一種高q值微波介質陶瓷及其製備方法
2023-06-01 18:57:51
專利名稱：一種高q值微波介質陶瓷及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種以氧化物為基礎的以成分為特徵的陶瓷化合物，更確切的說，是 關於一種以鈮酸鎂(MgNb2O6)和鉭酸鋅(ZnTa2O6)複合的陶瓷化合物及其製備方法，屬於材 料科學技術領域。
背景技術：
微波介質陶瓷是指應用於微波頻段(300MHz 3000GHz)電路中作為介質材料完 成一種或多種功能的陶瓷，是微波器件的核心材料。近二十年來，由於微波技術設備向小型 化、集成化與高頻化，尤其是向民用產品的大產量、低價格方向的迅速發展，目前已開發出 了一大批適用於微波頻段的微波介質陶瓷材料。應用於微波電路的介質陶瓷，應滿足如下 介電特徵的要求(1)高的相對介電常數％以減小器件的尺寸，一般要求、>20;(2)高 的品質因數Q以降低噪音，一般要求QXf彡3000 ； (3)接近零的頻率溫度係數τ f以保證器 件的溫度穩定性。根據微波材料的性能，微波介質陶瓷可分為三類(1)高介電常數低Q值 的微波介質陶瓷，主要應用於對微型化要求較高的手持移動通訊設備；(2)高Q值低介電常 數微波介質陶瓷，主要應用於毫米波通訊以及微波電路基板。(3)高Q值近零諧振頻率溫度 係數的微波介質陶瓷，用於對信息的傳輸量和精度要求較高的衛星以及地面通訊的基站。 MgNb2O6和ZnTa2O6都具有優異的微波介電性能。如《日本應用物理》雜誌(Japanese journal of applied physics)在1997年發表了一篇題為《微波頻率下AB2O6化合物的介電性能(A = Ca，Mg，Mri，Co，Ni，Zn，^dB = Nb,Ta)》(Dielectric Properties of AB2O6 Compounds at MicrowaveFrequencies(A = Ca,Mg,Mn, Co,Ni,Zn,and B = Nb，Ta))(Japanese journalof applied physics, vol. 36, issue Part 2，No. 10A，PP. L1318-L1320)中報導了 1300°C燒成 2小時的MgNb2O6的微波介電性能為ε r = 21. 4，Tf = -70，Qf = 93800GHz。《合金及化合 物》雜誌(Journal of Alloys and Compounds)在2002年的一篇文章《微結構對ZnTa2O6 低介電損耗陶瓷微波介電性能的影響》(Influence of microstructure on microwave dielectric properties OfZnTa2O6 ceramics with low dielectric loss) (Journal of Alloys andCompounds, vol. 337, issue 1-2, pp. 303-308)報導了 1400°C燒成 2 小時的 ZnTa2O6介電性能為ε r = 32. 3，τ f = 9. 5，Qf = 67580GHz。這兩種微波介質陶瓷都具有較 高的品質因數，為了得到諧振頻率溫度係數可調而又具有較高Q值的微波介質陶瓷材料， 常用的方法就是把兩種具有相反諧振頻率溫度係數的陶瓷進行複合。目前尚未見到將MgNb2O6與ZnTa2O6複合成高Q值近頻率溫度係數可調微波介質陶 瓷的報導。
發明內容
本發明目的是克服單獨的鈮酸鎂和或酸鋅微波介質陶瓷頻率溫度係數不可調缺 點，通過兩者的複合獲得一種頻率溫度係數可調、具有較高品質因子的微波介質陶瓷，同時 提供了鈮酸鎂和鉭酸鋅複合微波介質陶瓷的組成配方和製造該介質陶瓷產品的方法。
本發明通過下列方案予以實現。一種高Q值微波介質陶瓷，其特徵是由鈮酸鎂(MgNb2O6)和鉭酸鋅(ZnTa2O6)組成。按重量百分比，其中鈮酸鎂2. 5% 12. 5% ；鉭酸鋅87. 5% 97.5%。進一步的，所述高Q值微波介質陶瓷優選按重量百分比鈮酸鎂10.0%;鉭酸鋅90.0%。本發明一種高Q值微波介質陶瓷的製備方法，包括如下步驟(1)以純度為98. 5%的MgO和99. 99%的Nb2O5為起始原料，將原料溼磨混合、烘 幹、過篩後在1000°C煅燒合成MgNb2O6陶瓷粉體；(2)以純度為99. 0%的ZnO和99. 99%的Ta2O5為起始原料，將原料溼磨混合、烘 幹、過篩後在1100°C煅燒合成ZnTa2O6陶瓷粉體；(3)將步驟⑴和步驟⑵所合成的鈮酸鎂和鉭酸鋅按重量比鈮酸鎂2. 5% 12. 5%鉭酸鋅87. 5 % 97. 5 %組成配料，所配粉料溼磨4h烘乾後加入粘結劑並造粒，再壓製成型，然後在高溫 爐中升溫至500°C保溫Ih進行排膠，繼續升溫至燒成溫度保溫2 4h後隨爐冷卻。進一步的，上述步驟(3)中，所述加入的粘結劑為濃度為5%、重量百分比含量為 3 10%的PVA水溶液。進一步的，所述步驟(3)中的燒成溫度為1300 1450°C。進一步的，所述步驟(3)中的燒成時間為2 4小時。本發明可廣泛用於各種介質諧振器、濾波器等各種微波器件的製造，可滿足移動 通信、衛星通信等系統的技術需要。
圖1是本發明MgNb2O6陶瓷粉體的X射線衍射圖。圖2是本發明ZnTa2O6陶瓷粉體的X射線衍射圖。圖3是本發明三個實施例合成的陶瓷的X射線衍射圖。1代表實施例1，2代表實 施例2，3代表實施例具體實施例方式本發明將參照下述的實施例進一步詳細說明，當然這些實施例並不是為了限制本 發明的範圍。實施例1MgNb2O6 的合成取MgO 8. 0600g和Nb2O5 53. 1640g在無水乙醇中球磨4小時候後烘乾、過篩，然後 在高溫爐中以5°C /min的升溫速率升溫，升至1000°C保溫2小時之後隨爐冷卻至室溫合成 MgNb2O6陶瓷粉料。
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ZnTa2O6 的合成取ZnO 16. 2780g和Ta2O5 88. 3780g在無水乙醇中球磨4小時候烘乾、過篩，然後 在高溫爐中以5°C /min的升溫速率升溫，升至1100°C保溫2小時之後隨爐冷卻至室溫合成 ZnTa2O6陶瓷粉體。按表1中比例取MgNb2O6和ZnTa2O6粉料，溼磨4小時。烘乾後的物料加入5%的 PVA水溶液Ig造粒，然後用200MPa的壓力壓製成型，在高溫爐中以5°C /min的升溫速率升 至1350°C保溫3小時，製得微波介質陶瓷，其陶瓷在IOGHz下的介電性能檢測結果見表2。實施例2 按表1中比例取MgNb2O6和ZnTa2O6粉料，溼磨4小時。烘乾後的物料加入5%的 PVA水溶液Ig造粒，然後用200MPa的壓力壓製成型，在高溫爐中以5°C /min的升溫速率升 至1350°C保溫3小時，製得微波介質陶瓷，其陶瓷在IOGHz下的介電性能檢測結果見表2。實施例3 按表1中比例取MgNb2O6和ZnTac2O6粉料，溼磨4小時。烘乾後的物料加入5%的 PVA水溶液Ig造粒，然後用200MPa的壓力壓製成型，在高溫爐中以5°C /min的升溫速率升 至1350°C保溫3小時，製得微波介質陶瓷，其陶瓷在IOGHz下的介電性能檢測結果見表2。表1微波介質陶瓷組成
權利要求
一種高Q值微波介質陶瓷，其特徵在於由鈮酸鎂(MgNb2O6)和鉭酸鋅(ZnTa2O6)組成，按重量百分比鈮酸鎂2.5％～12.5％；鉭酸鋅87.5％～97.5％。
2.根據權利要求1所述的一種高Q值微波介質陶瓷，其特徵在於，按重量百分比鈮酸鎂 10.0%;鉭酸鋅 90.0%。
3.根據權利要求1所述的一種高Q值微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於包括如下 步驟(1)以純度為98.5%的MgO和99. 99%的Nb2O5為起始原料，將原料溼磨混合、烘乾、過 篩後在1000°C煅燒合成MgNb2O6陶瓷粉體； (2)以純度為99.0%的ZnO和99. 99%的Ta2O5為起始原料，將原料溼磨混合、烘乾、過 篩後在1100°C煅燒合成ZnTa2O6陶瓷粉體；(3)將步驟(1)和步驟(2)所合成的鈮酸鎂和鉭酸鋅按重量比鈮酸鎂 2. 5% 12. 5%鉭酸鋅 87. 5% 97. 5%組成配料，所配粉料溼磨4h烘乾後加入粘結劑並造粒，再壓製成型，然後在高溫爐中 升溫至500°C保溫Ih進行排膠，繼續升溫至燒成溫度保溫2 4h後隨爐冷卻。
4.根據權利要求3所述的一種高Q值微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於步驟(3) 中，所述加入的粘結劑為濃度為5%、重量百分比含量為3 10%的PVA水溶液。
5.根據權利要求3所述的一種高Q值微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於所述步 驟⑶中的燒成溫度為1300 1450°C。
6.根據權利要求3所述的一種高Q值微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於所述步 驟(3)中的燒成時間為2 4小時。
全文摘要
一種高Q值微波介質陶瓷及其製備方法，屬於微波介質陶瓷材料及其製造技術領域。陶瓷由MgNb2O6和ZnTa2O6複合而成。以MgO和Nb2O5為原料合成MgNb2O6，以ZnO和Ta2O5為原料合成ZnTa2O6，之後MgNb2O6與ZnTa2O6經過混合，加入PVA壓製成型，在高溫爐中燒結2～4小時製成微波介質陶瓷。本發明的微波介質陶瓷相對介電常數在29.7～31.4之間，Qf值在66280～67370之間，諧振頻率溫度係數可調；可廣泛應用於各種介質諧振器、濾波器等微波器件的製造，滿足移動通信、衛星通信等系統的技術需求。
文檔編號C04B35/495GK101967058SQ201010237748
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者付寶建, 張迎春, 楊秀敏 申請人:黑龍江科技學院;北京科技大學