專利名稱：高頻介電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及在微波頻率使用的介質(zhì)諧振器、濾波器等微波元器件，以及高頻陶瓷電容器或溫度補(bǔ)償電容器的介電陶瓷材料及其制備方法，。
背景技術(shù)：
微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF、SHF頻段)電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛(wèi)星接受器、軍事雷達(dá)等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。
由于微波介質(zhì)諧振器的尺寸與所用材料的介電常數(shù)εr的平方根成反比，εr越大越有利于器件的小型化。在追求高介電常數(shù)εr的同時，還要保證材料品質(zhì)因數(shù)Q值高或介質(zhì)損耗tanδ小和較高熱穩(wěn)定性(諧振頻率的溫度系數(shù)τf盡可能接近零)[1-3]。國際上從20世紀(jì)30年代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)。
根據(jù)相對介電常數(shù)εr的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發(fā)和正在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為3類。
(1)低εr和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5，BaO-ZnO-Ta2O5或BaO-MgO-Nb2O5，BaO-ZnO-Nb2O5系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其εr＝25～30，Q＝(1～3)×104(在f≥10GHz下)，τf≈0。主要應(yīng)用于f≥8GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
(2)中等εr和Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi4O9，Ba2Ti9O20和(Zr、Sn)TiO4等為基的MWDC材料，其εr≈40，Q＝(6～9)×103(在f＝3～4GHz下)，τf≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。
(3)高εr而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8～4GHz頻率范圍內(nèi)民用移動通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點。80年代以來，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO-Ln2O3-TiO2系列(Ln＝La，Sm，Nd，Pr等，簡稱BLT系)、復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列、鉛基系列材料、Ca1-xLn2x/3TiO3系等高εr微波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO-Nd2O3-TiO2材料介電常數(shù)達(dá)到90，鉛基系列(Pb，Ca)ZrO3介電常數(shù)達(dá)到105。但是，一般說來介電常數(shù)大的材料其介電損耗與溫度系數(shù)也較大，不能滿足移動通訊等微波通訊系統(tǒng)的的進(jìn)一步小型化與應(yīng)用頻率高頻化的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類具有低損耗與良好的熱穩(wěn)定性，同時具有高頻介電常數(shù)達(dá)到50～100的介電陶瓷材料及其制備方法。
本發(fā)明的介電陶瓷材料由氧化物形式的Ba、La、Nd、Sm、Bi、Ti、Ta、Nb組成，并以下述組成的相為主相，Ba5-x(LasNdtSmuBiy)xTix(Nb1-pTap)4-xO15式中，0.01x4s+t+u+y＝1本介電陶瓷材料按下述方法制備而成。
首先，將純度為99.9％以上的BaO、La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Bi2O3、TiO2、Nb2O5與Ta2O5的原始粉末按上述的組成范圍內(nèi)配料，濕式球磨混合12～24小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在1280～1420℃大氣氣氛中預(yù)燒2～5小時，然后在預(yù)燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1320～1450℃大氣氣氛中燒結(jié)3～4小時。
本介電陶瓷材料有主相和副相的制備方法是主相先按上述方法制成預(yù)燒主相粉末，同時用副相組成中所含元素的純度99.9％以上的氧化物原始粉末，按設(shè)定的比例配料，濕式球磨混合12～24小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在1280～1420℃大氣氣氛中預(yù)燒3小時，合成副相粉末，然后將主相成份粉末與副相成份粉末按設(shè)定的重量百分比濕式球磨混合12～24小時，溶劑為蒸餾水，烘干后添加粘結(jié)劑并造粒，再壓制成型，最后在1320～1450℃大氣氣氛中燒結(jié)3～4小時。
所述的粘結(jié)劑可采用濃度為5％的聚乙烯醇溶液，劑量一般為占粉末總量的5％～15％。


圖1是組成為Ba4NdTiTa3O15的X射線衍射圖譜具體實施方式
下面通過實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的介電陶瓷材料組成及性能表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的各成分含量的幾個具體實例及其微波介電性能。其制備方法如上所述，性能測試是用粉末X射線衍射法對燒結(jié)后的陶瓷試樣進(jìn)行物相分析，圖1為實施例3的X射線衍射圖譜，而用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評價。
從表1可知，本發(fā)明提供的較高介電常數(shù)介電材料，其介電常數(shù)為50～100，且同時具有低損耗與較小的諧振頻率溫度系數(shù)。利用本發(fā)明提供的較高介電常數(shù)介電材料可使微波器件進(jìn)一步小型化，而且也可應(yīng)用于高頻陶瓷電容器或溫度補(bǔ)償電容器等。因此，本發(fā)明在工業(yè)上有著極大的價值。
具有與Nd，Sm，La，Bi相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Y、Ce、Pr、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu等以及與Ba相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Sr、Ca、Pb等也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的介電陶瓷。
表1


權(quán)利要求
1.一類介電陶瓷材料，其特征是由氧化物形式的Ba、La、Nd、Sm、Bi、Ti、Ta、Nb組成，并以下述組成的相為主相Ba5-x(LasNdtSmuBiy)xTix(Nb1-pTap)4-xO15式中，0.01x4s+t+u+y＝1。
2.權(quán)利要求1所述的的介電陶瓷材料的制備方法，其特征是首先，將純度為99.9％以上的BaO、La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Bi2O3、TiO2、Nb2O5與Ta2O5的原始粉末按權(quán)利要求1所述的組成范圍內(nèi)配料，濕式球磨混合12～24小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在1280～1420℃大氣氣氛中預(yù)燒2～5小時，然后在預(yù)燒粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在1320～1450℃大氣氣氛中燒結(jié)3～4小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類用于微波元器件及高頻陶瓷電容器或溫度補(bǔ)償電容器的介電陶瓷材料，該介電陶瓷材料以Ba
文檔編號C04B35/46GK1433997SQ0311868
公開日2003年8月6日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者方亮, 張輝, 洪學(xué)鹍, 孟范成, 楊俊峰, 袁潤章, 劉韓星 申請人:武漢理工大學(xué)