高頻用混合多相介質陶瓷材料及製備方法

2023-05-08 18:43:51

專利名稱：高頻用混合多相介質陶瓷材料及製備方法
技術領域：
本發明是涉及Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介質陶瓷材料及製備方法，確切地說是涉及該三元系中的一個新組成區域及製備方法。它可用於高頻用溫度穩定及溫度補償電容器，屬於介質陶瓷領域。
70年代初，中國學者發現了Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系，它可作為高頻用溫度穩定及溫度補償電容器的介質陶瓷材料，至今已有許多報導，大致可歸納於表1。
表1已報導的高頻用Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介質陶瓷材料
由表1可見，Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介質陶瓷材料是製作高頻用溫度穩定及補償電容器的最有前途的材料之一。除了上述已研究的組成區域之外，尋找出一種新的組成區域，同樣具有高的介電常數εr， 低的介質損耗tanδ，以及小而可調的電容溫度係數，亦是陶瓷工作者的研究目的之一。
本發明目的在於提供一個新的Nb2O5-ZnO-Bi2O3組成區域及通過部分取代Zn的二價添加物(單獨或複合添加)的加入，使介質陶瓷具有較佳的介電性能。
本發明提供的新組成區域，具體為NbO5/233.0+44.0％，ZnO 21.0-32.0mol％，BiO3/229.0-39.0(mol％)，該組成區域在Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系相圖組成中的位置如

圖1中4所示。圖1其它三個三元系組成分別為(1)U.S.Pat.，No.5449652(1995)，(2)U.S.Pat.No4638401(1987)，(3)Japanese Patent Application No.4285046(1992)。顯然本發明提供的是一個新的組成區域。本發明提供的新組成區域具有混合多相結構的特徵，它是由BiZnNbO6-7焦綠石相，ZnNb2O6相及ZnO相所組成。部分Zn為Ba，Sr，Ca單獨和Ca與Ba或Sr複合取代後，相結構更趨複雜。
為使本發明提供的區域具有較佳的介電性能及利於生產成本下降，本發明通過提高ZnO、Nb2O5含量(Bi2O3原料價格昂貴)和Ba，Sr，Ca部分取代Zn(單獨或複合添加)的方法，使所製成的介質陶瓷材料具有較佳的介電性能。具體地說，本發明提供作為調節介電性能用部分取代Zn的Ca，Sr，Ba添加物(單獨和Ca與Ba或Sr複合取代，mol％)加入量為Ba 0.5-6.0，Sr0.5-6.0，Ca 3.0-26.0，複合取代最大加入量為4～26.0(優先推薦量為Ba 1.0-4.0，Sr 1.0-4.0，Ca 5.0-18.0，複合取代最大加入量為12～18.0)。
本發明提供的新組成高頻介質陶瓷材料採用傳統氧化物製備工藝。所用原料為Nb2O5、Bi2O3、ZnO(或鹼式碳酸鋅)，取代Zn的二價碳酸鹽，如BaCO3、SrCO3、CaCO3。純度除Bi2O3為99.99以外，其餘均為99.9％，顆粒度除Bi2O3大於2μ之外，其餘顆粒度均小於或等於2μ。各原料及取代Zn的碳酸鹽按配比稱量，經球磨混合及烘乾，固相高溫合成(700-900℃保溫時間2-8小時)，再次磨細及烘乾，幹壓成型(或等靜壓成型)，燒結，研磨加工，上電極等工序製備而成。燒結溫度範圍為920-1020℃，保溫2-4小時。
本發明提供的組成區域與文獻和專利報導不同，為一個新的組成區域。通過二價Ba、Sr、Ca部分取代(單獨或複合取代)Zn，抑制了瓷體晶粒生長，有效地促進瓷體緻密化(顯氣孔率＜0.3％)。另外，本發明提供的組成區域是由混合多相所組成，除了主晶相BiZnNbO6.7之外，尚有ZnNb2O6相。ZnNb2O6相的介電常數較低，但具有極小的介質損耗和較小的電容溫度係數。所以混合多相組成有利於降低介質損耗及調節電容溫度係數。從而使本發明提供的介質陶瓷具有較佳的介電性能εr＝100-150(1-100MHz)，tanδ＝0.01-0.03％(1MHz)，tanδ≤0.1％(100MHz)，Tε(ΔC/C)＝0±4％(-40-+85℃)，燒結溫度範圍為920-1020℃，保溫2-4小時。
綜上所述，本發明具有下列幾個優點1、提高Zn、Nb含量，使陶瓷晶相結構由混合多相結構所組成，即包括BiZnNbO6-7焦綠石主晶相，又有ZnNb2O6相及ZnO相等，Ba，Sr，Ca部分取代Zn使陶瓷晶相結構更趨複雜。因ZnNb2O6等具有極佳的介電性能，所以，混合多相結構有利於降低質損耗及調節電容溫度係數。另外，Bi2O3原料價格昂貴，提高Zn，Nb含量亦有利於生產成本下降。
2、採用二價碳酸鹽，如BaCO3，SrCO3，CaCO3部分取代Zn，可調節介質陶瓷的介電常數、電容溫度係數和介質損耗。
3、本發明採用普通陶瓷製備工藝，工藝簡單，重複性好，易於掌握及批量生產。
圖1為本發明組成範圍，圖2為本發明提供的組成的X衍射圖，它是由BiZnNbO6-7焦綠石相、ZnNb2O6和ZnO相所組成。
下面結合實施例進一步說明本發明的實質和進步實施例1組份為NbO5/239.42mol％，ZnO30.90mol％，BiO3/229.68mol％。合成溫度850℃，保溫4小時，燒結溫度940-1020℃，保溫2小時。得出的介電性能如下密度(g/cm3)＝6.65-6.75顯氣孔率(％)＜0.3介電常數(εr)＝120-130(1-100MHz)tanδ＝0.03％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)ΔC/C＝-4.0％(-40…+85℃)實施例2組份為NbO5/243.94mol％，CaCO36mol％，ZnO 16.97mol％，BiO3/233.09mol％。合成溫度850℃，保溫4小時，燒結溫度920-1020℃，保溫2小時。得出的介電性能如下密度(g/cm3)＝6.50-6.60顯氣孔率(％)＜0.3介電常數(εr)＝120-130(1-100MHz)tanδ＝0.01％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)ΔC/C＝-2.0％(-40---+85℃)實施例3組份為NbO5/242.04mol％，ZnO21.20mol％，BaCO32mol％，BiO3/234.76mol％。合成溫度850℃，保溫4小時，燒結溫度940-1020℃，保溫2小時。得出的介電性能如下密度(g/cm3)6.80-6.90顯氣孔率(％)＜0.3介電常數(εr)＝120-130(1-100MHz)tanδ＝0.03％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)ΔC/C＝-3.0％(-40---+85℃)實施例4組份為NbO5/243.94mol％，CaCO312mol％，SrCO32mol％，ZnO 8.97mol％，BiO3/233.09mol％。合成溫度850℃(保溫4小時)，燒結溫度920-1020℃。介電性能介於前述範圍。
權利要求
1.一種高頻用(1-100MHz)介質陶瓷材料，由Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系組成，其特徵在於該組成區域的範圍為(mol％)NbO5/233.0-44.0，ZnO 21.0-32.0、BiO3/229.0-39.0。
2.按權利要求1所述的介質陶瓷材料的製備工藝，其特徵在於(1)調節介電性能用部分取代Zn的二價元素(單獨和Ca與Ba或Sr複合取代，mol％)加入量為Ba 0.5-6.0，Sr 0.5-6.0，Ca 3.0-26.0，複合取代最大加入量為4.0-26.0。(2)優先推薦部分取代Zn的二價元素(單獨和Ca與Ba或Sr複合取代，mol％)加入量為Ba 1.0-4.0，Sr1.0-4.0，Ca 5.0-18.0，複合取代最大加入量為12.0-18.0。(3)燒結溫度920～1020℃，保溫2-4小時。
3.按權利要求1、2所述的組成區域及製備工藝，其徵在於所述部分取代Zn的二價元素添加物為BaCO3，SrCO3，CaCO3。
全文摘要
一種高頻用Nb
文檔編號C04B35/453GK1189479SQ9712521
公開日1998年8月5日 申請日期1997年12月30日 優先權日1997年12月30日
發明者姚堯, 趙梅瑜, 吳文駿, 王依琳, 金行運, 周恩濟 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所