CN102603286A - 一种高介电常数BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料及其制备方法，它由主成分（Ba_1-m-nMg_mSr_n）_6-3X（Sm_1-yNd_y）_8+2XTi₁₈O₅₄、烧结助剂及改性掺杂物三部分组成；其中主成分是（Ba_1-m-nMg_mSr_n）_6-3X（Sm_1-yNd_y）_8+2XTi₁₈O₅₄固溶体，其中X=0～0.02,Y=0～0.05,m=0.002～0.025，n=0.05～0.03；烧结助剂包括Bi₂0₃、B₂0₃、CuO、Li₂O、ZnO、SiO₂等低熔点的氧化物以及低熔点的玻璃粉中的一种或一种以上混合物；改性掺杂物包括不同的金属氧化物和碳酸盐如ZrO₂、BaCO₃、TiO₂、MnO₂、SrO等一种或一种以上混合物；通过合理配方，优化合成和球磨工艺，最终制备出的微波介质材料可以在1250℃～1330℃温度范围内烧结，生产出的微波电容具有优异微波介电性能：εr=100，Q·f≧5500GHZ（3.5～4.5GHZ），τf(-40℃～25℃/25℃～125℃)≤10PPM/℃。

Description

一种高介电常数BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料及其制备方法。

背景技术

随着移动通信系统、电缆电视系统、卫星通信系统迅速发展，为了实现微波通信设备的集成小型、高稳定性及低廉的价格，研制高性能的微波陶瓷材料，用来制作微波电容，已成为国内外高技术陶瓷研究的一个重要课题。随着高频带应用技术的发展，实现微波设备的数字化，个人通信系统小型化、集成化，希望研制出具有高介电常数的优质微波介质陶瓷材料。但目前微波介质材料当

εr=100时，存在Q·f低，温度系数大等缺陷。

发明内容

本发明旨在提供一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料及其制备方法，采用化学均匀、符合计量比且物理性能均一的高纯BaCO₃和高纯TiO₂原材料，以进一步改善材料的烧结性能和微波介电性能；添加Ln=La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd等镧系元素氧化物中的一种或一种以上混合物，同时加入Mg、Mn、Nb、Sr、Ca、Bi、Ce等其中一种或一种以上的氧化物或碳酸盐，固相反应形成类钨青铜结构(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄固溶体，其中X=0～0.02，Y=0～0.05，m=0.002～0.025，n=0.05～0.03，另通过添加烧结助剂和改性掺杂物来改善该微波介质材料的品质因素和温度系数等特性，最终制备出可以在1250℃～1330℃温度范围内烧结，具有优异微波介电性能：ε_r=100，Q·f≥5500GHz（3.5～4.5GHz），τ_f(-40℃～25℃/25℃～125℃) ≤10ppm/℃均匀一致的高性能微波电容。

本发明是这样实现的，所述一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料，其特征是：由主成分（Ba_1-m-nMg_mSr_n）_6-3X（Sm_1-yNd_y）_8+2XTi₁₈O₅₄、烧结助剂及改性掺杂物三部分组成；

1）主成分是（Ba_1-m-nMg_mSr_n）_6-3X（Sm_1-yNd_y）_8+2XTi₁₈O₅₄固溶体，其中X=0～0.02,Y=0～0.05,m=0.002～0.025，n=0.05～0.03；

2）烧结助剂包括Bi₂0₃、B₂0₃、CuO、Li₂O、ZnO、SiO₂等低熔点的氧化物以及低熔点的玻璃粉中的一种或一种以上混合物，按重量百分比计组成为：0～1.5wt%的Bi₂O₃，0～0.5wt%的B₂0₃，0～0.5wt%的CuO， 0～0.3wt%的Li₂O，0.5～1.0wt%的ZnO，0～0.5wt%的SiO₂；

3）改性掺杂物包括不同的金属氧化物和碳酸盐如ZrO₂、BaCO₃、TiO₂、MnO₂、SrO 等一种或一种以上混合物，按重量百分比计组成为：0～1.0wt%的ZrO₂、0～1.0 wt%的BaCO₃、0～2.5 wt%的TiO₂、0.5～1.0 wt%的MnO₂、0～1.5 wt%的SrO。

按重量百分比计，所述的主成分固溶体是90～95wt%，烧结助剂是0.5～5.0wt%，改性掺杂物是1.0～5.0wt%。

本发明所述一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料的制备方法，其特征是：

1）主成分(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄的制备：采用高纯BaCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Nd₂O_3、SrCO₃、Mg(OH)₂原材料，按X=0～0.02，Y=0～0.05，m=0.002～0.025，n=0.05～0.03分别称重，混合置于球磨机中，按粉料：水=1：（1～1.3）比例加入去离子水，球磨6～10小时，烘干，在1200℃～1275℃下预烧2.5H，粉碎后获得本发明的(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄固溶体；

2）按照组成为90～95wt%的主成分(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄，0～1.5wt%的Bi₂O₃，0～0.5wt%的B₂0₃，0～0.5wt%的CuO， 0～0.3wt%的Li₂O，0.5～1.0wt%的ZnO，0～0.5wt%的SiO₂，0～1.0wt%的ZrO₂，0～1.0 wt%的BaCO₃，0～2.5 wt%的TiO₂，0.5～1.0 wt%的MnO₂，0～1.5 wt%的SrO称量各种材料，混合置于球磨机中进行球磨混合，要求粉体平均颗粒尺寸0.8～1.0微米为好；然后加粘合剂喷雾造粒，最后获得本发明的微波介质材料。

本发明的有益效果是，用本发明的微波介质材料，可制备出能够在1250℃～1330℃温度范围内烧结，具有优异微波介电性能：ε_r=100，Q·f≥5500GHz（3.5～4.5GHz），τ_f(-40℃～25℃/25℃～125℃) ≤10ppm/℃均匀一致的高性能微波电容。

具体实施方式

  本发明所述一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料及其制备方法，结合所述的发明内容，由以下实施例对本发明作进一步的描述。

（1）以分析纯的BaCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Nd₂O_3、SrCO₃、Mg(OH)₂原材料按表1的组成比例，按发明内容中1所述的主材料制备过程经球磨、干燥、预烧、粉碎、过滤等工序后制得(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄。

表1  主材料(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄的实施例配方

（2）按表2的组成，主材料用(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄其中X=0～0.02，Y=0～0.05，m=0.002～0.025，n=0.05～0.03，添加分析纯的Bi₂O₃、B₂0₃、CuO、Li₂O、ZnO、SiO₂、ZrO₂、BaCO₃、TiO₂、MnO₂、 SrO，加入去离子水于球磨机中进行球磨混合，烘干后制得本发明的微波陶瓷介质材料粉末。

表2  本发明的实施例试样化学组成

表2中的主成分：(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄

（3）制备微波电容试样的过程：在(2)中所述的微波介质材料中加入PVA基粘合剂造粒，施加15MPa的压强制成厚度6.5毫米、直径15毫米的圆片型坯体，然后设定温度曲线在空气气氛炉中升温至1250℃～1330℃烧结，获得微波电容，用网络分析仪、恒温箱测试微波电容的各项电性能，测试结果列于表3中。

表3  本发明的实施例试样的烧结条件及电性能测试结果

由表3可以看出，本发明的实施例试样在1250～1330℃的温度范围内烧结，生产出的微波电容具有优异微波介电性能：εr=100，Q·f≧5500GHZ（3.5～4.5GHZ），τf(-40℃～25℃/25℃～125℃) ≤10PPM/℃，满足通信设备的小型、集成化等的发展方向。

Claims (3)

1.一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料，其特征是：由主成分（Ba_1-m-nMg_mSr_n）_6-3X（Sm_1-yNd_y）_8+2XTi₁₈O₅₄、烧结助剂及改性掺杂物三部分组成；

1）主成分是（Ba_1-m-nMg_mSr_n）_6-3X（Sm_1-yNd_y）_8+2XTi₁₈O₅₄固溶体，其中X=0～0.02,Y=0～0.05,m=0.002～0.025，n=0.05～0.03；

2）烧结助剂包括Bi₂0₃、B₂0₃、CuO、Li₂O、ZnO、SiO₂等低熔点的氧化物以及低熔点的玻璃粉中的一种或一种以上混合物，按重量百分比计组成为：0～1.5wt%的Bi₂O₃，0～0.5wt%的B₂0₃，0～0.5wt%的CuO， 0～0.3wt%的Li₂O，0.5～1.0wt%的ZnO，0～0.5wt%的SiO₂；

3）改性掺杂物包括不同的金属氧化物和碳酸盐如ZrO₂、BaCO₃、TiO₂、MnO₂、SrO 等一种或一种以上混合物，按重量百分比计组成为：0～1.0wt%的ZrO₂、0～1.0 wt%的BaCO₃、0～2.5 wt%的TiO₂、0.5～1.0 wt%的MnO₂、0～1.5 wt%的SrO。

2.根据权利要求1所述一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料，其特征是：按重量百分比计，所述的主成分固溶体是90～95wt%，烧结助剂是0.5～5.0wt%，改性掺杂物是1.0～5.0wt%。

3.一种高介电常数BaO-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质材料的制备方法，其特征是：

1）主成分(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄的制备：采用高纯BaCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Nd₂O_3、SrCO₃、Mg(OH)₂原材料，按X=0～0.02，Y=0～0.05，m=0.002～0.025，n=0.05～0.03分别称重，混合置于球磨机中，按粉料：水=1：（1～1.3）比例加入去离子水，球磨6～10小时，烘干，在1200℃～1275℃下预烧2.5H，粉碎后获得本发明的(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄固溶体；

2）按照组成为90～95wt%的主成分(Ba_1-m-nMg_mSr_n)_6-3X(Sm_1-yNd_y)_8+2XTi₁₈O₅₄，0～1.5wt%的Bi₂O₃，0～0.5wt%的B₂0₃，0～0.5wt%的CuO， 0～0.3wt%的Li₂O，0.5～1.0wt%的ZnO，0～0.5wt%的SiO₂，0～1.0wt%的ZrO₂，0～1.0 wt%的BaCO₃，0～2.5 wt%的TiO₂，0.5～1.0 wt%的MnO₂，0～1.5 wt%的SrO称量各种材料，混合置于球磨机中进行球磨混合，要求粉体平均颗粒尺寸0.8～1.0微米为好；然后加粘合剂喷雾造粒，最后获得本发明的微波介质材料。