低損耗高頻介質陶瓷及其製備方法

2023-06-09 16:27:46 3

專利名稱：低損耗高頻介質陶瓷及其製備方法
技術領域：
本發明是關於以成分為特徵的陶瓷組合物及其製備方法，更確切地說，是關於低損耗高頻介質陶瓷及其製備方法。
背景技術：
在現代通訊中，高頻介質元器件是影響通訊質量的關鍵元件之一，而高頻介質瓷料是製備高頻介質器件的關鍵材料。因此高頻材料的製備對通訊行業的發展起著舉足輕重的作用。眾所周知，材料的製備及其性能是對工藝十分敏感的。同樣的材料，以不同的工藝製備而得，其性能可能相去甚遠。因此合理的製備工藝對提高介質材料的介電性能非常重要。
對於高頻介質材料而言，製備工藝十分複雜，不同的系統、不同的用途，工藝要求也會有很大的區別。合理優良的工藝可以進一步提高介質材料的性能。對於高頻介質陶瓷系統，其優良的高頻特性是高頻元器件製造的基礎。
Ag(NbyTa1-y)O3(簡寫為ANT)系統是一種新型的高頻介質系統，有關研究相當少，只是在近些年來ANT系統具有的ε高(ε＞400)，tgδ＜18×10-4的特性逐漸引起了人們的注意。以A.Kania等為首的一些科研工作者對ANT系統進行了一些初步研究。但是其介電性能並不理想，當損耗tgδ＜10×10-4時，系統的電容量溫度係數為較大的負值αε＝-500～-100ppm/℃。
A.Kania和G.E.Kugal等人分別於1986年和1987年對AgNbO3和AgTaO3系統進行了深入研究。ANT介質陶瓷材料有兩種製備方法第一種方法是將Ag2O、Nb2O5和Ta2O5按照實驗配比均勻混合併於特定溫度下進行固相反應合成ANT系統。第二種方法是先將Nb2O5和Ta2O5按照實驗配比預先混合均勻，在1200℃左右預燒製備出前驅體。然後再將Ag2O按比例加入前驅體均勻混合，最後燒製成ANT介質陶瓷。F.Zimmermann等人於2004年在Journal ofEuropean Ceramic Society發表的《可調微波介質Ag(Ta，Nb)O3的研究》中提到其製備的Ag(Nb，Ta)O3系統的介電常數為310，溫度係數可調。
ANT系統在燒結過程中很容易分解，影響系統的電性能，以系統中Nb5+/Ta5+＝1為例，系統的分解反應為
這種分解將引起系統損耗的急劇增加，因此抑止這種分解是製備該瓷料系統降低損耗的關鍵。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種低損耗高頻介質陶瓷及其製備方法。
本發明通過以下技術方案予以實現。
本發明低損耗高頻介質陶瓷，其原料及摩爾百分比為，Ag2O 40-50％，Nb2O510-40％，Ta2O510-40％；外加MnO2重量百分比為1-3％。
本發明低損耗高頻介質陶瓷的製備方法，具體步驟如下①將Nb2O5，Ta2O5分別按摩爾比10-40％及10-40％配料，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨4-6h；出料後於110℃烘乾；於1000-1200℃燒製成熔塊；②在熔塊中加入摩爾比為40-50％的Ag20，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨6-12h；再於800-900℃烘乾製得陶瓷粉體；③在陶瓷粉體中加入重量百分比為1-3％的MnO2，4-6h，於110℃烘乾。
④加入重量百分比為7-9％的石蠟作為黏合劑造粒，壓製成Ф10mm，厚度為1-1.5mm的圓片形生坯，經3.5h升溫至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1050℃-1150℃煅燒，保溫4-8h，製得陶瓷試樣；⑤將所得試樣上下表面塗覆銀漿，經800℃-840℃燒滲製備電極；⑥焊接引線、測試分析後製得高頻介質陶瓷。
所述步驟①預合成先驅體為(NbxTa1-x)2O5，其中X＝0.2-0.8。
所述步驟②的混合物在氧化氣氛下反應生成Ag(NbxTa1-x)O3，其中X＝0.2-0.8。
所述步驟④的煅燒溫度為1050℃。
本發明的有益效果是提供了一種低損耗的高頻介質陶瓷，並改善了系統的介電性能，同時提供了一種採用先驅體法製備低損耗高頻介質陶瓷的方法。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述，但不局限於實施例。本發明以分析純Nb2O5、Ta2O5為原料，採用預合成先驅體方法，先製備出(NbxTa1-x)2O5，其中X＝0.2-0.8，再在先驅體中加入一定比例的分析純Ag2O，讓混合物在氧化氣氛下反應生成Ag(NbxTa1-x)O3，其中X＝0.2-0.8，再按一定比例加入MnO2。
固相反應中，加入的少量非反應物或者可能存在於原料中的雜質常會對反應產生一些特殊的作用。這些物質就是所謂的礦化劑。它們在反應中不與反應物或生成物起化學反應，而是以不同的方式和程序影響著反應的某些環節。關於礦化劑的機理是複雜多樣，可因反應體系的不同而完全不同。但是可以認為礦化劑是以某種方式參與到固相反應過程中去。礦化劑在反應過程中所起的作用大致可以分為①影響晶核的生成速率。②影響結晶速率及晶格機構。③降低體系共熔點，改善液相性質。本實驗中為了改善系統的燒結性能，經過實驗選擇了MnO2為礦化劑，用以改善系統的性能。具體實施例如下。
實施例1稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5，混合球磨4h，於乾燥箱內110℃烘乾，再於1200℃燒製成熔塊。稱取16g Ag2O加入上述熔塊中，球磨6h，烘乾後於800℃製得粉體。再在上述粉體中加入0.4g MnO2，混合球磨4h，烘乾。再加入7％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生坯。於高溫電阻箱內經3.5h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1150℃，保溫4h。將所得試樣上下表面塗覆銀漿，經800℃燒滲製備電極；焊接引線、測試分析後製得高頻介質陶瓷。
實施例2稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5混合球磨4h，於乾燥箱內110℃烘乾，再於1100℃燒製成熔塊。稱取16g Ag2O加入上述熔塊中，球磨8h烘乾後於850℃製得粉體。再在上述粉體中加入0.8g MnO2，混合球磨4h，烘乾。加入7％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生坯。於高溫電阻箱中經3.5h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1130℃，保溫4h。將所得試樣上下表面塗覆銀漿，經820℃燒滲製備電極；焊接引線、測試分析後製得高頻介質陶瓷。
實施例3稱取10g Nb2O5，16g Ta2O5，混合球磨5h，於乾燥箱內110℃烘乾，再於1000℃燒製成熔塊。稱取14g Ag2O加入上述熔塊中，球磨10h烘乾後於900℃製得粉體。再在上述粉體中加入1g MnO2，混合球磨5h，烘乾。加入8％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1.5mm的圓形生坯，於高溫電阻箱中經3.5h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1100℃，保溫6h。將所得試樣上下表面塗覆銀漿，經800℃燒滲製備電極；焊接引線、測試分析後製得高頻介質陶瓷。
實施例4稱取10g Nb2O5，16g Ta2O5，混合球磨6h，於乾燥箱內110℃烘乾，再於1000℃燒製成熔塊。稱取14g Ag2O加入上述熔塊中，球磨12h烘乾後於900℃製得粉體。再在上述粉體中加入1.2g MnO2，混合球磨6h，烘乾。加入9％石蠟，造粒，壓成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生坯，於高溫電阻箱中經3.5h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1050℃，保溫8h。將所得試樣上下表面塗覆銀漿，經840℃燒滲製備電極；焊接引線、測試分析後製得高頻介質陶瓷。
本發明檢測方法如下一、圓片形介質的介電常數的檢測利用HP4278A電容儀測量樣品的電容量C，根據公式(2-1)計算樣品的介電常數。
=14.4CdD2---(2-1)]]>其中C為試樣的電容量，單位為pF。
D為試樣的直徑，單位為cm。
d為試樣的厚度，單位為cm。
二、樣品溫度特性的測試及溫度係數的計算利用WAYNE KEER Multi Bridge 6425測試儀器和GZ-ESPEC MC-710P高低溫循環溫箱相互配合，測量不同溫度下樣品的電容量，完成樣品溫度特性的測試。材料的容量溫度係數按照下式計算c=1C0C1-C0T1-T0106]]>(ppm/℃) (2-2)其中T0-室溫(25℃)T1-測試溫度(85℃)C0—樣品在T0時的電容量(PF)C1-樣品在溫度為T1時的電容量(PF)三、樣品絕緣電阻的測量及材料體電阻率的計算利用ZC36型超高電阻測試儀測量樣品的絕緣電阻，利用下式計算材料的體電阻率ρvv=RiD24d(cm)---(2-3)]]>其中Ri-樣品的絕緣電阻(Ω)
D-樣品的直徑(cm)d-樣品的厚度(cm)四、樣品介電損耗的測量利用HP4278A電容儀測量樣品的介電損耗tgδ(1MHz)。
本發明實施例的檢測結果與現有技術的對比參數詳見表1。
表1

本發明已通過較佳實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明的內容、精神和範圍的情況下對本文所述的技術方案適當變更與組合，來實現本發明。所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、範圍和內容之中。
權利要求
1.一種低損耗高頻介質陶瓷，其特徵在於，其原料及摩爾百分比為，Ag2O 40-50％，Nb2O510-40％，Ta2O510-40％；外加MnO2重量百分比為1-3％。
2.權利要求1的低損耗高頻介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，具有步驟如下①將Nb2O5，Ta2O5分別按摩爾比10-40％及10-40％配料，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨4-6h；出料後於110℃烘乾；再於1000-1200℃燒製成熔塊；②在熔塊中加入摩爾比為40-50％的Ag2O，用料∶去離子水∶磨球＝1∶1∶1.5的比例加入球磨罐，球磨6-12h；再於800-900℃烘乾製得陶瓷粉體；③在陶瓷粉體中加入重量百分比為1-3％的MnO2，球磨4-6h，於110℃烘乾。④加入重量百分比為7-9％的石蠟作為黏合劑造粒，壓製成Φ10mm，厚度為1-1.5mm的圓片形生坯，經3.5h升溫至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1050℃-1150℃煅燒，保溫4-8h，製得陶瓷試樣；⑤將所得試樣上下表面塗覆銀漿，經800℃-840℃燒滲製備電極；⑥焊接引線、測試分析後製得高頻介質陶瓷。
3.根據權利要求2所述的低損耗高頻介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟①預合成先驅體為(NbxTa1-x)2O5，其中X＝0.2-0.8。
4.根據權利要求2所述的低損耗高頻介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟②的混合物在氧化氣氛下反應生成Ag(NbxTa1-x)O3，其中X＝0.2-0.8。
5.根據權利要求2所述的低損耗高頻介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟④的煅燒溫度為1050℃。
全文摘要
本發明公開了一種低損耗高頻介質陶瓷及其製備方法，其原料及摩爾百分比為，Ag
文檔編號H01B3/12GK1792998SQ200510016200
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月21日 優先權日2005年11月21日
發明者李玲霞, 孫曉東, 明翠, 王大鵬, 王洪儒 申請人:天津大學