本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，具體涉及一種zntinb2o8系微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波(300mhz到300ghz)頻段電路中作為介質(zhì)材料并實現(xiàn)一種或多種功能的陶瓷材料，是現(xiàn)代通信技術(shù)中的基礎(chǔ)。

微波電路的集成是實現(xiàn)微波設(shè)備小型化、高穩(wěn)定性和廉價的重要手段。由于金屬諧振腔和金屬波導體積和重量過大限制了微波集成電路的發(fā)展，而微波介質(zhì)陶瓷制作的諧振器與微波管、微帶線等構(gòu)成的微波混合集成電路，可使器件尺寸達到毫米量級，這就使微波陶瓷成為實現(xiàn)微波控制功能的基礎(chǔ)和關(guān)鍵材料。微波介質(zhì)陶瓷被廣泛應(yīng)用于介質(zhì)諧振器、濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)波導回路、微波電容、雙工器、天線等微波元器件。

應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足以下要求：(1)適中的介電常數(shù)以利于器件的小型化；(2)高的品質(zhì)因數(shù)q×f值和低的損耗(其中q～1/tanδ，f是諧振頻率)；(3)近零的諧振頻率溫度系數(shù)。

zntinb2o8陶瓷具有良好的微波介電性能，zntinb2o8：εr＝34、q×f＝42500ghz、τf＝－72ppm/℃。但其諧振頻率溫度穩(wěn)定系數(shù)未能接近于零，溫度穩(wěn)定性不好限制了其應(yīng)用。通常情況下調(diào)節(jié)微波介質(zhì)材料的溫度系數(shù)得方法有：引入溫度系數(shù)相反的材料或者進行離子取代。但在zntinb2o8中加入溫度系數(shù)為正值的材料如tio2，但無法燒結(jié)致密，導致微波介電性能下降。因此在保證材料本身性能參數(shù)的前提下，如何有效解決諧振頻率溫度穩(wěn)定系數(shù)成為一個問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的旨在改善諧振頻率溫度穩(wěn)定性，提供了一種zntinb2o8系微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明提供的zntinb2o8系微波介質(zhì)陶瓷材料，具有中等介電常數(shù)(30-46)，低損耗(≤1.5×10^-4)，頻率溫度系數(shù)近零(-10ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃)，主晶相為zntinb2o8，第二相為zn0.17nb0.33ti0.5o2。

其原料組成為zno，tio2，nb2o5，co2o3和ta2o5，按化學通式(zn1-xcox)0.5ti0.5(nb1-ytay)o4配比(0≤x≤0.95mol,y＝0.05-0.95mol)，通過固相法制得。

其制備方法具體如下：

步驟1：將zno、co2o3、tio2、nb2o5、ta2o5的原始粉末按照化學通式(zn1-xcox)0.5ti0.5(nb1-ytay)o4(0≤x≤0.95mol,y＝0.05-0.95mol)配料。

步驟2：將步驟1所得配料：氧化鋯球：去離子水，以質(zhì)量比1:3-7:1-3配比，行星球磨4-8小時，然后在80℃-120℃下烘干，再以40-60目篩網(wǎng)過篩，最后在800℃-1000℃大氣氛圍中預(yù)燒2-6小時合成主晶相zntinb2o8；

步驟3：將步驟2所得粉料按照粉料：氧化鋯球：去離子水質(zhì)量比1:3-7:1-3，行星球磨混合4-8小時，然后在80℃-100℃下烘干，烘干后添加劑量占其質(zhì)量的2～5％的pva溶液作為粘結(jié)劑造粒，壓制成型，最后在1150℃-1200℃大氣氣氛中燒結(jié)4-6小時，制成zntinb2o8系微波介質(zhì)陶瓷材料微。

本發(fā)明采用co和ta離子分別取代zn、nb離子，形成有限固溶體，超出固溶部分形成了溫度系數(shù)為正的第二相，從而調(diào)節(jié)頻率溫度系數(shù)近0，且保持了良好的微波性能，其制備方法工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1(1)為實施例7.19.31的xrd圖，圖1(2)為實施例17.18.19.20的xrd圖；

圖2(1)為實施例7.19.31的表面形貌圖，圖2(2)為實施例17.18.19.20的表面形貌圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

步驟1、將zno、co2o3、tio2、nb2o5和ta2o5的原始粉末按照化學通式(zn1-xcox)0.5ti0.5(nb1-ytay)o4(0≤x≤0.3mol,y＝0.2-0.4mol)配料。

步驟2、將步驟1所得粉料，按照粉料：氧化鋯球：去離子水的質(zhì)量比1:5:2加入尼龍罐中，行星球磨混合6小時，取出后在100℃下烘干，以60目篩網(wǎng)過篩，后在1000℃大氣氛圍中預(yù)燒3小時合成主晶相zntinb2o8。

步驟3、將步驟2預(yù)燒后所得的粉料按照粉料：氧化鋯球：去離子水的質(zhì)量比1:5:1加入尼龍罐中，行星球磨混合4小時，取出后在100℃下烘干，烘干后添加劑量占其質(zhì)量的4％的pva溶液作為粘結(jié)劑造粒，壓制成型，最后在1175℃大氣氣氛中燒結(jié)6小時，制成微波介質(zhì)陶瓷材料。

圖1(1)為實施例7.19.31的xrd圖，燒結(jié)溫度1175℃，x＝0.2時，不同y值(ta含量)對樣品晶體結(jié)構(gòu)的影響。在三組不同ta含量情況下，主晶相與zntinb2o8卡片(jcpds#48-0323)匹配，同時每個ta含量下，樣品存在第二相zn0.17nb0.33ti0.5o2(jcpds#39-0291)，并且隨著ta含量的增加，第二相峰強增強，對應(yīng)其含量的增加。

圖1(2)為實施例17.18.19.20的xrd圖，燒結(jié)溫度1175℃，y＝0.3時，不同x值(co含量)對樣品晶體結(jié)構(gòu)的影響。在四組不同co含量情況下，主晶相峰與zntinb2o8匹配，當co含量超過0.2時，出現(xiàn)第二相zn0.17nb0.33ti0.5o2，并且co含量增加時，第二相峰強增強。

圖2(1)為樣品(zn1-xcox)0.5ti0.5(nb1-ytay)o4(x＝0.2mol,y＝0.2-0.4mol)的表面形貌圖，主要探討1175℃，x＝0.2時，不同y值(ta含量)對樣品的形貌影響。其中(a)對應(yīng)實施例7，(b)對應(yīng)實施例19，(c)對應(yīng)實施例31.從圖中可以看出，當y＝0.2時，樣品表面氣孔較多，且存在閉氣孔，晶粒大小不均勻，以大晶粒居多；當y＝0.3時，晶粒發(fā)育，明顯看出閉氣孔消失，表面氣孔減少，此時仍然有大小不均勻的晶粒存在；y＝0.4時，樣品表面更加致密，出現(xiàn)異常大晶粒，晶粒不均勻現(xiàn)象仍存在，但較(a)而言，大晶粒數(shù)量減少，小晶粒數(shù)量增加。

圖2(2)為樣品(zn1-xcox)0.5ti0.5(nb1-ytay)o4(0≤x≤0.3mol,y＝0.3mol)的表面形貌圖，主要探討1175℃，y＝0.3時，不同x值(co含量)對樣品的形貌影響。其中(a)對應(yīng)實施例17，(b)對應(yīng)實施例18，(c)對應(yīng)實施例19，(d)對應(yīng)實施例20。從圖中可以看出，在任何co摻量下，樣品的表面氣孔均較少，說明此條件下樣品致密度高，在圖(a)中出現(xiàn)存在棒狀晶以及大小不均勻的晶粒，小晶粒居多，大晶粒過大，可能是異常生長造成；而在圖(b)中，明顯看不到棒狀晶的存在，晶粒主要以大晶粒居多，有少量小晶粒存在；在圖(c)中，存在大小晶粒，小晶粒數(shù)量較多，圖(d)中co含量過高導致出現(xiàn)異常晶粒。

實施例的成分和微波介電性能如下

從上表可以看出，co2o3及ta2o5的加入可以適當提升介電常數(shù)，保持較低的損耗，諧振頻率溫度穩(wěn)定系數(shù)得到改善，并且摻雜ta、co摩爾量為0.3與0.2時與均未摻雜ta、co的zn0.5ti0.5nbo4對比(實施例15、19、23)，溫度穩(wěn)定性更優(yōu)異。

綜上可見，本發(fā)明采用co和ta離子分別取代zn、nb離子，形成有限固溶體，超出固溶部分形成了溫度系數(shù)為正的第二相，從而調(diào)節(jié)頻率溫度系數(shù)近0，且保持了良好的微波性能，其制備方法，工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。