可低溫燒結含鋰石榴石結構微波介電陶瓷Li₂Ca₂BiV₃O₁₂及其製備方法

2023-06-13 21:11:16

專利名稱：可低溫燒結含鋰石榴石結構微波介電陶瓷Li2Ca2BiV3O12及其製備方法
技術領域：
本發明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及在微波頻率使用的介質諧振器、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製備方法。
背景技術：
微波介電陶瓷是指應用於微波頻段(主要是UHF、SHF頻段)電路中作為介質材料並完成一種或多種功能的陶瓷，在現代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質基片、介質導波迴路等元器件，是現代通信技術的關鍵基礎材料，已在可攜式行動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛星接受器、軍事雷達等方面有著十分重要的應用，在現代通訊工具的小型化、集成化過程中正發揮著越來越大的作用。應用於微波頻段的介電陶瓷，應滿足如下介電特性的要求(I)高的相對介電常 數4以利於器件的小型化，一般要求&彡20; (2)高的品質因數Q值或介質損耗tan δ以降低噪音，一般要求Qf > 3000 GHz ； (3)諧振頻率的溫度係數tf儘可能小以保證器件具有好的熱穩定性，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材料應用於微波技術。根據相對介電常數&的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發和正在開發的微波介質陶瓷分為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系統或它們之間的複合系統MWDC材料，其ε =25 30，Q= (I 2) X 104(在f彡10 GHz下)，O0主要應用於f彡8 GHz的衛星直播等微波通信機中作為介質諧振器件。(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。主要用於4 8 GHz頻率範圍內的微波軍用雷達及通信系統中作為介質諧振器件。(3)高ε ^而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用於O. 8 4GHz頻率範圍內民用移動通訊系統，這也是微波介電陶瓷研究的重點；80年代以來，Kolar、Kato等人相繼發現並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)、複合韓欽礦結構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材料介電常數達到90，鉛基系列(Pb，Ca)ZrO3介電常數達到105。以上這些材料體系的燒結溫度一般高於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(Low Temperature Co-firedCeramics, LTCC)的發展和微波多層器件發展的要求，國內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，主要是採用微晶玻璃或玻璃-陶瓷複合材料體系，因低熔點玻璃相具有相對較高的介質損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質損耗，因此研製無玻璃相的低燒微波介質陶瓷材料是當前研究的重點，但是，對於用於低燒微波介質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及微波多層器件的發展；我們對石榴石結構型陶瓷NaCa2 (Mgl_xZnx)2V3012、LiCa3Mg1^xZnxV3O12進行了燒結特性與微波介電性能研究，結果發現該類陶瓷具有優異的綜合微波介電性能同時燒結溫度低於960° C，可廣泛用於各種介質基板、諧振起器、濾波器等微波器件的製造，可滿足低溫共燒技術及微波多層器件的技術需要；為了進一步降低燒結溫度，我們發現組成為石榴石結構氧化物陶瓷Li2Ca2BiV3O12 比 NaCa2(MghZnx)2V3O12' LiCa3Mg1^xZnxV3O12 等具更低的燒結溫度，同時具有更高介電常數與更近零的諧振頻率的溫度係數，因此具有更優異的綜合性能。

發明內容
本發明的目的是提供一種可低溫燒結含鋰石榴石結構微波介電陶瓷Li2Ca2BiV3O12及其製備方法。本發明涉及的可低溫燒結含鋰石榴石結構微波介電陶瓷的組成化學式為 Li2Ca2BiV3O12O上述可低溫燒結含鋰石榴石結構微波介電陶瓷的製備方法具體步驟為
(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)原料溼式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘乾後在650°C大氣氣氛中預燒6小時；
(3)在步驟(2)製得的粉末中添加粘結劑並造粒後，再壓製成型，最後在70(T750°C大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑採用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量佔粉末總量的3% ο本發明製備的陶瓷在70(T750°C燒結良好，其介電常數達到37 43，品質因數Qf值高達65000-94000GHZ，諧振頻率溫度係數小，在工業上有著極大的應用價值。
具體實施例方式實施例
表I示出了構成本發明的不同燒結溫度的4個具體實施例及其微波介電性能；其製備方法如上所述，用圓柱介質諧振器法進行微波介電性能的評價。本陶瓷可廣泛用於各種介質諧振起器、濾波器等微波器件的製造，可滿足移動通信、衛星通信等系統的技術需要。本發明決不限於以上實施例，具有與Bi等相似結構與化學性質的元素如La、Eu、Y、Ce、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu等也可以做出與本發明類似晶體結構與性能的的介電陶瓷。表1:
權利要求
1.一種含鋰石榴石結構複合氧化物作為微波介電陶瓷的應用，其特徵在於所述複合氧化物的組成化學式為=Li2Ca2BiV3O12 ；所述複合氧化物的製備方法步驟為(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)原料溼式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘乾後在650°C大氣氣氛中預燒6小時；(3)在步驟(2)製得的粉末中添加粘結劑並造粒後，再壓製成型，最後在70(T750°C大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑採用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量佔粉末總量的3% ο
全文摘要
本發明公開了一種可低溫燒結含鋰石榴石結構微波介電陶瓷Li2Ca2BiV3O12及其製備方法。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)原料溼式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘乾後在650℃大氣氣氛中預燒6小時；(3)在步驟(2)製得的粉末中添加粘結劑並造粒後，再壓製成型，最後在700~750℃大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑採用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量佔粉末總量的3%。本發明製備的陶瓷在700~750℃燒結良好，其介電常數達到37~43，品質因數Qf值高達65000-94000GHz，諧振頻率溫度係數小，在工業上有著極大的應用價值。
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 優先權日2012年12月7日
發明者張輝, 向飛, 方亮, 蘇聰學 申請人:桂林理工大學