溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷及其製備方法

2023-05-05 09:25:56

溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷及其製備方法，該微波介質陶瓷由80%～95%的BaNd2Ti4O12與5%～20%的Bi4B2O9組成。製備方法包括以下步驟：（1）將BaO、Nd2O3和TiO2混合製備BaNd2Ti4O12粉體；（2）將Bi2O3與B2O3或者Bi2O3與H3BO3混合製備Bi4B2O9粉體；（3）將BaNd2Ti4O12粉體與Bi4B2O9粉體混合製備溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。本發明的微波介質陶瓷具有高介電常數、低介電損耗、和接近於零諧振頻率溫度係數，製備方法工藝簡單、操作方便。
【專利說明】溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷及其製備方法
【技術領域】[0001]本發明屬於電子陶瓷及其製備領域，具體涉及一種溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷及其製備方法。
【背景技術】
[0002]微波介質陶瓷材料的應用與其介電常數有關，通常微波介質陶瓷材料的介電常數越高，微波電路與器件的尺寸就可以做得越小，這正是微波終端設備得以小型化的關鍵。但是，介電常數較高的材料也相應具有較大的介電損耗，而在實際應用中，需要材料具有較小的介電損耗。此外，常見的微波介質陶瓷材料大多具有燒結溫度高的固有缺點，燒結溫度通常都在1300°C以上，極大地限制了其在微波電路與器件中的應用，在現有研究中，將固有燒結溫度高的微波介質陶瓷用中溫或低溫燒結多是以犧牲材料性能為代價的。
[0003]Ba6_3xNd8+2xTi18054陶瓷屬於一類高介電常數微波介質陶瓷，根據Ba、Nd原子數量的不同，可以得到幾種不同的微波介質陶瓷，特別地，當x=0.5時，可以得到BaNd2Ti4O12陶瓷。BaNd2Ti4O12陶瓷是近年來國內外微波介質材料研究領域的熱點方向之一，BaNd2Ti4O12陶瓷具有介電常數高、介電損耗小的特點，主要用於製備陶瓷諧振器、濾波器和介質天線等微波元器件，但是，BaNd2Ti4O12陶瓷的燒結溫度在1350°C以上，且具有正的諧振頻率溫度係數(+56ppm/°C )，限制了其應用。因此，需要尋找新的方法使得在不顯著惡化BaNd2Ti4O12陶瓷的介電常數和介電損耗的情況下，降低BaNd2Ti4O12陶瓷的燒結溫度，並調整其諧振頻率溫度係數接近於零。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有高介電常數、低介電損耗、且諧振頻率溫度係數接近於零的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，還提供一種工藝簡單、操作方便的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，所述微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為80%~95%，Bi4B2O9的質量分數為5%~20%。
[0006]上述微波介質陶瓷的介電常數為72~89，品質因數Qftl為3300GHz~6780GHz(QfQ越大，則介電損耗越小，二者呈倒數關係)，諧振頻率溫度係數為-1.4ppm/°C~28.7ppm/°C。
[0007]作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1: 4的摩爾比進行混合，所得混合物經球磨、烘乾和過篩後，得到混合粉料，將混合粉料升溫至1000°c~1200°C並保溫2h~6h，得到基體陶瓷粉體，基體陶瓷粉體經球磨、烘乾和過篩後，得到BaNd2Ti4O12粉體；
[0009](2MfBi2O3與B2O3或者Bi2O3與H3BO3按照Bi4B2O9的化學計量比混合，然後經球磨、固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體在500°C~600°C下燒結2h~8h，得到Bi4B2O9粉體；
[0010](3)將BaNd2Ti4O12粉體與Bi4B2O9粉體進行混合，其中BaNd2Ti4O12粉體的質量分數為80%~95%，Bi4B2O9粉體的質量分數為5%~20%，所得混合粉體經球磨、烘乾和造粒後，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成坯體，然後將坯體在400°C~500°C下進行排膠，排膠後升溫至1150°C~1350°C下燒結2h~8h，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0011]上述的方法中，所述球磨優選行星球磨,球磨的時間優選4h~8h,球磨介質優選氧化鋯球和去離子水、或者氧化鋯球和異丙醇。
[0012]上述的方法中，所述過篩優選過100目篩。
[0013]上述的方法中，步驟(3)所述造粒過程中所用粘接劑為聚乙烯醇溶液。
[0014]上述的方法中，步驟(3)中所述坯體的形狀優選圓柱形，坯體的直徑優選6mm~12mm,厚度優選3mm~6mm, —般採用粉末壓片機進行壓制,還體的成型壓力優選80MPa~160MPa。
[0015]上述的方法中，所述Ba0、Nd203、Ti02、Bi203、B203和H3BO3的純度優選大於99.9%。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點在於:
[0017](I)本發明的微波介質陶瓷材料從低溫燒結和調整BaNd2Ti4O12的諧振頻率溫度係數的角度出發，考慮到材料的介電常數和介電損耗，在BaNd2Ti4O12體系中加入適量的低熔點化合物Bi4B2O9，其燒結溫度可以成功降至1150°C~1350°C，同時也可將諧振頻率溫度係數調整到接近於零，該介質陶瓷具 有高介電常數、低介電損耗和較好的溫度穩定性，另外，還使微波介質陶瓷具有較高介電常數(70~90)和較高的Qftl值。
[0018](2)本發明微波介質陶瓷的化學組成和製備工藝均比較簡單，製備方法操作方便，可廣泛用於微波天線、介質諧振器、濾波器等微波器件的製造。
【具體實施方式】
[0019]以下結合具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但並不因此而限制本發明的保護範圍。
[0020]實施例1:
[0021]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為95%，Bi4B2O9的質量分數為5% ;該微波介質陶瓷的介電常數為72，品質因數Qf^為6340GHz，諧振頻率溫度係數為16.8ppm/°C ο
[0022]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0023](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物行星球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率(一般優選5°C /min~10°C /min，下同)升溫至1150°C保溫2h (即預燒)，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體行星球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12粉體；[0024](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，行星球磨球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2°C /min的升溫速率(一般優選2V /min~10°C /min,下同)升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0025](3)將95g BaNd2Ti4O12粉體與5g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體行星球磨球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ10_Χ5_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1150°C下燒結4h，升溫速率為5°C /min (一般優選5°C /min~10°C /min，下同)得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0026]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:介電常數ε =12,品質因數QfQ=6340GHz，諧振頻率溫度係數τ f=16.8ppm/°C。
[0027]實施例2:
[0028]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為95%，Bi4B2O9的質量分數為5% ;該微波介質陶瓷的介電常數為82，Qf0為6600GHz，諧振頻率溫度係數為14.6ppm/°C。
[0029]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0030](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐 中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1100°C保溫2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0031](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0032](3)將95g BaNd2Ti4O12粉體與5g Bi4B2O9粉體置於球磨罐中，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ10_Χ5_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1200°C下燒結4h，升溫速率為5°C/min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0033]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=82,Qf0=6600GHz, τ f=14.6ppm/°C。
[0034]實施例3:
[0035]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為95%，Bi4B2O9的質量分數為5% ;該微波介質陶瓷的介電常數為81，品質因數Qftl為6780GHz，諧振頻率溫度係數為11.2ppm/°C。
[0036]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0037](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1150°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0038](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0039](3)將95g BaNd2Ti4O12粉體與5g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ10πιπιΧ5πιπι的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1250°C下燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0040]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=81,Qf0=6780GHz, τ f=ll.2ppm/°C。
[0041]實施例4:
[0042]一種本發明的溫度穩定 型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為92.5%，Bi4B2O9的質量分數為7.5% ;該微波介質陶瓷的介電常數為83，品質因數Qftl為5430GHz，諧振頻率溫度係數為5.6ppm/°C ο
[0043]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0044](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1150°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0045](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0046](3)將92.5g BaNd2Ti4O12粉體與7.5g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ10_Χ5_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1150°C下燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0047]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=83,Qf0=5430GHz, τ f=5.6ppm/°C。
[0048]實施例5:
[0049]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為92.5%，Bi4B2O9的質量分數為7.5% ;該微波介質陶瓷的介電常數為86，品質因數Qftl為5460GHz，諧振頻率溫度係數為
3.8ppm/°C。
[0050]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0051 ] (I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1150°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0052](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0053](3)將92.5g BaNd2Ti4O12粉體與7.5g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ10_Χ5_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1200°C下燒結4h，升溫速率為5°C/min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0054]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=86,Qf0=5460GHz, τ f=3.8ppm/°C。
[0055]實施例6:
[0056]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為92.5%，Bi4B2O9的質量分數為
7.5% ;該微波介質陶瓷的介電常數為86，品質因數Qftl為5640GHz，諧振頻率溫度係數為
2.5ppm/°C ο
[0057]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0058](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1150°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0059](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0060](3)將92.5g BaNd2Ti4O12粉體與7.5g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ10_Χ5_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1250°C下燒結4h，升溫速率為5°C/min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0061]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=86,Qf0=5640GHz, τ =2.5ppm/°C。
[0062]實施例7:
[0063]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為90%，Bi4B2O9的質量分數為10% ;該微波介質陶瓷的介電常數為89，品質因數Qftl為4800GHz，諧振頻率溫度係數為-1.4ppm/°C。
[0064]一種上述本實施例的溫 度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0065](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1150°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0066](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0067](3)將90g BaNd2Ti4O12粉體與IOg Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ IOmmX 5mm的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1200°C下燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0068]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=89,Qf0=4800GHz, τ f=-l.4ppm/°C。[0069]實施例8:
[0070]—種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為85%，Bi4B2O9的質量分數為15% ;該微波介質陶瓷的介電常數為84，品質因數Qftl為4150GHz，諧振頻率溫度係數為11.4ppm/°C ο
[0071]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0072](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1000°c預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0073](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2V Mn的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0074](3)將85g BaNd2Ti4O12粉體與15g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ IOmmX 5mm的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1150°C下燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到溫度穩定型高介電常 數微波介質陶瓷。
[0075]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=84,Qf0=4150GHz, τ f=ll.4ppm/°C。
[0076]實施例9:
[0077]一種本發明的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，該微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為80%，Bi4B2O9的質量分數為20% ;該微波介質陶瓷的介電常數為86，品質因數Qftl為3300GHz，諧振頻率溫度係數為28.7ppm/。。。
[0078]一種上述本實施例的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，包括以下步驟:
[0079](I)首先將純度大於99.9%的BaO、Nd2O3和TiO2按照1:1:4的摩爾比進行混合，將所得混合物置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h後將其置於乾燥箱內烘乾並過100目篩，得到混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1000°c預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h後，經烘乾、研磨、過100目篩，得到BaNd2Ti4O12 粉體；
[0080](2)將純度大於99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合併置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h後經固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體以2°C /min的升溫速率將其升溫至580°C燒結4h，得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；[0081 ] (3)將80g BaNd2Ti4O12粉體與20g Bi4B2O9粉體進行混合，將所得混合粉體置於球磨罐中，並向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨6h後經烘乾和造粒，以質量分數5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成Φ IOmmX 5mm的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體於450°C下排膠lh，然後升溫至1150°0下燒結41!，升溫速率為5°C /min，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
[0082]經檢測可知，上述本實施例方法製備的微波介質陶瓷的微波介電性能為:ε r=86,Qf0=3300GHz, τ f=28.7ppm/°C。
[0083]以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例。凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應該指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，其特徵在於，所述微波介質陶瓷由BaNd2Ti4O12與Bi4B2O9組成，其中BaNd2Ti4O12的質量分數為80%~95%，Bi4B2O9的質量分數為5%~20%ο
2.根據權利要求1所述的溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷，其特徵在於，所述微波介質陶瓷的介電常數為72~89，品質因數Qftl為3300GHz~6780GHz，諧振頻率溫度係數為-1.4ppm/°C ~28.7ppm/°C。
3.一種溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)將Ba0、Nd203和TiO2按照1:1: 4的摩爾比進行混合，所得混合物經球磨、烘乾和過篩後，得到混合粉料，將混合粉料升溫至1000°C~1200°C並保溫2h~6h，得到基體陶瓷粉體，基體陶瓷粉體經球磨、烘乾和過篩後，得到BaNd2Ti4O12粉體； (2)將Bi2O3與B2O3或者Bi2O3與H3BO3按照Bi4B2O9的化學計量比混合，然後經球磨、固液分離和乾燥得到複合粉體，將複合粉體在500°C~600°C下燒結2h~8h，得到Bi4B2O9粉體； (3)將BaNd2Ti4O12粉體與Bi4B2O9粉體進行混合，其中BaNd2Ti4O12粉體的質量分數為80%~95%，Bi4B2O9粉體的質量分數為5%~20%，所得混合粉體經球磨、烘乾和造粒後，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓製成坯體，然後將坯體在400°C~500°C下進行排膠，排膠後升溫至1150°C~1350°C下燒結2h~8h，得到溫度穩定型高介電常數微波介質陶瓷。
4.根據權利要求3所述.的製備方法，其特徵在於，所述球磨為行星球磨，球磨的時間為4h~8h，球磨介質為氧化鋯球和去離子水、或者氧化鋯球和異丙醇。
5.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述過篩是指過100目篩。
6.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述造粒過程中所用粘接劑為聚乙烯醇溶液。
7.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)中的坯體的形狀為圓柱形，還體的直徑為6mm~12mm,厚度為3mm~6mm,還體的成型壓力為80MPa~160MPa。
8.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述BaO、Nd203、TiO2,Bi203、B2O3和H3BO3的純度均大於99.9%。
【文檔編號】C04B35/622GK103467097SQ201310384551
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】張為軍, 劉卓峰, 白書欣, 堵永國, 陳興宇 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學