 若x<0.5,則產(chǎn)生介電損耗增大，Qf值下降的趨勢(shì)；若x〉1.0,則介電常數(shù)大幅降 低。
[0008] 本發(fā)明所述介質(zhì)陶瓷表達(dá)式y(tǒng)為0《y《0. 50,優(yōu)選為0. 2《y《0. 4。
[0009] 若y〉0. 5,則由于過(guò)多的Si〇2存在，導(dǎo)致介質(zhì)陶瓷難W燒結(jié)致密，并存在Qf值減 小的傾向。
[0010] 本發(fā)明所述的介質(zhì)陶瓷表達(dá)式α為0. 2《α《0. 6,優(yōu)選為0. 3《α《0. 5。
[0011] 若α<〇.2,則難W起到調(diào)整溫度系數(shù)的作用；若α〉〇. 6,則由于過(guò)多的娃酸鋒，導(dǎo) 致介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)偏低。
[0012] 本發(fā)明所述低溫?zé)Y(jié)助劑為L(zhǎng)izCAXuCKBiz化中的至少一種，優(yōu)選Li2C〇3-Bi2〇3組 合，其分別在598°C和720°C形成液相，并在燒結(jié)過(guò)程中與陶瓷反應(yīng)形成低烙點(diǎn)的Bi4Si3〇i2 相，在多重液相作用下，將陶瓷的燒結(jié)溫度從1350°C降至115(TC。
[0013] 本發(fā)明還提供了上述微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括W下步驟： 1) .將原料BaC〇3、刷2〇3、Ti〇2按化學(xué)式Ba6 3xNcUJiis〇54稱(chēng)取，其中0. 50《X《1. 0， 置于球磨罐中，加入去離子水與二氧化錯(cuò)磨球，在行星球磨機(jī)中機(jī)械混合均勻，烘干后過(guò)40 目篩；于liocrc~1200°C的溫度下預(yù)燒2~4小時(shí)，得到粉末A; 2) .將原料化0、Si〇2按化學(xué)式化2ySi〇4y稱(chēng)取，其中0《y《0. 50,置于球磨罐中，加入 去離子水與二氧化錯(cuò)磨球，在行星球磨機(jī)中機(jī)械混合均勻，烘干后過(guò)40目篩；于115(TC~ 1250°C的溫度下預(yù)燒2~4小時(shí)，得到粉末B; 3) .按摩爾百分比（1-α) ;α混合粉末A與粉末B，其中0. 2《α《0. 6,并加入一 定比例的低溫助燒劑，包含LizCOs、化0、Bi2〇3中的至少一種，將粉末Α、粉末Β、低溫?zé)Y(jié)助 劑置于球磨罐中，加入去離子水與二氧化錯(cuò)磨球進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨后烘干，得到混合粉末 C； 4) .將粉末C與錯(cuò)球置于球磨罐中，干式高能球磨，進(jìn)一步破碎預(yù)燒后粗化的粉體晶 粒，使其顆粒粒度超細(xì)化，通過(guò)此步驟得到粉末D; 5) .在粉末D中添加聚乙締醇水溶液，研磨成具有球狀流動(dòng)性的粉體顆粒，并將顆粒 壓制成所需形狀的陶瓷毛巧； 6) .將陶瓷毛巧放在密封厘體中進(jìn)行連續(xù)燒結(jié)，其中，最高燒結(jié)溫度為1150~ 1350 °C，保溫時(shí)間為3~6小時(shí)。
[0014] 本發(fā)明中采用固相法，將具有正溫度系數(shù)的Bae3yN(V2；Tiis〇M與具有負(fù)的溫度系 數(shù)的Zri2ySi〇4y單體組合，通過(guò)增減主要組分中的化2ySi〇4y的比例，能夠使介質(zhì)陶瓷組 合物的共振頻率的溫度系數(shù)Tf在調(diào)整至零附近。另外，化2ySi〇4y單體的Q-f值高達(dá) 50000GHzW上，介電損耗遠(yuǎn)小于Bae3xNds+2xTiis〇54化合物的介電損耗。通過(guò)兩種材料組合， 亦可W達(dá)到降低介電損耗的目的。
[001引本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中Bae3xNcUTiiA4陶瓷Qf值低，溫度系數(shù) 大的缺點(diǎn)，本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷材料，其相對(duì)介電常數(shù)65~75、Qf值9000~1lOOOGHz、 諧振頻率溫度系數(shù)±l0ppm/°C，是一種性能優(yōu)異的介質(zhì)陶瓷材料。同時(shí)，本發(fā)明結(jié)合高能 球磨工藝，并在二次球磨時(shí)引入低溫?zé)Y(jié)助劑，使陶瓷材料的致密化溫度由1350°C降低到 1150°C左右。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合實(shí)施例，更具體地闡述本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限 于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式的變通或改變均在本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0017] 對(duì)比例1~5 按表1中各組分的摩爾百分比稱(chēng)取初始原料BaO)3、Nd2化、Ti化，加入去離子水進(jìn)行機(jī)械 混合，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為250轉(zhuǎn)/分鐘，混合時(shí)間為化，混合均勻后烘干并過(guò)篩，于iiocrc 預(yù)燒化，得到預(yù)燒料。在預(yù)燒料中加入去離子水進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為300轉(zhuǎn)/ 分鐘，球磨時(shí)間為lOh，球磨后烘干，然后將干粉置于尼龍罐中，按照球料比為10 : 1在行星 球磨機(jī)中高能球磨3h，轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分鐘，高能后的粉體粒度小于ιμπι。在高能后細(xì)粉中 加入5wt%聚乙締醇水溶液造粒，在6Μ化壓力下壓制成所需形狀的陶瓷毛巧，將陶瓷毛巧放 在密封的厘鉢中進(jìn)行連續(xù)燒結(jié)，其中，最高燒結(jié)溫度為1350°C，保溫時(shí)間為4h。采用網(wǎng)絡(luò) 分析儀測(cè)量其介電性能指標(biāo)：介電常數(shù)諧振頻率溫度系數(shù)Tf和品質(zhì)因數(shù)Qf。測(cè)試結(jié) 果見(jiàn)表1。
[0018] 表 1