高介電常數微波介質陶瓷及其製備方法

2023-06-22 13:17:01 1

專利名稱：高介電常數微波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，是關於一種以Ag(Nb1-xTax)O3為基料的陶瓷組合物及其製備方法。
背景技術：
微波介質陶瓷是指在用於微波波段(UHF、SHF頻段)電路中作為介質材料並完成一種或者多種功能的陶瓷。微波介質諧振器廣泛地應用於現代通訊裝置中，因為與傳統的金屬諧振器相比，它具有體積小、重量輕、成本低等優點。隨著科學技術的發展，人們對通訊設備提出了小型、便攜的要求。電子設備小型化的關鍵是有效增加介質材料的介電常數。目前，從實際應用的角度出發，頻率在0.1～1GHz(如移動通訊)內的陶瓷材料的研究有了迅速發展，高介電常數低介電損耗的新型微波材料的研究成為研究的熱點。
近年來，ANT材料系統引起了人們的普遍關注，這是因為與以往微波介質陶瓷體系相比它具有異常高的介電常數(ε＞400)，並且通過調節系統中Nb和Ta的比例可以將系統的容量溫度係數控制在0×10-6℃-1附近，但是該系統的損耗較大，極大地影響了它在實際中的應用，所以對於ANT系統的研究主要集中在如何採取有效措施降低系統的介電損耗。F.Zimmermann等人於2004年在Journal of European Ceramic Society第六期上發表的《可調微波介質Ag(Ta，Nb)O3的研究》中提到其製備的Ag(Ta，Nb)O3系統的介電常數為310，溫度係數可調。

發明內容
本發明的目的是提供一種中溫燒結、1MHz測試頻率下介電常數大於400、介質損耗低於10×10-4的陶瓷電容器介質材料及其製備方法。
本發明通過以下技術方案予以實現。
本發明高介電常數微波介質陶瓷，其原料組分及摩爾百分比含量為，Ag2O 40-60％、Nb2O510-40％、Ta2O510-40％，在此基礎上，外加重量百分比含量為1.0-5.0％的Gd2O3或者1.0-5.0％的Dy2O3。
本發明的製備方法，具有如下步驟(1)按摩爾百分比含量Nb2O510-40％、Ta2O510-40％配料，按原料∶去離子水∶鋯球重量比為1∶1∶1.5的比例球磨3-6小時；(2)將球磨後的原料於110℃～120℃烘乾，再於1100℃～1300℃煅燒，合成前軀體；(3)按摩爾百分比含量Ag2O40-60％、前軀體40-60％二次配料，按原料∶去離子水∶鋯球重量比為1∶1∶1.5的比例球磨3-6小時；粉碎、混合，再次於110℃～120℃烘乾；(4)將烘乾後的原料於930-970℃煅燒，合成熔塊，在此基礎上，加入重量百分比含量為1.0-5.0％的Gd2O3或者1.0-5.0％的Dy2O3；再按原料∶去離子水∶鋯球重量比為1∶1∶1.5的比例球磨6-12小時，粉碎、混合，再次110℃～120℃烘乾，製成陶瓷原粉；(5)在陶瓷原粉中加入重量比為5-6％的石蠟作為粘合劑造粒，經120-380Mpa單軸模壓成生坯；(6)將生坯於1110-1150℃燒結，保溫2-6小時，製成高介電常數微波介質陶瓷。
(7)將所得樣品上下表面塗覆銀漿，經800℃-840℃燒滲製備電極；(8)焊接引線後製得高頻介質陶瓷電容器。
步驟(2)的煅燒時間為3-5小時。
步驟(4)合成熔塊的煅燒時間為10-12小時。
步驟(6)的燒結過程是經2-3h升溫至550℃，再經2-3h升溫至1110-1150℃。
本發明通過添加稀土氧化物可有效地減小瓷料的ANT系陶瓷材料的介電損耗，同時可顯著提高瓷料的介電常數。本發明的ANT系陶瓷材料燒結溫度低(1110-1150℃)，並具有高介電常數(ε＞400)、低損耗(tgδ＜10×10-4)的優良性能，具有廣闊的應用發展前景。此外，本發明的製備工藝簡單、製備過程無汙染。
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。
本發明以分析純的Nb2O5、Ta2O5為原料，採用預合成前驅體(NbxTa1-x)O3(x＝0.2-0.8)，再在前驅體中加入一定比例的分析純Ag2O，混合物在氧化氣氛下反應生成ANT，再按一定比例添加Gd2O3或者Dy2O3。
本發明具體實施例如下，但不局限於實施例。
實施例1稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5混合球磨3h，於乾燥箱內110℃烘乾，再於1100℃經3h燒製成熔塊。稱取16gAg2O加入上述熔塊中，球磨5h後於930℃煅燒製得粉體，在此基礎上，加入重量百分比含量為1.0％的Gd2O3，球磨6h後烘乾。加入5％石蠟造粒，壓製成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生胚，於高溫電阻箱中經3h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1110℃，保溫2h。所得樣品上下表面塗覆銀漿，經820℃燒滲製備電極；焊接引線後製得高介微波陶瓷電容器。
實施例2稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5混合球磨5h，於乾燥箱內110℃烘乾，再於1150℃經3h燒製成熔塊。稱取16gAg2O加入上述熔塊中，球磨3h後於950℃煅燒製得粉體，在此基礎上，加入重量百分比含量為4.0％的Gd2O3，球磨8h後烘乾。加入5％石蠟造粒，壓製成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生胚，於高溫電阻箱中經3h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1140℃，保溫6h。所得樣品上下表面塗覆銀漿，經840℃燒滲製備電極；焊接引線後製得高介微波陶瓷電容器。
實施例3稱取10g Nb2O5，16g Ta2O5混合球磨4h，於乾燥箱內120℃烘乾，再於1200℃經4h燒製成熔塊。稱取14gAg2O加入上述熔塊中，球磨4h後於960℃煅燒製得粉體，在此基礎上，加入重量百分比含量為5.0％的Gd2O3；球磨10h後烘乾。加入5％石蠟造粒，壓製成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生胚，於高溫電阻箱中經3h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1140℃，保溫2h。所得樣品上下表面塗覆銀漿，經840℃燒滲製備電極；焊接引線後製得高介微波陶瓷電容器。
實施例4稱取10g Nb2O5，16g Ta2O5混合球磨6h，於乾燥箱內120℃烘乾，再於1300℃經5h燒製成熔塊。稱取14gAg2O加入上述熔塊中，球磨6h後於930℃煅燒製得粉體，在此基礎上，加入重量百分比含量為1.0％Dy2O3；球磨6h後烘乾。加入6％石蠟造粒，壓製成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生胚，於高溫電阻箱中經3h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1150℃，保溫4h。所得樣品上、下表面塗覆銀漿，經820℃燒滲製備電極；焊接引線後製得高介微波陶瓷電容器。
實施例5稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5混合球磨4h，於乾燥箱內120℃烘乾，再於1150℃經6h燒製成熔塊。稱取16gAg2O加入上述熔塊中，球磨5h後於940℃煅燒製得粉體，在此基礎上，加入重量百分比含量為3.5％Dy2O3；球磨12h後烘乾。加入5％石蠟造粒，壓製成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生胚，於高溫電阻箱中經3h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1150℃，保溫2h。所得樣品上下表面塗覆銀漿，經840℃燒滲製備電極；焊接引線後製得高介微波陶瓷電容器。
實施例6稱取12g Nb2O5，12g Ta2O5混合球磨5h，於乾燥箱內120℃烘乾，再於1200℃經3h燒製成熔塊。稱取15gAg2O加入上述熔塊中，球磨3h後於960℃煅燒製得粉體，在此基礎上，加入重量百分比含量為5.0％Dy2O3；球磨8h後烘乾。加入6％石蠟造粒，壓製成直徑為10mm、厚度為1mm的圓形生胚，於高溫電阻箱中經3h升至550℃進行排蠟，再經2h升溫至1130℃，保溫6h。所得樣品上下表面塗覆銀漿，經820℃燒滲製備電極；焊接引線後製得高介微波陶瓷電容器。
本發明測試方法如下一、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(1)計算樣品的介電常數。
=14.4CdD2---(1)]]>其中C為試樣的電容量，單位是pF。
D為試樣的直徑，單位為cm。
d為試樣的厚度，單位為cm。
二、樣品絕緣電阻率的測量利用ZC36型超高電阻儀測量楊品德絕緣電阻，利用下式計算材料的體電阻率ρvv=RiD24d(cm)---(2)]]>其中Ri為樣品的絕緣電阻，單位為Ω。
D為試樣的直徑，單位為cm。
d為試樣的厚度，單位為cm。
三、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)。
本發明實施例的測試結果與現有技術對比數據如下表1。
表1

由表1的測試結果可以看出，本發明的多種性能指標全部優於現有技術，並且製備工藝簡單、製備過程無汙染。
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
1.一種高介電常數微波介質陶瓷，其特徵在於，其原料組分及摩爾百分比含量為，Ag2O40-60％、Nb2O510-40％、Ta2O510-40％，在此基礎上，外加重量百分比含量為1.0-5.0％的Gd2O3或者1.0-5.0％的Dy2O3。
2.權利要求1的高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，具有如下步驟(1)按摩爾百分比含量Nb2O510-40％、Ta2O510-40％配料，按原料∶去離子水∶鋯球重量比為1∶1∶1.5的比例球磨3-6小時；(2)將球磨後的原料於110℃～120℃烘乾，再於1100℃～1300℃煅燒，合成前軀體；(3)按摩爾百分比含量Ag2O40-60％、前軀體40-60％二次配料，按原料∶去離子水∶鋯球重量比為1∶1∶1.5的比例球磨3-6小時；粉碎、混合，再次於110℃～120℃烘乾；(4)將烘乾後的原料於930-970℃煅燒，合成熔塊，在此基礎上，加入重量百分比含量為1.0-5.0％的Gd2O3或者1.0-5.0％的Dy2O3；再按原料∶去離子水∶鋯球重量比為1∶1∶1.5的比例球磨6-12小時，粉碎、混合，再次110℃～120℃烘乾，製成陶瓷原粉；(5)在陶瓷原粉中加入重量比為5-6％的石蠟作為粘合劑造粒，經120-380Mpa單軸模壓成生坯；(6)將生坯於1110-1150℃燒結，保溫2-6小時，製成高介電常數微波介質陶瓷。(7)將所得樣品上下表面塗覆銀漿，經800℃-840℃燒滲製備電極；(8)焊接引線後製得高頻介質陶瓷電容器。
3.根據權利要求2所述高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，步驟(2)的煅燒時間為3-5小時。
4.根據權利要求2所述高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，步驟(4)合成熔塊的煅燒時間為10-12小時。
5.根據權利要求2所述高介電常數微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，步驟(6)的燒結過程是經2-3h升溫至550℃，再經2-3h升溫至1110-1150℃。
全文摘要
本發明公開了一種微波介質陶瓷及其製備方法，原料組分及摩爾百分比含量為，Ag
文檔編號C04B35/01GK1975939SQ20061012984
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月4日 優先權日2006年12月4日
發明者李玲霞, 趙晶, 郭銳, 王洪茹 申請人:天津大學