專利名稱：一種低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及一種Bi基焦綠石結(jié)構(gòu)的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料及其制備。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種電介質(zhì)陶瓷材料的組合物，它燒結(jié)后的相對(duì)介電常數(shù)在25-80之間、低的介電損耗(tanδ＜3×10-4)、溫度系數(shù)可調(diào)(αε＝-300ppm/℃～+60ppm/℃)，除了這些性能以外，它可在相對(duì)低的溫度下(840℃～1060℃)進(jìn)行燒結(jié)。
本發(fā)明第二個(gè)目的是提供一種由電介質(zhì)陶瓷材料的組合物燒結(jié)而形成的介電陶瓷壓塊、由該介電陶瓷壓塊形成的具有優(yōu)良高頻性能的多層陶瓷基材、陶瓷電子元件的疊層陶瓷電子元件。
本發(fā)明第三個(gè)目的是提供上述高頻電介質(zhì)陶瓷材料的制備方法。
本發(fā)明是通過離子取代的方法改進(jìn)現(xiàn)有低溫?zé)Y(jié)電介質(zhì)陶瓷Bi2O3-ZnO-Nb2O5材料系統(tǒng)，拓寬其燒結(jié)溫度范圍，可使介電常數(shù)溫度系數(shù)在-55℃～125℃的范圍內(nèi)變化小于60ppm/℃，并進(jìn)一步降低燒結(jié)溫度(最低可在900℃燒結(jié)成瓷)，使之適應(yīng)高性能低成本MLC大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，該低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(Bi3xZn2-3x)(Znx-y/3Nb2-x-2y/3May)O7和(Bi3xZn2-3x)(ZnxNb2-x-yMby)O7，其中Ma＝Sn4+、Zr4+，Mb＝Sb5+、Ta5+、Mo5+，0.45≤x≤0.67，0≤y≤1.5。
本發(fā)明的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料具體制備步驟是將化學(xué)原料Bi2O3，ZnO，Nb2O5，Sb2O5，SnO2，ZrO2，Ta2O5，MoO3等按配方通式(Bi3xZn2-3x)(Znx-y/3Nb2-x-2y/3May)O7或(Bi3xZn2-3x)(ZnxNb2-x-yMby)O7配制后充分混合磨細(xì)后，過80～120目篩，經(jīng)700℃～800℃預(yù)燒，并保溫2～3小時(shí)，將燒塊粉碎后磨細(xì)過200目篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要制成成品后，在840℃～1060℃燒結(jié)成瓷。
本發(fā)明的高性能低溫?zé)Y(jié)高頻電介質(zhì)陶瓷具有以下特點(diǎn)介電常數(shù)高(ε＝25～80)，介質(zhì)損耗小(tanδ＜3×10-4)，介電常數(shù)溫度系數(shù)覆蓋范圍寬(αε＝-300ppm/℃～+60ppm/℃)，燒結(jié)溫度低(840℃～1060℃)，絕緣電阻大(ρv≥1012Ω·cm)，抗電強(qiáng)度高(Eb≥10KV/mm)，工藝簡單。并且介電常數(shù)溫度系數(shù)在-55℃～125℃的范圍內(nèi)可以根據(jù)材料組成調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合發(fā)明人給出的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
依本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料的結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(Bi3xZn2-3x)(Znx-y/3Nb2-x-2y/3May)O7和(Bi3xZn2-3x)(ZnxNb2-x-yMby)O7，其中Ma＝Sn4+、Zr4+，Mb＝Sb5+、Ta5+、Mo5+，0.45≤x≤0.67，0≤y≤1.5。
本發(fā)明的制備工藝是，將化學(xué)原料Bi2O3，ZnO，Nb2O5，Sb2O5，SnO2，ZrO2，Ta2O5，MoO3等按配方通式(Bi3xZn2-3x)(Znx-y/3Nb2-x-2y/3May)O7或(Bi3xZn2-3x)(ZnxNb2-x-yMby)O7配制后充分混合磨細(xì)后，過80～120目篩，經(jīng)700℃～800℃預(yù)燒，并保溫2～3小時(shí)，將燒塊粉碎后磨細(xì)過200目篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要制成成品后，在840℃～1060℃燒結(jié)成瓷。
本發(fā)明的介電陶瓷復(fù)合材料由于包括了Bi2O3、ZnO、Nb2O5等組成，使得在低溫下燒結(jié)這種介質(zhì)陶瓷復(fù)合材料成為可能。
本發(fā)明根據(jù)焦綠石晶體化學(xué)原理和電介質(zhì)有關(guān)理論，采用離子取代的方法對(duì)現(xiàn)有Bi2O3-ZnO-Nb2O5基陶瓷進(jìn)行改進(jìn)。采用不同電價(jià)的陽離子Sb5+，Sn4+，Zr4+，Ta5+，Mo5+等，部分取代Bi2O3-ZnO-Nb2O5中的Zn2+或Nb5+，研究總結(jié)出取代前后Bi2O3-ZnO-Nb2O5基陶瓷焦綠石結(jié)構(gòu)與介電性能變化的規(guī)律關(guān)系，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)出晶體結(jié)構(gòu)和相組成簡單、介電常數(shù)溫度系數(shù)穩(wěn)定且系列化的Bi2O3-ZnO-Nb2O5基高性能低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料，可以作為多層陶瓷電容器，直流和交流中、高壓多層陶瓷電容器，微波介質(zhì)諧振器，低溫共燒陶瓷系統(tǒng)(LTCC)，微帶濾波器，微波耦合器和微帶天線等的介質(zhì)材料使用。
下面是發(fā)明人給出的實(shí)施例。
該組瓷料的性能達(dá)到如下指標(biāo)介電常數(shù)溫度系數(shù)αε＝-13.5ppm/℃，介電常數(shù)ε＝35，介質(zhì)損耗tanδ＜2×10-4，絕緣電阻率ρv≥1014·cm，抗電強(qiáng)度Eb≥10KV/mm。
該組瓷料的性能達(dá)到如下指標(biāo)介電常數(shù)溫度系數(shù)αε＝-120ppm/℃，介電常數(shù)ε＝65，介質(zhì)損耗tanδ＜3×10-4，絕緣電阻率ρv≥1013Ω·cm，抗電強(qiáng)度Eb≥10KV/mm。
該組瓷料的性能達(dá)到如下指標(biāo)介電常數(shù)溫度系數(shù)αε＝-70ppm/℃，介電常數(shù)ε＝55，介質(zhì)損耗tanδ＜3×10-4，絕緣電阻率ρv≥1012Ω·cm，抗電強(qiáng)度Eb≥10KV/mm。
該組瓷料的性能達(dá)到如下指標(biāo)介電常數(shù)溫度系數(shù)αε＝-290ppm/℃，介電常數(shù)ε＝50，介質(zhì)損耗tanδ＜3×10-4，絕緣電阻率ρv≥1013Ω·cm，抗電強(qiáng)度Eb≥10KV/mm。
需要指出的是，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，上述實(shí)施例還可以舉出許多，根據(jù)申請(qǐng)人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書所提出的范圍，均可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種含有以焦綠石晶體為主晶相的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料，其特征在于，該低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(Bi3xZn2-3x)(Znx-y/3Nb2-x-2y/3May)O7和(Bi3xZn2-3x)(ZnxNb2-x-yMby)O7，其中Ma＝Sn4+、Zr4+，Mb＝Sb5+、Ta5+、Mo5+，0.45≤x≤0.67，0≤y≤1.5。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料，其特征在于，所說的Ma是Sn或Zr的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料，其特征在于，所說的Mb是Sb、Ta或Mo的一種。
4.如權(quán)利要求2或3所述的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料，其特征在于，所述的分子通式中摩爾分?jǐn)?shù)x＝0.5，y＝1.5。
5.按照權(quán)利要求2或3所述的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料，其特征在于，所述的分子通式中摩爾分?jǐn)?shù)x＝0.6，y＝1.4。
6.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行1)將化學(xué)原料Bi2O3，ZnO，Nb2O5，Sb2O5，SnO2，ZrO2，Ta2O5，MoO3等按配方通式(Bi3xZn2-3x)(Znx-y/3Nb2-x-2y/3May)O7或(Bi3xZn2-3x)(ZnxNb2-x-yMby)O7配制；2)將配制后的化學(xué)原料充分混合磨細(xì)后，過80～120目篩；3)經(jīng)700℃～800℃預(yù)燒，并保溫2h～3h，制成燒塊；4)將燒塊粉碎后磨細(xì)過200目篩，即可獲得所需瓷料；5)將瓷料根據(jù)需要制成成品后，在840℃～1060℃燒結(jié)成瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可在低溫下燒結(jié)的高頻介電陶瓷材料，是在Bi基焦綠石陶瓷的基礎(chǔ)上，從材料科學(xué)的角度出發(fā)，依據(jù)焦綠石結(jié)晶化學(xué)原理，通過適量的離子取代而形成的以焦綠石為主晶相的介電陶瓷復(fù)合材料體系。該低溫?zé)Y(jié)高頻介電陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(Bi
文檔編號(hào)C04B35/64GK1431166SQ0311443
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者姚熹, 杜慧玲, 汪宏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)