CN102603292B - 一种用于可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。所述复合氧化物的的化学组成通式为：LiBiTiO₄。制备方法步骤包括：1)配料、2)球磨罐中湿式球磨混合、3)预烧和压制成型；4)将上述压制成型物在850～920℃大气气氛中烧结4小时，即可得到可作为低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。本发明介电陶瓷在850-920℃烧结良好，其介电常数达到30～40，品质因数Qf值高达50000-100000GHz，谐振频率温度系数小，在工业上有着极大的应用价值。

Description

一种用于可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物

技术领域

本发明属于介电陶瓷材料领域，具体是一种用于可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。

背景技术

微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达等方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

应用于微波频段的介电陶瓷，应满足如下介电特性的要求：(1)高的相对介电常数ε_r以利于器件的小型化，一般要求ε_r≥20；(2)高的品质因数Q值或介质损耗tanδ以降低噪音，一般要求Qf≥3000GHz；(3)谐振频率的温度系数τ_f尽可能小以保证器件具有好的热稳定性，一般要求-10/℃≤τ_f≤+10ppm/℃。国际上从20世纪30年代末就有人尝试将电介质材料应用于微波技术。

根据相对介电常数ε_r的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为3类。

(1)低ε_r和高Q值的微波介电陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta₂O₅，BaO-ZnO-Ta₂O₅或BaO-MgO-Nb₂O₅，BaO-ZnO-Nb₂O₅系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其ε_r＝25～30，Q＝(1～2)×10⁴(在f≥10GHz下)，τ_f≈0。主要应用于f≥8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。

(2)中等ε_r和Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi₄O₉，Ba₂Ti₉O₂₀和(Zr、Sn)TiO₄等为基的MWDC材料，其ε_r＝35～40，Q＝(6～9)×10³(在f＝3～-4GHz下)，τ_f≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。

(3)高ε_r而Q值较低的微波介电陶瓷，主要用于0.8～4GHz频率范围内民用移动通讯系统，这也是微波介电陶瓷研究的重点。80年代以来，Kolar、Kato等人相继发现并研究了类钙钛矿钨青铜型BaO-Ln₂O₃-TiO₂系列(Ln＝La，Sm，Nd，Pr等，简称BLT系)、复合钙钛矿结构CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂系列、铅基系列材料、Ca_1-xLn_2x/3TiO₃系等高ε_r微波介电陶瓷，其中BLT体系的BaO-Nd₂O₃-TiO₂材料介电常数达到90，铅基系列(Pb，Ca)ZrO₃介电常数达到105。

以上这些材料体系的烧结温度一般高于1300℃，不能直接与Ag、Cu等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。近年来，随着低温共烧陶瓷技术(LowTemperature Co-fired Ceramics，LTCC)的发展和微波多层器件发展的要求，国内外的研究人员对一些低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷复合材料体系，因低熔点玻璃相具有相对较高的介质损耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介质损耗。因此研制无玻璃相的低烧微波介质陶瓷材料是当前研究的重点。但是，对于用于低烧微波介质陶瓷的体系仍然比较有限，这在很大程度上限制了低温共烧技术及微波多层器件的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低损耗与良好的热稳定性，同时具有高频介电常数达到30～40，Qf值高达50000～100000GHz，可在850-920℃烧结的介电陶瓷材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物，所述复合氧化物的的化学组成通式为：LiBiTiO₄。

上述复合氧化物的制备方法步骤如下：

1)将纯度为99.9％以上的Li₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂的原始粉末按LiBiTiO₄化学式称量配料；

2)将配好的原料放入球磨罐中加入蒸馏水湿式球磨混合12小时，取出烘干，得到混合均匀的粉料；

3)将上述混合均匀的粉料在700℃大气气氛中预烧6小时，自然冷却至室温，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，粘结剂的加入量为混合均匀粉料总量的3％；

4)将上述压制成型物在850～920℃大气气氛中烧结4小时，即可得到可作为低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

复合氧化物LiBiTiO₄的制备

1)将纯度为99.9％以上的Li₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂的原始粉末按LiBiTiO₄化学式称量配料；

2)将配好的原料放入球磨罐中加入蒸馏水湿式球磨混合12小时，取出烘干，得到混合均匀的粉料；

3)将上述混合均匀的粉料在700℃大气气氛中预烧6小时，自然冷却至室温，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，粘结剂的加入量为混合均匀粉料总量的3％；

4)将上述压制成型物在850℃大气气氛中烧结4小时，即可得到可作为低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。

实施例2

复合氧化物LiBiTiO₄的制备

1)将纯度为99.9％以上的Li₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂的原始粉末按LiBiTiO₄化学式称量配料；

2)将配好的原料放入球磨罐中加入蒸馏水湿式球磨混合12小时，取出烘干，得到混合均匀的粉料；

3)将上述混合均匀的粉料在700℃大气气氛中预烧6小时，自然冷却至室温，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，粘结剂的加入量为混合均匀粉料总量的3％；

4)将上述压制成型物在870℃大气气氛中烧结4小时，即可得到可作为低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。

实施例3

复合氧化物LiBiTiO₄的制备

1)将纯度为99.9％以上的Li₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂的原始粉末按LiBiTiO₄化学式称量配料；

2)将配好的原料放入球磨罐中加入蒸馏水湿式球磨混合12小时，取出烘干，得到混合均匀的粉料；

3)将上述混合均匀的粉料在700℃大气气氛中预烧6小时，自然冷却至室温，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，粘结剂的加入量为混合均匀粉料总量的3％；

4)将上述压制成型物在900℃大气气氛中烧结4小时，即可得到可作为低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。

实施例4

复合氧化物LiBiTiO₄的制备

1)将纯度为99.9％以上的Li₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂的原始粉末按LiBiTiO₄化学式称量配料；

2)将配好的原料放入球磨罐中加入蒸馏水湿式球磨混合12小时，取出烘干，得到混合均匀的粉料；

3)将上述混合均匀的粉料在700℃大气气氛中预烧6小时，自然冷却至室温，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，粘结剂的加入量为混合均匀粉料总量的3％；

4)将上述压制成型物在920℃大气气氛中烧结4小时，即可得到可作为低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。

表1示出了构成本发明的各成分含量的4个具体实施例及其微波介电性能。用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。

[表1]

本陶瓷可广泛用于各种介质谐振起器、滤波器等微波器件的制造，可满足移动通信、卫星通信等系统的技术需要。

与Ti相似结构与化学性质的元素如Sn，Zr等，也可以做出与本发明类似晶体结构与性能的介电陶瓷。

Claims (1)

1.一种复合氧化物作为可低温烧结微波介电陶瓷的应用，其特征在于所述复合氧化物的化学组成通式为：LiBiTiO₄；

所述作为可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物的制备方法步骤为：

1)将纯度为99.9％以上的Li₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂的原始粉末按LiBiTiO₄化学式称量配料；

2)将配好的原料放入球磨罐中加入蒸馏水湿式球磨混合12小时，取出烘干，得到混合均匀的粉料；

3)将上述混合均匀的粉料在700℃大气气氛中预烧6小时，自然冷却至室温，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，粘结剂的加入量为混合均匀粉料总量的3％；

4)将上述压制成型物在850～920℃大气气氛中烧结4小时，即得到作为可低温烧结微波介电陶瓷的复合氧化物。