近零頻率溫度係數的類鈣鈦礦微波介質陶瓷及其製備方法
2023-06-04 11:08:51
專利名稱：近零頻率溫度係數的類鈣鈦礦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，更確切地說，是關於一種以鈮基複合鈣鈦礦化合物為主要成分的陶瓷化合物。
背景技術：
微波介質陶瓷是微波器件的核心材料。最近十幾年來，由於微波技術設備向小型化與集成化，尤其是向民用產品的大產量、低價格化方向的快速發展，加上電子陶瓷在最近三十年來的長足進步，使得微波介質陶瓷的研究與實用化迅速發展，目前已開發出了一大批適用於各種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，應滿足如下介電特性的要求(1)高的相對介電常數εr以減小器件尺寸，一般要求εr≥20；(2)高的品質因子Q以降低噪音，一般要求Qf≥3000；(3)接近零的頻率溫度係數頻率溫度係數τf以保證器件的溫度穩定性，一般要求-10ppm/℃≤τf≤10ppm/℃。很多材料的頻率溫度係數遠遠偏離所要求的數值，一般都通過摻入頻率溫度係數相反的材料來調節τf值。如《材料研究》雜誌(Journal of Materials Research)在1997年6月的一篇文章《一種基於Ba(Ni1/3Nb2/3)O3和Ba(Zn1/3Nb2/3)O3固溶體體系的新型微波介電陶瓷》(A new microwave dielectric ceramicsbased on the solid solution system between Ba(Ni1/3Nb2/3)O3和Ba(Zn1/3Nb2/3)O3)中報導將具有相反頻率溫度係數的Ba(Ni1/3Nb2/3)O3和Ba(Zn1/3Nb2/3)O3化合物形成固溶體，可以獲得頻率溫度係數接近零的微波介質陶瓷(εr＝35.6，Qf＝574400，τf＝-0.5ppm/℃)。Ba(Mg1/3Nb2/3)O3(εr≈32，Qf＝56000，τf＝33ppm/℃)和Ba(Ni1/3Nb2/3)O3(εr≈31，Qf＝48000，τf＝-18ppm/℃)是兩種具有較好微波介電性能的複合鈣鈦礦結構鈮酸鹽。但是，二者的τf的絕對值都偏大，這限制了它們的應用。尚未見到將兩者進行複合以獲得頻率溫度係數穩定的微波介質陶瓷的報導。
發明內容
本發明的目的是克服Ba(Mg1/3Nb2/3)O3和Ba(Ni1/3Nb2/3)O3介質陶瓷頻率溫度係數偏大的缺點，通過兩者的複合獲得一種近零頻率溫度係數、具有較高品質因子的微波介質陶瓷，同時提供了Ba(Mg1-x/3Nix/3Nb2/3)O3介質陶瓷的組成配方和製備該介質陶瓷產品的方法。
本發明的近零頻率溫度係數的微波介質陶瓷，其特徵在於，由氧化物形式的Ba、Mg、Ni和Nb組成，其化學式為Ba(Mg1-x/3Nix/3Nb2/3)O3，式中x＝0.2-0.8。
所述的介質陶瓷，其組份摩爾份量比為BaO 100∶MgO 6.67-26.67∶NiO 6.67-26.67∶Nb2O56.67-26.67。
所述的微波介質陶瓷製備方法，其所述的Ba(Mg1-x/3Nix/3Nb2/3)O3陶瓷的製備以純度99％的BaCO3，99.99％的MgO，99％的NiO和99.99％的Nb2O5為起始原料，分別在1300℃保溫4小時合成Ba(Mg1/3Nb2/3)O3粉料，在1100℃保溫2小時合成Ba(Ni1/3Nb2/3)O3粉料，然後，按(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3與xBa(Ni1/3Nb2/3)O3，x＝0.2-0.8的配比，將合成粉料溼磨混合，烘乾後加入濃度為3％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，加入量佔粉末總重量的3-10％，然後，於壓力為150-300Mpa。壓製成型，在溫度1400-1500℃高溫爐中燒成，製成微波介質陶瓷。
所述的微波介質陶瓷製備方法，其燒成時間為2-6小時。
本發明克服Ba(Mg1/3Nb2/3)O3和Ba(Ni1/3Nb2/3)O3介質陶瓷頻率溫度係數偏大的缺點，通過兩者的複合獲得一種近零頻率溫度係數、具有較高品質因子的微波介質陶瓷。
具體實施例方式
本發明採用固相反應法製造Ba(Mg1-x/3Nix/3Nb2/3)O3微波介質陶瓷。
本發明以純度99％的BaCO3，99.99％的MgO，99％的NiO和99.99％的Nb2O5為起始原料，分別按Ba(Mg1/3Nb2/3)O3和Ba(Ni1/3Nb2/3)O3的化學比配料，在無水乙醇中研磨12小時後烘乾，然後分別在1300℃保溫4小時合成Ba(Mg1/3Nb2/3)O3和1100℃保溫2小時合成Ba(Ni1/3Nb2/3)O3粉料。合成的粉料按(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3-xBa(Ni1/3Nb2/3)O3(x＝0.2-0.8)配料，然後再溼磨24小時。烘乾後的物料加入濃度為3％、重量比百分含量為3-10％的PVA水溶液造粒，然後用150-300Mpa的壓力壓製成型，於1400-1500℃燒成2-6小時。製得的微波介質陶瓷，可用於製作微波介質濾波器、諧振器等。
實施例1Ba(Mg1/3Nb2/3)O3的合成取BaCO377.29g、MgO5.26g和Nb2O534.70g在無水乙醇中研磨12小時後烘乾，然後在1300℃保溫4小時合成Ba(Mg1/3Nb2/3)O3實施例2Ba(Ni1/3Nb2/3)O33的合成取BaCO373.97g、NiO9.33g和Nb2O533.21g在無水乙醇中研磨12小時後烘乾，然後在1100℃保溫2小時合成Ba(Ni1/3Nb2/3)O33實施例3-5按表1中比例取Ba(Ni1/3Nb2/3)O3和Ba(Mg1/3Nb2/3)O3粉料，溼磨24小時。烘乾後的物料加入濃度為5％的PVA水溶液5g造粒，然後用200Mpa的壓力壓製成型，於溫度1450℃燒成4小時，製得微波介質陶瓷，其陶瓷在7.5GHz下的介電性能檢測結果見表2
表1 微波介質陶瓷組成
表2 微波介質陶瓷7.5GHz下的介電性能
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。
權利要求
1一種近零頻率溫度係數的微波介質陶瓷，其特徵在於，由氧化物形式的Ba、Mg、Ni和Nb組成其化學式為Ba(Mg1-x/3Nix/3Nb2/3)O3，式中x＝0.2-0.8。
2根據權利要求1所述的介質陶瓷，其特徵在於，其組份摩爾份量比為BaO 100∶MgO6.67-26.67∶NiO 6.67-26.67∶Nb2O56.67-26.67。
3權利要求1所述的微波介質陶瓷製備方法，其特徵在於所述的Ba(Mg1-x/3Nix/3Nb2/3)O3陶瓷的製備以純度99％的BaCO3，99.99％的MgO，99％的NiO和99.99％的Nb2O5為起始原料，分別在1300℃保溫4小時合成Ba(Mg1/3Nb2/3)O3粉料，在1100℃保溫2小時合成Ba(Ni1/3Nb2/3)O3粉料，然後，按(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3與xBa(Ni1/3Nb2/3)O3，，x＝0.2-0.8的配比，將合成粉料溼磨混合，烘乾後加入濃度為3％的聚乙烯醇水溶液，加入量佔粉末總重量的3-10％，然後，於壓力為150-300Mpa，壓製成型，在溫度1400-1500℃高溫爐中燒成，製成微波介質陶瓷。
4根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述的燒成時間為2-6小時。
全文摘要
近零頻率溫度係數的類鈣鈦礦微波介質陶瓷及其製備方法。該陶瓷由氧化物形式的Ba、Mg、Ni和Nb組成，其化學式為Ba(Mg
文檔編號C04B35/01GK1569730SQ20041001309
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月28日 優先權日2004年4月28日
發明者劉韓星, 田中青, 餘洪滔, 歐陽世翕 申請人:武漢理工大學