低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，該微波介質(zhì)陶瓷由90%～97.5%的(1-x)(Li1/2Nd1/2)TiO3-xCaTiO3與2.5%～10%的Bi4B2O9組成，其中0.2≤x≤0.8。制備方法包括以下步驟：（1）將Li2CO3、Nd2O3、TiO2和CaO或CaCO3混合制備(1-x)(Li1/2Nd1/2)TiO3-xCaTiO3粉體；（2）將Bi2O3與B2O3或H3BO3混合制備Bi4B2O9粉體；（3）前述二種粉體混合制備低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷具有高介電常數(shù)和接近零的諧振頻率溫度系數(shù)，制備方法工藝簡單、成本低廉。
【專利說明】低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制備領域，具體涉及一種低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微波介質(zhì)陶瓷材料的應用與其介電常數(shù)有關，通常情況下，ε /20的低介電常數(shù)陶瓷多用于介質(zhì)基板、天線以及高端或高頻微波元件，20 ≤εr≤70的中介電常數(shù)陶瓷主要應用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)和移動通信基站，ε r>70的高介電常數(shù)陶瓷則多用于移動電話中的微波介質(zhì)諧振器、軍用雷達和GPS系統(tǒng)等。
[0003]微波介質(zhì)陶瓷材料的介電常數(shù)越高，微波電路與器件的尺寸可以做得越小，這正是微波終端設備得以小型化的關鍵。此外，大量的實踐經(jīng)驗表明，微波介質(zhì)陶瓷材料的介電常數(shù)越高，其損耗也越大。常見的微波介質(zhì)陶瓷材料大多具有燒結溫度高的固有缺點，極大地限制了其在微波電路與器件中的應用，在現(xiàn)有研究中，將固有燒結溫度高的微波介質(zhì)陶瓷材料用中溫或低溫燒結多是以犧牲材料性能為代價的。因此，研究具有高介電常數(shù)、低損耗的中低溫燒結微波介質(zhì)陶瓷材料對其在微波電路與器件中的應用具有重要作用。
[0004]目前已知的具有高介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料并不多，尤其是介電常數(shù)超過100的微波介質(zhì)陶瓷更是相對匱乏，因而對高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料的研究是近年來國內(nèi)外在微波介質(zhì)材料研究方面的一個熱點方向。CaTiO3是一類具有高介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷材料，其介電常數(shù)為170，但是其溫度系數(shù)高達744ppm/°C。通過將CaTiO3與一類具有負諧振頻率溫度系數(shù)的陶瓷(Li1/2Nd1/2)Ti03進行復合可以得到(Li 1/2Nd1/2)TiO3-CaTiO3陶瓷，使諧振頻率溫度系數(shù)被調(diào)整到一個較小的數(shù)值，但是仍不能被調(diào)整至零。因此，需要尋找新的方法使(Li1/2Nd1/2)TiO3-CaTiO3陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗在不顯著惡化的情況下，降低其諧振頻率溫度系數(shù)到零附近，并適當降低其燒結溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可用低溫燒結、具有高介電常數(shù)和接近零的諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷，還提供一種工藝簡單、成本低廉的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為一種低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，所述微波介質(zhì)陶瓷由(1-x) (Lil72Ndl72)TiO3-XCaTiO3與Bi4B2O9組成，其中0.2≤X≤0.8 ;所述微波介質(zhì)陶瓷中(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為90%~97.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為2.5%~10%。
[0007]上述微波介質(zhì)陶瓷的燒結溫度優(yōu)選1200°C~1350°C，介電常數(shù)為114~129，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2400GHz~2890GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為_61ppm/°C~+25ppm/°C。
[0008]作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了一種低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:[0009](I)將 Li2C03、Nd203、TiOjPCaO 或 CaCO3 按照(1-x): (1-χ): 4: 4χ 的摩爾比進行混合，其中0.2 < X < 0.8，所得混合物經(jīng)球磨、烘干和過篩后得到混合粉料，將混合粉料升溫至900°C~1150°C并保溫2h~6h (即預燒)，得到基體陶瓷粉體，基本合成了本發(fā)明中的主晶相；基體陶瓷粉體經(jīng)球磨、烘干和過篩后，得到(1-x) (Li1/2Nd1/2)Ti03-xCaTi0$v體；
[0010](2)將Bi2O3與B203、或者Bi2O3與H3BO3按照Bi4B2O9的化學計量比(即各元素的摩爾比)混合，然后球磨、烘干，得到復合粉體，將復合粉體在500°C~600°C下燒結2h~8h，得到Bi4B2O9粉體；
[0011](3)將(1-X) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Li1/2Nd1/2) TiO3-XCaTiO3粉體的質(zhì)量分數(shù)為90%~97.5%，Bi4B2O9粉體的質(zhì)量分數(shù)為2.5%~10%，所得混合粉體經(jīng)球磨、烘干和造粒后，得到陶瓷粉末團聚體，該陶瓷粉末團聚體有良好的流動性；將陶瓷粉末團聚體壓制成坯體，然后在400°C~500°C下進行排膠，排膠后再于1200°C~1350°C下燒結4h~8h，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0012]上述的方法中，所述球磨的時間均優(yōu)選4h~8h，球磨介質(zhì)優(yōu)選氧化鋯球和去離子水、或者氧化鋯球和異丙醇。
[0013]上述的方法中，所述過篩優(yōu)選過100目篩。
[0014]上述的方法中，步驟(3)所述造粒過程中所用粘接劑優(yōu)選聚乙烯醇溶液。
[0015]上述的方法中，步驟(3)中所述坯體的形狀優(yōu)選圓柱形，坯體的直徑優(yōu)選6mm~IOmm,厚度優(yōu)選3mm~5mm, —般采用粉末壓片機進行壓制,還體的成型壓力優(yōu)選60MPa~160MPa。
[0016]上述的方法中，所述Li2C03、Nd203、Ca0、CaC03、Ti02、Bi203、B203 和 H3BO3 的純度優(yōu)選大于99.9%ο
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0018](I)本發(fā)明方法制備的微波介質(zhì)陶瓷從低溫燒結的角度出發(fā)，同時考慮材料的微波介電性能，在(1-x) (Lil72Ndl72)TiO3-XCaTiO3 (0.2 ^ x ^ 0.8)體系中通過摻雜少量的低熔點化合物Bi4B2O9,使本發(fā)明微波介質(zhì)陶瓷的燒結溫度成功降至1200°C~1350°C，并保持了優(yōu)異的微波性能，既具有相當高的介電常數(shù)，又有接近于零的諧振頻率溫度系數(shù)。
[0019](2)本發(fā)明微波介質(zhì)陶瓷的化學組成和制備工藝均比較簡單，成本低廉，可廣泛用于微波天線、介質(zhì)諧振器、濾波器等微波器件的制造。
【具體實施方式】
[0020]以下結合具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0021]實施例1:
[0022]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為97.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為2.5% ;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為124，品質(zhì)因數(shù)Qf0為2400GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為25ppm/°C。
[0023]一種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0024](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 1:1:1: 5 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率(一般優(yōu)選5°C /min~10°C /min,下同)升溫至1100°C保溫2h(即預燒)，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h后，經(jīng)烘干、研磨、過100目篩，得到(1-x) (Lil72Ndl72)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)粉體;
[0025](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min (一般優(yōu)選5°C /min~10°C /min，下同)，得到低熔點化合物Bi4B2O9 粉體；
[0026](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為97.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為2.5%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成C>8mmX4mm的圓柱形還體,成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后升溫至1200°C燒結4h，升溫速率為5°C /min (一般優(yōu)選5°C /min~10°C /min，下同)，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0027]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:介電常數(shù)ε =124,品質(zhì)因數(shù)QfQ=2400GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=25ppm/°C。
[0028]實施例2:
[0029]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為96%，Bi4B209的質(zhì)量分數(shù)為4%;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為127，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2710GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-4.5ppm/°C。
[0030]一種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0031](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 1:1:1: 5 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1000°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.2)粉體；
[0032](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0033](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(l_x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為96%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為4%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ8_Χ4_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體于450°C下排膠lh，然后升溫至1200°C下燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0034]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε r=127, Qf0=2710GHz,τ f=-4.5ppm/°C。
[0035]實施例3:
[0036]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為95%，Bi4B209的質(zhì)量分數(shù)為5%;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為129，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2890GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-30ppm/°C。
[0037]—種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0038](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 1:1:1: 5 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1100°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.2)粉體；
[0039](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0040](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(l_x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為95%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為5%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ8_Χ4_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體于450°C下排膠lh，然后升溫至1200°C燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0041]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε =129, Qf0=2890GHz,τ f=-30ppm/°C。
[0042]實施例4:
[0043]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為92.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為7.5% ;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為122，品質(zhì)因數(shù)Qf0為2680GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-50.4ppm/°C。
[0044]一種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0045](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 1:1:1: 5 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨4h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1050°C預燒4h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨4h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.2)粉體；
[0046](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體； [0047](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為92.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為7.5%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成C>8mmX4mm的圓柱形還體,成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后升溫至1200°C燒結4h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0048]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε r=122, Qf0=2680GHz,τ f=-50.4ppm/°C。
[0049]實施例5:
[0050]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為96%，Bi4B209的質(zhì)量分數(shù)為4%;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為127，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2760GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-5.6ppm/°C。
[0051]一種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0052](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 1:1:1: 5 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨8h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1100°C預燒6h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨6h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.2)粉體；
[0053](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體；
[0054](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(l_x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為96%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為4%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ8_Χ4_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體于450°C下排膠lh，然后升溫至1200°C燒結8h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0055]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε r=127, Qf0=2760GHz,τ f=_5.6ppm/°C。
[0056]實施例6:
[0057]—種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.2)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為96%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為4% ;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為124，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2570GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-8.4ppm/°C。
[0058]一種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0059](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 1:1:1: 5 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨8h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1000°C預燒6h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨6h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.2)粉體；
[0060](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min ,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體。
[0061](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為96%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為4%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ8_Χ4_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體于450°C下排膠lh，然后升溫至1250°C燒結8h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0062]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε r=124, Qf0=2570GHz,τ f=-8.4ppm/°C。
[0063]實施例7:
[0064]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.25)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為92.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為7.5% ;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為116，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2740GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為7.3ppm/°C。
[0065]一種上述本實施例的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0066](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2CO3' Nd2O3' CaO 和 TiO2 按照 3: 3: 4: 16 的
摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨8h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1100°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨6h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.25)粉體；
[0067](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨4h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體。
[0068](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為92.5%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為7.5%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成C>8mmX4mm的圓柱形還體,成型壓力為80MPa,將所得還體于450°C下排膠Ih,然后升溫至1200°C燒結8h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
[0069]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε r=116, Qf0=2740GHz,τ f=7.3ppm/°C。
[0070]實施例8:
[0071]一種本發(fā)明的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，該微波介質(zhì)陶瓷由(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (x=0.25)與 Bi4B2O9 組成，其中(l-χ) (Li1/2Nd1/2) TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為90%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為10% ;該微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為114，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2840GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-7.8ppm/°C。
[0072]—種上述本實施例的低 溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0073](I)首先將純度大于 99.9% 的 Li2C03、Nd203、CaO 和 TiO2 按照 3: 3: 4: 16 的摩爾比進行混合，將所得混合物置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，對混合物球磨8h后將其置于干燥箱中烘干并過100目篩，得到混合均勻的混合粉料，將混合粉料以5°C /min的升溫速率升溫至1100°C預燒2h，得到基體陶瓷粉體；將基體陶瓷粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和去離子水，對基體陶瓷粉體球磨6h后，經(jīng)烘干、研磨、過 100 目篩，得到(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 (χ=0.25)粉體；
[0074](2)將純度大于99.9%的Bi2O3與B2O3按照2: I的摩爾比混合并置于球磨罐中，向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇，球磨8h后烘干得復合粉體，將復合粉體升溫至580°C燒結4h，升溫速率為5°C /min,得到低熔點化合物Bi4B2O9粉體。
[0075](3)將(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Lil72Ndl72) TiO3-XCaTiO3的質(zhì)量分數(shù)為90%，Bi4B2O9的質(zhì)量分數(shù)為10%，將所得混合粉體置于球磨罐中，并向球磨罐中加入氧化鋯球和異丙醇,對混合粉體球磨4h后將其置于干燥箱內(nèi)烘干，然后造粒，以質(zhì)量分數(shù)5%的聚乙烯醇溶液為粘接劑，聚乙烯醇溶液以質(zhì)量比為2: I的水和乙醇作為混合溶劑，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成Φ8_Χ4_的圓柱形坯體，成型壓力為80MPa，將所得坯體于450°C下排膠lh，然后升溫至1200°C燒結8h，升溫速率為5°C /min，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。[0076]經(jīng)檢測，上述工藝制備的微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能為:ε r=114, Qf0=2840GHz,τ f=-7.8ppm/°C。
[0077]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應該指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述微波介質(zhì)陶瓷由(1-x) (Li 1/2Nd1/2)TiO3-XCaTiO3與Bi4B2O9組成，其中0.2≤x≤0.8 ;所述微波介質(zhì)陶瓷中(1-x) (Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 的質(zhì)量分數(shù)為 90% ~97.5%，Bi4B2O9 的質(zhì)量分數(shù)為 2.5% ~10%。
2.根據(jù)權利要求1所述的低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，所述微波介質(zhì)陶瓷的燒結溫度為1200°C~1350°C，介電常數(shù)為114~129，品質(zhì)因數(shù)Qftl為2400GHz ~2890GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為 _61ppm/°C ~+25ppm/°C。
3.—種低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，包括以下步驟: (1)將1^20)3、制203、1102和〇&0或〇&0)3按照(1-叉):(1-x): 4: 4x的摩爾比進行混合，其中0.2 < X < 0.8，所得混合物經(jīng)球磨、烘干和過篩后得到混合粉料，將混合粉料升溫至900°C~1150°C并保溫2h~6h，得到基體陶瓷粉體，基體陶瓷粉體經(jīng)球磨、烘干和過篩后，得到 (1-x) (Li1/2Nd1/2) TiO3-XCaTiO3 粉體； (2)將Bi2O3與BA、或者Bi2O3與H3BO3按照Bi4B2O9的化學計量比混合，然后球磨、烘干，得到復合粉體，將復合粉體在500°C~600°C下燒結2h~8h，得到Bi4B2O9粉體； (3)將(1-x)(Lil72Nd1Z2)TiO3-XCaTiO3 粉體與 Bi4B2O9 粉體進行混合，其中(1-χ)(Li1/2Nd1/2) TiO3-XCaTiO3粉體的質(zhì)量分數(shù)為90%~97.5%，Bi4B2O9粉體的質(zhì)量分數(shù)為2.5%~10%，所得混合粉體經(jīng)球磨、烘干和造粒后，得到陶瓷粉末團聚體；將陶瓷粉末團聚體壓制成坯體，然后將坯體在400°C~500°C下進行排膠，排膠后再于1200°C~1350°C下燒結4h~8h，得到低溫燒結的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述球磨的時間為4h~8h，球磨介質(zhì)為氧化鋯球和去離子水、或者 氧化鋯球和異丙醇。
5.根據(jù)權利要求3所述的 制備方法，其特征在于，所述過篩為過100目篩。
6.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述造粒過程中所用粘接劑為聚乙烯醇溶液。
7.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述坯體的形狀為圓柱形，還體的直徑為6mm~10mm,厚度為3mm~5mm,還體的成型壓力為60MPa~160MPa。
8.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述Li2C03、Nd203、CaO,CaCO3> TiO2,Bi203、B2O3和H3BO3的純度均大于99.9%。
【文檔編號】C04B35/622GK103467083SQ201310384481
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】張為軍, 白書欣, 堵永國, 劉卓峰, 陳興宇 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學