CN101575208B - 一种低温烧结、低损耗的BaO-CeO2-TiO2系微波介质陶瓷 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温烧结、低损耗的BaO-CeO₂-TiO₂系微波介质陶瓷。其制备步骤为：将原料BaCO₃、CeO₂和TiO₂按BaO-CeO₂-TiO₂摩尔比为1∶1∶1～4混合球磨，预烧处理后二次球磨，加入粘结剂，研磨造粒压制成型，在1180℃～1300℃烧结成瓷；本发明所制备的介质陶瓷的介电常数ε_r为30～80，品质因数Q为5000～20000。利用本发明提供的微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等适用于特定的微波频段和更大功率的应用，又该材料的低温烧结特性达到降低能耗和工业规模化生产需求。因此，本发明在工业上有极大的应用价值。

Description

一种低温烧结、低损耗的BaO-CeO₂-TiO₂系微波介质陶瓷

技术领域

本发明涉及一种适用于微波通信系统中的介质谐振器、滤波器及介质天线等微波元器件的微波介质陶瓷，尤其涉及一种低温烧结、低损耗的BaO-CeO₂-TiO₂系微波介质陶瓷。

背景技术

自80年代以来，围绕微波介质谐振器、滤波器、振荡器等的研究开发，大大加速了移动通信机的高性能和小型化。随着电信业的飞速发展，对通信设备系统的便携性提出了更高的要求。对微波介质陶瓷基本性能要求为：首先要具有低的介质损耗(高品质因子，适用频率下Q＞5000)和低温烧结(＜1300℃，降低能耗适于工业化大生产)，同时具有适当的介电常数(30＜ε_r＜50)值，适用于(5～9GHz)微波频段的微波电路器件要求。BaO-R₂O₃-TiO₂系微波介质陶瓷是广泛应用于1～4GHz无线移动通信的微波通信的微波介质陶瓷体系之一，一般通式为Ba_6-3xR_8-2xTi₁₈O₅₄(BLT)，烧结温度为1350℃～1450℃，具有高介电常数、高品质因数和近零频率温度系数特点。目前，该体系的研究主要集中于R＝La、Sm、Nd等体系，而烧结温度高成为限制其广泛应用的主要障碍，因此很有必要进一步研究开发低温烧结且具有低介质损耗的微波介质陶瓷。对Ln＝Ce体系研究始于Ce离子的变价性的发现，在H.Sreemoolanadhan等研究的BaO-2CeO₂-nTiO₂(n＝3、4、5)体系中，n＝4具有最佳的品质因素为18560，但其ε_r略显偏低仅27。周东祥等人以BaTO₃、CeO₂、TiO₂为原料按照Ba_6-3xR_8-2xTi₁₈O₅₄配比制备出的陶瓷体系中，28＜ε_r＜31，1600＜Q＜4900。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温烧结的微波介质陶瓷，具有低的介质损耗，适当的介电常数值，近零的谐振频率温度系数。

本发明的技术方案为：一种低温烧结、低损耗的BaO-CeO₂-TiO₂系微波介质陶瓷，其特征在于原料为BaCO₃、CeO₂和TiO₂，各原料的配比为：BaO-CeO₂-TiO₂摩尔比为1∶1∶1～4；介质陶瓷的介电常数ε_r为30～80，品质因数Q为5000～20000。

本发明还提供了上述微波介质陶瓷的制备方法，其具体步骤如下：

按按BaO-CeO₂-TiO₂摩尔比为1∶1∶1～4配比称取原料，球磨4～6小时，烘干；

烘干的原料进行预烧处理；煅烧后的粉料随炉冷却，取出后二次球磨4～8小时，烘干；

二次球磨烘干后的粉料加入粘结剂，研磨造粒压制成型；

成型后的坯体在1180℃～1300℃烧结成瓷，控制升温速率为2～3.5℃/min，保温时间为2～6小时，随炉冷却。

上述步骤

中采用行星式球磨机湿法球磨，加入去离子水以及玛瑙球，控制料∶球∶水的质量比为1∶2∶1～3；优选湿法球磨4～5小时。

上述步骤

中所述的预烧温度为900℃～1100℃，升温速率为2～3.5℃/min，保温时间为2～3小时。优选步骤

中二次球磨时间为5～6小时。

优选步骤

中粘结剂为聚乙烯醇(PVA)或羧甲基纤维素钠(CMC)，粘结剂的加入量占原料总重量的6～12％；研磨造粒1～2小时，过80目或120目筛，干压成型。

有益效果：

本发明提供了一种新型的低温烧结，低损耗的适用于6.5～8.5GHz微波频率的微波介质陶瓷体系，烧结温度低于1260℃，高品质因素Q＞5000。本发明符合环保要求，无毒，对环境无污染。利用本发明提供的微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等适用于特定的微波频段和更大功率的应用，又该材料的低温烧结特性达到降低能耗和工业规模化生产需求。因此，本发明在工业上有极大的应用价值。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明。

实施例1

称取17.568g BaCO₃、15.322g CeO₂、7.110g TiO₂后，以1∶2∶1的料球水比，加入玛瑙球和去离子水，用行星式球磨机湿法球磨4小时。原料烘干后在1100℃、大气氛围中煅烧，升温速率3℃/min，然后随炉降温。将预烧后的粉料，二次球磨5小时(300转/分)。加入7wt％的PVA粘结剂，研磨造粒1个半小时左右，过60目筛后用粉末压片机压片，将粉料压制成一个厚约3mm，直径13mm的薄圆柱坯体，压力为10MPa左右。将坯体在1200℃下烧结成瓷，升温速率3.5℃/min，保温时间2h，然后随炉降温。

对该微波介质陶瓷材料的测试结果如下：将样品表面抛光，采用Agilient 8722ET网络分析仪，根据Hakki-Coleman法测定介电常数ε_r和品质因数Q。最佳烧结温度下微波介电性能如下：ε_r＝36，Qf＝6761(6.897GHz)。

实施例2

称取14.916g BaCO₃、13.010g CeO₂、12.074g TiO₂后，以1∶2∶2的料球水比，加入玛瑙球和去离子水，用行星式球磨机湿法球磨4小时。原料烘干后在1050℃、大气氛围中煅烧，升温速率3.5℃/min，然后随炉降温。将预烧后的粉料，二次球磨5小时(250转/分)。加入9wt％的PVA粘结剂，研磨造粒1个半小时左右，过80目筛后用粉末压片机压片，将粉料压制成一个厚约3mm，直径13mm的薄圆柱坯体，压力为12MPa左右。将坯体在1260℃下烧结成瓷，升温速率3℃/min，保温时间2h，然后随炉降温。

对该微波介质陶瓷材料的测试结果如下：将样品表面抛光，采用Agilient 8722ET网络分析仪，根据Hakki-Coleman法测定介电常数ε_r和品质因数Q。最佳烧结温度下微波介电性能如下：ε_r＝32，Qf＝8725(7.031GHz)。

实施例3

称取12.960g BaCO₃、11.304g CeO₂、15.736g TiO₂后以1∶2∶2的料球水比，加入玛瑙球和去离子水，用行星式球磨机湿法球磨5小时。原料烘干后在1050℃、大气氛围中煅烧，升温速率3℃/min，然后随炉降温。将预烧后的粉料，二次球磨6小时(300转/分)。加入8wt％的PVA粘结剂，研磨造粒1个半小时左右，过80目筛后用粉末压片机压片，将粉料压制成一个厚约3mm，直径13mm的薄圆柱坯体，压力为12MPa左右。将坯体在1260℃下烧结成瓷，升温速率3.5℃/min，保温时间2h，然后随炉降温。

对该微波介质陶瓷材料的测试结果如下：将样品表面抛光，采用Agilient 8722ET网络分析仪，根据Hakki-Coleman法测定介电常数ε_r和品质因数Q。最佳烧结温度下微波介电性能如下：ε_r＝45，Qf＝19922(6.865 GHz)。

实施例4

称取11.458g BaCO₃、9.993g CeO₂、18.549g TiO₂后以1∶2∶1.5的料球水比，加入玛瑙球和去离子水，用行星式球磨机湿法球磨5小时。原料烘干后在1100℃、大气氛围中煅烧，升温速率3.5℃/min，然后随炉降温。将预烧后的粉料，二次球磨6小时(250转/分)。加入7wt％的PVA粘结剂，研磨造粒1个半小时左右，过60目筛后用粉末压片机压片，将粉料压制成一个厚约3mm，直径13mm的薄圆柱坯体，压力为10MPa左右。将坯体在1260℃下烧结成瓷，升温速率3℃/min，保温时间2h，然后随炉降温。

对该微波介质陶瓷材料的测试结果如下：将样品表面抛光，采用Agilient 8722ET网络分析仪，根据Hakki-Coleman法测定介电常数ε_r和品质因数Q。最佳烧结温度下微波介电性能如下：ε_r＝30，Qf＝15587(8.106GHz)。

Claims (5)

1.一种低温烧结、低损耗的BaO-CeO₂-TiO₂系微波介质陶瓷，其特征在于原料为BaCO₃、CeO₂和TiO₂，各原料的配比为：BaO-CeO₂-TiO₂摩尔比为1∶1∶1～4；介质陶瓷的介电常数ε_r为30～80，品质因数Q为5000～20000。

2.一种制备如权利要求1所述的微波介质陶瓷的方法，其具体步骤如下：

按BaO-CeO₂-TiO₂摩尔比为1∶1∶1～4配比称取原料，球磨4～6小时，烘干；

烘干的原料进行预烧处理，其中所述的预烧温度为900℃～1100℃，升温速率为2～3.5℃/min，保温时间为2～3小时；煅烧后的粉料随炉冷却，取出后二次球磨4～8小时，烘干；

二次球磨烘干后的粉料加入粘结剂，研磨造粒压制成型；其中粘结剂为聚乙烯醇(PVA)或羧甲基纤维素钠(CMC)，粘结剂的加入量占原料总重量的6～12％；

成型后的坯体在1180℃～1300℃烧结成瓷，控制升温速率为2～3.5℃/min，保温时间为2～6小时，随炉冷却。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤 中采用行星式球磨机湿法球磨，加入去离子水以及玛瑙球，料∶球∶水的质量比为1∶2∶1～3；湿法球磨4～5小时。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤 

中二次球磨时间为5～6小时。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤 

中研磨造粒1～2小时，过80目或120目筛，干压成型。