CN101343179B

CN101343179B - 低损耗高频介质陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN101343179B
Application number: CN2008100541365A
Authority: CN
Inventors: 李玲霞; 廖擎玮; 张平; 王洪茹
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2028-08-15
Also published as: CN101343179A

Abstract

本发明公开了一种低损耗高频介质陶瓷及其制备方法，其组成及摩尔百分比含量为：xCaO-(1-x)ZnO-Nb₂O₅-ySnO₂-(2-y)TiO₂，其中0≤x≤0.16，0≤y≤0.1。制备步骤为：(1)配料、球磨；(2)烘干、预烧、合成前驱体；(3)造粒、压制成型(4)烧成。本发明提供了一种制备工艺简单、烧结温度低(1100℃以下)、介电损耗低、介电常数相对较高、同时保持了优异的介电性能的高频介质陶瓷，应用于电子信息材料与元器件领域。

Description

低损耗高频介质陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，尤其涉及一种以ZnO-Nb₂O₅-2TiO₂为基料，以SnO₂和CaO为添加剂所制成的高频介质陶瓷。

随着卫星通信和电子技术的迅猛发展，对高频介质陶瓷材料及元器件的需求越来越大，要求越来越高。目前关于高频介质陶瓷材料的研究开发主要围绕以下几个方面开展：①追求低损耗的极限，研究已有材料的低损耗化；②探索较高的相对介电常数；③追求近零的温度系数。

适用于高频介质陶瓷材料的体系很多，铌/钽酸盐系陶瓷材料以其优异的介电性能渐渐受到了研究者的广泛关注，但国内外对ZnO-Nb₂O₅-TiO₂系陶瓷材料的报道还很少见，Kim等人首先对(1-x)ZnNb₂O₆-xTiO₂系的相组成及其微波介电性能进行了研究，指出在锰钽矿结构及金红石结构共存区域Q值为10000(其介电损耗大约为1×10^-4)，介电常数为34～45。张启龙等报道SnO₂掺杂的ZnO-Nb₂O₅-TiO₂陶瓷材料，其最佳介电性能为：Q值14892(介电损耗大约为0.67×10^-4)，介电常数为50.3，但烧结温度为1150℃。张迎春报道的ZnNb_2(1-x)Ti_xO_(6-3x)系陶瓷材料最高Q值为75500(介电损耗大约为0.132×10^-4)，但其介电常数为24，且烧结温度为1200℃。

为了进一步降低ZnO-Nb₂O₅-TiO₂陶瓷材料的介电损耗，提高其介电常数，探索中介低损耗高频介质材料，本发明通过对ZnO-Nb₂O₅-TiO₂系陶瓷材料的相组成，结合其高频介电性能的研究，并尝试不同的工艺制备过程，在ZnO-Nb₂O₅-2TiO₂系统中添加SnO₂和CaO，来改善ZnO-Nb₂O₅-2TiO₂的高频介电性能，降低其介电损耗。

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种介电损耗低、介电常数相对较高、同时保持优异的介电性能的高频介质陶瓷。

发明内容

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种低损耗高频介质陶瓷，以ZnO-Nb₂O₅-2TiO₂为基料，SnO₂和CaO为添加剂，按配方通式：xCaO-(1-x)ZnO-Nb₂O₅-ySnO₂-(2-y)TiO₂配料，其中0＜x≤0.16，0＜y≤0.1；

其制备方法为：

(1)将原料ZnO、Nb₂O₅和TiO₂按配方通式xCaO-(1-x)ZnO-Nb₂O₅-ySnO₂-(2-y)TiO₂进行配料，其中0＜x≤0.16，0＜y≤0.1；按混合原料∶去离子水∶锆球的质量比为1∶1∶2.5的比例加入球磨罐中，在球磨机上球磨24～30小时；

(2)将球磨后的原料于干燥箱中烘干，然后于900℃预烧3～6小时合成前驱体；

(3)在上述前驱体中加入质量百分比为5～8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过筛后，再用粉末压片机以6～10MPa的压力压成生坯；

(4)将生坯于1040～1100℃烧结，保温3～6小时。

低损耗高频介质陶瓷的制备方法，步骤如下：

(1)将原料ZnO、Nb₂O₅和TiO₂按配方通式xCaO-(1-x)ZnO-Nb₂O₅-ySnO₂-(2-y)TiO₂进

行配料，其中0＜x≤0.16，0＜y≤0.1；按混合原料∶去离子水∶锆球的质量比为1∶1∶2.5的比例加入球磨罐中，在球磨机上球磨24～30小时；

(4)将生坯于1040～1100℃烧结，保温3～6小时。

所述步骤(1)的球磨机转速为400r/min。

所述步骤(2)采用红外干燥箱于80～120℃下烘干。

本发明的有益效果是，提供了一种介电损耗低、介电常数相对较高、同时保持了优异的介电性能的高频介质陶瓷。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

本发明采用分析纯原料，依配方进行配料、混合，按混合原料∶去离子水∶锆球的质量比为1∶1∶2.5的比例加入尼龙球磨罐中，在转速为400r/min行星式球磨机上球磨24～30小时；在1500W红外干燥箱中于80～120℃烘干，在900℃预烧3～6h，制得熔块(即前驱体)；在此熔块中加入质量百分比为6％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过筛后，再用粉末压片机以6MPa的压力压成生坯，将生坯于1040～1100℃烧结3～6小时制得高频介质陶瓷。

本发明的具体实施例的原料组成关系详见表1。

表1

	ZnO(克)	Nb₂O₅(克)	TiO₂(克)	SnO₂(克)	CaO(克)
						实施例1	7.7861	25.9505	14.9767	1.1769	0.1095
实施例2	7.6347	25.9762	14.9917	1.1781	0.2192
						实施例3	7.4831	26.0019	15.0066	1.1793	0.3291
实施例4	7.0263	26.0794	15.0513	1.1828	0.6603
						实施例5	6.8734	26.1053	15.0663	1.1839	0.7711
实施例6	6.7203	26.1313	15.0813	1.1851	0.8821
						实施例7	7.775	26.1806	15.5819	0.2968	0.1657
实施例8	7.5458	26.2198	15.6052	0.2973	0.3319
						实施例9	7.3159	26.2591	15.6286	0.2977	0.8899

本发明测试方法和检测设备如下：

1.介电常数ε、损耗tanδ的测试

采用HEWLETT PACKARD4278A电容测试仪，测量电容器的电容量C和介电损耗tanδ(测试频率为1MHz)，并通过下面的公式计算介电常数ε_r：

Agilent 4285A LCR测试仪测量电容器的电容量C和介电损耗tanδ(测试频率为1MHz)，并通过下面的公式计算介电常数ε：

ϵ = \frac{14.4 \times C \times d}{D^{2}}

其中C为圆片电容器的电容量，单位为pF；

d为圆片电容器的介质厚度，单位为cm；

D为圆片电容器的介质直径，单位为cm；

d和D均由电子螺旋测微器测出，并取平均值。

2.温度系数α_c的测试

用GZ-ESPEC MC-710P型高低温箱、HEWLETT PACKARD4278A电容测试仪及HM27002型C-T参数测试仪测量不同温度下的电容量，从而求出电容器的电容量温度系数α_c(测试频率为1MHz)，其计算公式如下：

α_{c} = \frac{C_{85} - C_{25}}{60 \times C_{25}}

其中，C₂₅为电容器在25℃时的电容量

C₈₅为电容器在85℃时的电容量

上述实施例的相关工艺参数和介电性能的测试结果(在频率为1MHz测试)详见表2。

表2

本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims

1.一种低损耗高频介质陶瓷，其特征在于，以ZnO-Nb₂O₅-2TiO₂为基料，SnO₂和CaO为添加剂，按配方通式：xCaO-(1-x)ZnO-Nb₂O₅-ySnO₂-(2-y)TiO₂配料，其中0＜x≤0.16，0＜y≤0.1；

其制备方法为：

(4)将生坯于1040～1100℃烧结，保温3～6小时。

2.权利要求1低损耗高频介质陶瓷的制备方法，步骤如下：

(4)将生坯于1040～1100℃烧结，保温3～6小时。

3.根据权利要求2的低损耗高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的球磨机转速为400r/min。

4.根据权利要求2的低损耗高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)采用红外干燥箱于80～120℃下烘干。