專利名稱：高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容器瓷料，特別涉及一種高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料及其制備方法。
背景技術(shù)：
高頻電容器陶瓷的性能特點相對于裝置瓷而言，高頻電容器瓷介電常數(shù)較高、介電損耗較小。這類陶瓷比裝置瓷具有更小的介質(zhì)損耗，主要是避免電容器在電路中引起傳輸信號的衰減和由于介質(zhì)損耗發(fā)熱引起的升溫而破壞整機的正常工作。所以用于高頻和超高頻情況下的陶瓷介質(zhì)它們的損耗角正切值tgδ一般小于10×10-4。用于高頻、高電場、高功率的情況下，陶瓷介質(zhì)損耗應(yīng)更小。另外，這類介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)的可調(diào)范圍很寬。在振蕩回路中使用的電容器，往往通過電容器的介電常數(shù)溫度系數(shù)來補償電路中其它元件的溫度系數(shù)。為了滿足不同場合的使用要求，高頻電容器陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)范圍很寬，且要求系列化。
高頻電容器瓷可以按照介電常數(shù)的溫度系數(shù)或瓷料的化學礦物組成進行分類。若按照介電常數(shù)的溫度系數(shù)可分為兩大類一類是高頻熱補償電容器陶瓷，其陶瓷材料具有較大介電常數(shù)溫度系數(shù)。這類陶瓷通常使用在振蕩回路，以補償回路電感元件的正溫度系數(shù)。使回路的諧振頻率保持不變或變化很小。組成振蕩回路的電路盡管可能會很復(fù)雜，但總是由電感和電容構(gòu)成。一般來說，回路中電感線圈具有正的電感溫度系數(shù)。因此為了保持振蕩回路的頻率不隨溫度的變化而發(fā)生漂移，就必須選用具有適當?shù)呢摐囟认禂?shù)的電容器來進行補償。因此負αε陶瓷材料制作成的電容器稱為熱補償電容器。這類瓷料的介電常數(shù)大、性能穩(wěn)定，主要有金紅石、鈦酸鈣等。
另一類是高頻熱穩(wěn)定電容器陶瓷。這類陶瓷的介電常數(shù)的溫度系數(shù)的絕對值很小或接近于零，可以將這種瓷料制成高穩(wěn)定電容器，用在精密電子儀器和設(shè)備中。其中屬于這類瓷料的有鈦酸鎂瓷、錫酸鈣瓷等，其中以鈦酸鎂為基礎(chǔ)的陶瓷材料是我國產(chǎn)量最大的高頻熱穩(wěn)定電容器。其溫度系數(shù)的絕對值較小，可以調(diào)節(jié)在零附近。但其介電系數(shù)較小，只有14左右。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種溫度系數(shù)接近于零的介質(zhì)陶瓷材料。并且這種瓷料同時具有較高的介電常數(shù)和較小的損耗。
本發(fā)明的目的是提供了一種高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料。
本發(fā)明的另一目的是提供了一種高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料的制備方法。
所述的高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料，由下列組分制成(摩爾百分比)ZnO 30-45％
MgO 5-20％TiO250-60％優(yōu)選含量范圍為ZnO 35-40％MgO 10-15％TiO250-55％最佳值為ZnO 38％MgO 12％TiO250％所述的高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料的制備方法，包括如下步驟(1)以ZnO、MgO、TiO2為原料，按預(yù)定的比例配料，一次球磨240分鐘；(2)在800-900℃預(yù)燒合成200-300分鐘，形成熔塊；(3)將熔塊研磨后二次球磨12小時；(4)加入7-8％粘合劑造粒、干壓成型；(5)最后在1000-1100℃燒結(jié)。
所述的ZnO、MgO、TiO2均為分析純，方法中的粘合劑可選用酚醛清漆、聚乙烯醇水溶液、石蠟。
本發(fā)明制成的陶瓷材料的主晶相為ZnTiO3，但是其容易分解，加入MgO，是因為MgTiO3和ZnTiO3具有相似的鈦鐵礦晶體結(jié)構(gòu)，MgTiO3六方相易生成且穩(wěn)定，此外Mg2+(0.072nm)相對Zn2+(0.075nm)較小的離子半徑使其很容易取代鋅位，因此(Zn，Mg)TiO3固溶體很容易生成，六方相得到了穩(wěn)定。
本發(fā)明涉及到的反應(yīng)式為
其中ZnTiO3的介電常數(shù)為29，MgTiO3的介電常數(shù)為17，因此隨著鎂含量的增加，介電常數(shù)下降。但ZnTiO3在高頻1MHz下具有負的電容量溫度系數(shù)-55×10-6/℃，而MgTiO3具有正的電容量溫度系數(shù)+70×10-6/℃，當MgO的含量逐漸增加時，根據(jù)溫度系數(shù)的補償特性，樣品的電容量溫度系數(shù)從-79×10-6/℃向零值移動，當MgO＝19mol％時，αc＝0×10-6/℃，隨后向正值發(fā)展到125.79×10-6/℃。同時MgO的添加防止偏鈦酸鋅ZnTiO3在高溫時分解成鈦酸鋅Zn2TiO4和金紅石，可降低系統(tǒng)的損耗。最后的煅燒溫度要在范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致片子不熟，吸藍。同時球磨時間一定要充足，有利于降低系統(tǒng)的損耗。
采用上述配方制成的圓片電容器的陶瓷材料在1MHz下的介電性能為介電常數(shù)ε達到20-30，介電損耗tanδ≤2.8×10-4，電容量溫度系數(shù)αc＝0±30×10-6/℃。
本發(fā)明介質(zhì)陶瓷材料具有損耗低，溫度系數(shù)小，介電常數(shù)高等優(yōu)點，并且燒結(jié)溫度低。可用于做成各類高性能器件，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星電視、雷達、移動通訊、電子計算機及現(xiàn)代醫(yī)學等眾多領(lǐng)域。該材料是介質(zhì)諧振器、濾波器、振蕩器、移相器等元器件的關(guān)鍵材料。


圖1電容量溫度系數(shù)隨MgO摩爾含量的變化。
具體實施例方式
實施例1先將ZnO 12g，MgO 3.5g，TiO222g按摩爾比混合球磨240分鐘，在800℃合成200分鐘，再二次球磨12小時，加入7％石蠟造粒，每片稱取0.6克壓片，壓力為6Mpa，直徑為15mm，最后進行燒結(jié)。燒結(jié)制度為200分鐘到550℃，再經(jīng)過100分鐘到1000℃，并保溫120分鐘。
實施例2先將ZnO 13g，MgO 3.2g，TiO224g按摩爾比混合球磨240分鐘，在900℃合成200分鐘，再二次球磨12小時，加入7％聚乙烯醇水溶液造粒，每片稱取0.6克壓片，壓力為6Mpa，直徑為15mm，最后進行燒結(jié)。燒結(jié)制度為200分鐘到550℃，再經(jīng)過100分鐘到1060℃，并保溫120分鐘。
實施例3先將ZnO 14g，MgO 3g，TiO222g按摩爾比混合球磨240分鐘，在800℃合成200分鐘，再二次球磨12小時，加入7％酚醛清漆造粒，每片稱取0.6克壓片，壓力為6Mpa，直徑為15mm，最后進行燒結(jié)。燒結(jié)制度為200分鐘到550℃，再經(jīng)過100分鐘到1080℃，并保溫120分鐘。
實施例4先將ZnO 15g，MgO 2.8g，TiO222g按摩爾比混合球磨240分鐘，在900℃合成200分鐘，再二次球磨12小時，加入7％石蠟造粒，每片稱取0.6克壓片，壓力為6Mpa，直徑為15mm，最后進行燒結(jié)。燒結(jié)制度為200分鐘到550℃，再經(jīng)過100分鐘到1080℃，并保溫120分鐘。
實施例5先將ZnO 16g，MgO 2g，TiO222g按摩爾比混合球磨240分鐘，在900℃合成200分鐘，再二次球磨12小時，加入7％石蠟造粒，每片稱取0.6克壓片，壓力為6Mpa，直徑為15mm，最后進行燒結(jié)。燒結(jié)制度為200分鐘到550℃，再經(jīng)過100分鐘到1100℃，并保溫120分鐘。
將實施例1-5所制瓷料進行下列電性能測試1.采用HEWLETT PACKARD 4278A測量電容器的電容量C和介電損耗tanδ(測試頻率為1MHZ)，并通過下面的公式計算介電常數(shù)εϵ=14.4×C×dD2]]>其中C為圓片電容器的電容量，單位為pF；d為圓片電容器的介質(zhì)厚度，單位為cm；D為圓片電容器的介質(zhì)直徑，單位為cm。
d和D均由電子螺旋測微器測出，并取平均值。
2.用GZ-ESPEC MC-710P型高低溫箱、YY2815 Precision Component Analyzer及HM27002型C-T參數(shù)測試儀測量不同溫度下的電容量，從而求出電容器的電容量溫度系數(shù)αc(測試頻率為100KHZ)，其計算公式如下αc=C2-C160×C1]]>其中C1為25℃時的電容量C2為85℃時的電容量所得結(jié)果列表如下表一瓷料組成及其介電性能

權(quán)利要求
1.一種高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料，其特征是由下列組分制成(摩爾百分比)ZnO 30-45％MgO 5-20％TiO250-60％
2.如權(quán)利要求1所述的高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料，其特征是所述各組分的摩爾百分含量為ZnO 35-40％MgO 10-15％TiO250-55％
3.如權(quán)利要求2所述的高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料，其特征是所述各組分的摩爾百分含量為ZnO 38％MgO 12％TiO250％
4.一種如權(quán)利要求1-3之一所述的高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料的制備方法，包括如下步驟(1)以ZnO、MgO、TiO2為原料，按預(yù)定的比例配料，一次球磨240分鐘；(2)在800-900℃預(yù)燒合成200-300分鐘，形成熔塊；(3)將熔塊研磨后二次球磨12小時；(4)加入7-8％粘合劑造粒、干壓成型；(5)最后在1000-1100℃燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高頻熱穩(wěn)定電容器瓷料及其制備方法。本瓷料的主晶相為ZnTiO
文檔編號C04B35/46GK1761004SQ20051001612
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者李玲霞, 孫曉東, 明翠, 王大鵬, 王洪儒 申請人:天津大學