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一种中介电常数微波介电陶瓷材料及其制备方法.pdf

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  • 文档编号:822933
  • 上传时间:2018-03-14
  • 格式:PDF
  • 页数:7
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201110215706.6

    申请日:

    2011.07.29

    公开号:

    CN102358698A

    公开日:

    2012.02.22

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C04B 35/462申请公布日:20120222|||实质审查的生效IPC(主分类):C04B 35/462申请日:20110729|||公开

    IPC分类号:

    C04B35/462; C04B35/50; C04B35/495; C04B35/622

    主分类号:

    C04B35/462

    申请人:

    桂林电子科技大学

    发明人:

    陈国华; 康晓玲; 狄洁昌; 徐华蕊; 张小文; 杨云

    地址:

    541004 广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号

    优先权:

    专利代理机构:

    桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司 45112

    代理人:

    巢雄辉

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    内容摘要

    本发明公开了一种中介电常数微波介电陶瓷材料及其制备方法,将纯度大于99%的CaCO3、(MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O、TiO2、La2O3和Nb2O5的原始粉末按照化学式Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17,其中0≤x≤4配料;湿式球磨混合12~24h,溶剂为无水乙醇,烘干后在1300℃空气气氛中预烧4~6h,然后在预烧粉末中添加3%聚乙烯醇(PVA)水溶液,混合、烘干,过100目筛造粒后,再在100MPa下压成圆柱状样品,最后在1480~1560℃空气气氛中烧结4h而成。本发明微波介电陶瓷高频介电常数εr达34~72,品质因数Q×f高和小的频率温度系数τf,可广泛用于介电谐振器、滤波器、介电天线等微波器件。

    权利要求书

    1: 一种中介电常数微波介电陶瓷材料的制备方法, 其特征是 : 包括如下步骤 : (1) 将纯度大于 99% 的 CaCO3、 (MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O、 TiO2、 La2O3 和 Nb2O5 的原始粉 末按照化学式 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 0 ≤ x ≤ 4 配料 ; (2) 用无水乙醇湿式球磨混合 12 ~ 24h ; (3) 烘干后在 1300℃ 空气气氛中预烧 4 ~ 6h ; (4) 在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目筛造粒 ; (5) 在 100MPa 下压成圆柱状样品 ; (6) 在 1480 ~ 1560 ℃空气气氛中烧结 4h。
    2: 用权利要求 1 所述的制备方法制备的微波介电陶瓷材料。

    说明书


    一种中介电常数微波介电陶瓷材料及其制备方法

        技术领域 本发明涉及一种介电陶瓷材料, 特别涉及一种中介电常数微波介电陶瓷材料及其 制备方法。
         背景技术 微波一般是指频率介于 300MHz ~ 3000GHz, 波长介于 0.1mm ~ 1m 的电磁波。微 波介电陶瓷是指应用于微波频段 (主要是 UHF、 SHF 频段) 电路中作为介电材料并完成一种 或多种功能的陶瓷。随着微波集成电路的快速发展, 日益需要大量的具有中、 高介电常数、 近零谐振频率温度系数和低介电损耗的微波介电材料用于商业微波领域。 应用于微波频段 的介电陶瓷材料, 应满足如下介电特性的要求 : (1) 高的相对介电常数 εr, 以利于器件的小 型化, 一般要求 εr ≥ 25 ; (2) 高的品质因数 (高 Q×f 值) 或低的介电损耗 tanδ 以降低噪 音, 一般要求 Q×f ≥ 10000GHz; (3) 谐振频率温度系数 τf 尽可能小以保证器件具有良好 的热稳定性, 一般要求 -10ppm/℃≤ τf ≤ +10ppm/℃。然而, 目前绝大多数具有高介电常 数的微波介电陶瓷具有大的正的频率温度系数 τf , 如 CaTiO3 陶瓷的介电性能为 : εr =162, Q×f =12000 GHz, τf =850 ppm/℃。要减小频率温度系数使其近于零的有效方法是利用 负的频率温度系数的化合物来进行补偿或在 B 位上进行替代形成固溶体来改变氧八面体 的扭转程度, 从而减小频率温度系数。 同时要保持有较高的介电常数和品质因数, 以满足微 波介电谐振器、 微波介电天线和滤波器的实用化要求。
         综上所述, 随着微波通讯技术的迅猛发展, 对中介电常数微波介电陶瓷材料的需 求不断增加, 因此开发化学组成和制备工艺简单的新型中介电常数微波陶瓷成为研究的热 点。
         发明内容 本发明的目的在于克服现有微波介电陶瓷频率温度系数大的缺点, 提供一种 具有中介电常数、 高品质因数和小的频率温度系数, 可在≤ 1560 ℃烧结的介电陶瓷材 料及其制备方法。
         本发明的微波介电陶瓷材料由氧化物形式 Ca、 La、 Ti、 Mg 和 Nb 组成, 其化学组成 为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 0 ≤ x ≤ 4。. 微波介电陶瓷材料的制备方法, 包括如下步骤 : (1) 将纯度大于 99% 的 CaCO3、 (MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O、 TiO2、 La2O3 和 Nb2O5 的原始粉 末按照 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17 化学式称量配料, 其中 0 ≤ x ≤ 4 ; (2) 用无水乙醇湿式球磨混合 12 ~ 24h ; (3) 烘干后在 1300℃ 空气气氛中预烧 4 ~ 6h ; (4) 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目筛造粒 ; (5) 在 100MPa 下压成圆柱状样品 ; (6) 在 1480 ~ 1560 ℃空气气氛中烧结 4h。
         本发明制备的微波介电陶瓷材料的性能如下 : εr =34 ~ 72, Q×f =14500 ~ 21280 GHz, τf =+125 ~ -16.7ppm/℃, 可广泛用于不同场合的介电谐振器、 滤波器、 介电天 线等微波器件。
         附图说明 : 图 1 是本发明的 X 射线衍射图谱。图中 (a) 为 Ca4La2Ti5O17 (x=0) 的 XRD 谱 ; 图中 (b) 为 Ca4La2Ti2.5 (Mg1/3Nb2/3)2.5O17(x=2.5) 的 XRD 谱 ; 图中 (c) 为 Ca4La2Ti (Mg1/3Nb2/3)4O17(x=4) 的 XRD 谱。
         图 2 是本发明实施例 4 的 SEM 图。 具体实施方式
         本发明一种中介电常数微波介电陶瓷材料的制备方法, 可通过下列非限定性实施 例得到更加清楚的描述。
         实施例 1 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=0。
         将纯度大于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 的原始粉末按照 Ca4La2Ti5O17 化学式称量 配料 ; 湿式球磨混合 24h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空气气氛中预烧 6h, 然后在预 烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目筛造粒后, 再在 100MPa 下压 成圆柱状样品, 最后在 1540 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的微波介电性能为 : εr =71.8, Q×f =15070GHz, τf =+125ppm/℃。
         实施例 2 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=2。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti3(Mg1/3Nb2/3)2O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 12 h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空气气氛中预烧 5h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1540 ℃空气气氛中烧结 4h。 该 材料的微波介电性能为 : εr =49.2, Q×f =16046GHz, τf =31.5ppm/℃。
         实施例 3 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=4。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti (Mg1/3Nb2/3)4O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 20h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空 气气氛中预烧 4h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目 筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1540 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的 微波介电性能为 : εr =35.3, Q×f =21277GHz, τf =-16.7ppm/℃。
         实施例 4 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=3。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti2 (Mg1/3Nb2/3)3O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 16 h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空 气气氛中预烧 4h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目 筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1540 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的微波介电性能为 : εr =40.5, Q×f =19123GHz, τf =1.6ppm/℃。
         实施例 5 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=2.5。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti2.5 (Mg1/3Nb2/3)2.5O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 12 h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空气气氛中预烧 4h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1520 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料 的微波介电性能为 : εr =44.3, Q×f =15896GHz, τf =17.6ppm/℃。
         实施例 6 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=1。
         将纯度大于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的原始粉末按照 Ca4La2Ti4 (Mg1/3Nb2/3) O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 12 h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空气气氛中预 烧 5h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目筛造粒后, 再 在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1500 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的微波介电性能 为: εr =59.2, Q×f =14592GHz, τf =68.2ppm/℃。
         实施例 7 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=3。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti2 (Mg1/3Nb2/3)3O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 12 h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空 气气氛中预烧 4h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目 筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1480 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的 微波介电性能为 : εr =40.1, Q×f =15157GHz, τf =2.5ppm/℃。
         实施例 8 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=2.5。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti2.5 (Mg1/3Nb2/3)2.5O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 18h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空 气气氛中预烧 4h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目 筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1560 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的 微波介电性能为 : εr =44.3, Q×f =14888GHz, τf =13.2ppm/℃。
         实施例 9 微波介电陶瓷的化学组成式为 Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xO17, 其中 x=4。
         将 纯 度 大 于 99% 的 CaCO3、 TiO2 和 La2O3 Nb2O5 的 原 始 粉 末 按 照 Ca4La2Ti (Mg1/3Nb2/3)4O17 化学式称量配料 ; 湿式球磨混合 16 h, 溶剂为无水乙醇, 烘干后在 1300℃ 空 气气氛中预烧 4h, 然后在预烧粉末中添加 3% 聚乙烯醇 (PVA) 水溶液, 混合、 烘干, 过 100 目 筛造粒后, 再在 100MPa 下压成圆柱状样品, 最后在 1480 ℃空气气氛中烧结 4h。该材料的 微波介电性能为 : εr =34.1, Q×f =16584GHz, τf =-13.8ppm/℃。
         需要指出的是, 按照本发明的技术方案, 上述实施例还可以举出很多, 根据申请人 大量的实验结果证实, 在本发明的权利要求书所提出的范围, 均可以达到本发明的目的。

    关 键  词:
    一种 介电常数 微波 陶瓷材料 及其 制备 方法
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