CN105236965B - 无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents
无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105236965B CN105236965B CN201510539925.8A CN201510539925A CN105236965B CN 105236965 B CN105236965 B CN 105236965B CN 201510539925 A CN201510539925 A CN 201510539925A CN 105236965 B CN105236965 B CN 105236965B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- ceramic
- nano
- temperature
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 42
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 24
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 8
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MFUVDXOKPBAHMC-UHFFFAOYSA-N magnesium;dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MFUVDXOKPBAHMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 6
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 6
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 6
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 6
- -1 bismuthino Chemical group 0.000 claims description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 5
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 5
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 3
- QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007603 infrared drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims 3
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Chemical compound O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 244000248349 Citrus limon Species 0.000 claims 2
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 claims 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N dinitrooxybismuthanyl nitrate Chemical class [Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 1
- 229940031098 ethanolamine Drugs 0.000 claims 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 claims 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000006166 lysate Substances 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical group [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N hydrofluoric acid Substances F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- PXRKCOCTEMYUEG-UHFFFAOYSA-N 5-aminoisoindole-1,3-dione Chemical compound NC1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1 PXRKCOCTEMYUEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021094 Co(NO3)2-6H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明属电子信息材料与元器件技术领域，为解决现有陶瓷材料介电常数不适于制备微波谐振器型无线无源温度传感器的问题，提供一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法。为铋基立方焦绿石结构，化学组成：Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x(0.0≤x≤0.3)。溶胶‑凝胶合成纳米粉体，分散造粒，造粒后的粉料装入模具中在油压机上双向干压成型，在马氟炉中排塑、常压烧结得陶瓷块体。具有高介电常数、介电常数对温度变化敏感的特点，符合微波谐振器型无线无源温度传感器利用陶瓷材料的介电常数随温度呈线性单调变化实现对环境温度测试的原理的要求，一类在无线温度传感领域非常有潜力的微波介质陶瓷材料。
Description
技术领域
本发明属于电子信息材料与元器件技术领域，具体涉及一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法。
背景技术
在能源动力装备领域，燃气轮机是最高端产品，代表了装备制造业的最高技术水平，被誉为动力机械装备领域“皇冠上的明珠”。燃烧室内温度的实时原位监控是提高现代燃气轮机工作效率、增强其可靠性及减少污染排放的关键。然而，超高温（>1000℃）、高氧化性和气流冲蚀等恶劣环境下燃烧室内部部件（例如涡轮叶片）的温度参数原位测量具有极大的挑战。对于发展能长时间经受1000℃以上超高温的健康检测和原位测试的温度传感器提出了迫切需求。
如上所述，由于新一代燃气轮机燃烧室内部具有复杂测量测试环境，传统的敏感材料面临失效的问题，因此，必须采用新的敏感结构体材料以适应恶劣环境下应用的需要。尽管目前有多种不同类型的传感器，但大多数都属于有线有源型，例如电容式传感器、基于阻抗谱测试的传感器等，它们不但需要传感器与信号传输系统之间具有物理连接，又需要电源供应，使得其在如旋转部件、化学腐蚀、密封环境等特殊高温场合中难以满足要求，而无线无源传感器具有其独特的优势，可以合理避开且能很好地解决这些问题。近年来提出并逐渐发展起来的基于微波谐振器的无线无源温度传感器具有测试温度范围大（可适用于1000~1300℃温度范围）、精度高、体积小等特点，有望在恶劣环境下温度传感领域获得应用性突破。微波谐振器型无线无源温度传感器是利用陶瓷材料的介电常数随温度呈线性单调变化的原理，通过不同温度下陶瓷谐振器谐振频率的变化来实现对于环境温度的测试。传感器采用将谐振器/天线集成的结构，可大大缩小了器件的尺寸，利用外设探测天线接收谐振频率变化来实现信号的无线传输。其结构如图1所示，传感器采用陶瓷材料作为基底；由于陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、不易腐蚀的特点，可满足恶劣环境应用的需求。目前，微波谐振器型无线无源温度传感器主要是基于氧化铝(Al2O3)陶瓷材料，Al2O3陶瓷具有较高的品质因数(Q)，但是由于其介电常数低(8-10)，不利于器件的小型化，限制了器件的应用范围。因此，设计制备新型传感器用高性能微波介质陶瓷材料是该类型温度传感器亟待解决的关键问题。
铋基立方焦绿石陶瓷材料具有介电常数高、介电损耗低、介电常数温度系数可调及烧结温度低的特点，长久以来，作为多层电容器(MLC)、低温共烧微波介质陶瓷 (LTCC)及微波压控器件材料而受到广泛的关注。研究表明，铋基立方焦绿石的组分和介电性能可在较大的范围内进行调整，其性能对组分变化敏感。通过改变元素配比可以对性能进行调控，从而实现不同的应用目的。例如，，Bi x Zn2/3Nb4/3O4+3x/2(1≤x≤1.83)系铋基立方焦绿石陶瓷材料，具有介电常数适中(80~150)、损耗低(tanδ≤4×10-4)、电容量温度系数可调(-400×10-6/℃~200×10-6/℃)及烧结温度低(<1000℃)的特点，是发展低温共烧片式器件(MLC)的优良材料体系；Bi1.5ZnNb1.5O7与Bi1.5MgNb1.5O7铋基立方焦绿石陶瓷材料因介电常数随外加偏压呈非线性变化的特性而应用于微波压控器件领域。此外，铋基立方焦绿石陶瓷材料高介电常数、介电常数对温度变化敏感的特点，可应用于无线温度传感领域。
发明内容
本发明为了解决现有陶瓷材料介电常数不适于制备微波谐振器型无线无源温度传感器的问题，提供了一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法。
本发明采用如下技术方案实现：一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，为铋基立方焦绿石结构，其化学组成为：Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x(0.0≤x≤0.3)。
采用溶胶-凝胶法合成Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x(0.0≤x≤0.3)纳米粉体，然后烧结使其致密化成陶瓷块体，包括纳米粉体制备与陶瓷块体成型两部分；首先通过溶胶-凝胶工艺合成高活性的纳米粉体，然后进行分散与造粒，将造粒后的粉料装入模具中在油压机上双向干压成型，最后在马氟炉中进行排塑与常压烧结获得高致密、细晶粒的铋基立方焦绿石陶瓷块体。
具体制备方法包括如下步骤：
（1）溶胶-凝胶法合成Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x(0.0≤x≤0.3)纳米粉体：
a. 配制Nb-CA溶液：按照化学计量比，使用精度为0.0001的电子天平称取分析纯≥99.99%的Nb2O5，将称量好的Nb2O5加入HF中，85℃水浴加热，通过氢氟酸来溶解Nb2O5破坏O-Nb键，使其完全溶解，转变为离子状态；向溶解液中加入氨水，中和生成白色Nb(OH)5沉淀，调节溶液pH>8，使其完全形成沉淀；多次抽滤洗涤Nb(OH)5沉淀，去除残留F-与NH4+；将洗涤好的新鲜Nb(OH)5沉淀加入质量百分比浓度为50wt%的柠檬酸水溶液中，利用磁力搅拌器85℃加热搅拌，络合反应生成Nb-CA水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为1:6；将所得Nb-CA水溶液经磁力搅拌60℃加热去除水分，得到稳定的Nb-CA溶液；
b.配制Bi-Mg-Co-EG溶液：按化学计量比称取五水硝酸铋、六水硝酸镁与六水硝酸钴加入乙二醇EG中，经磁力搅拌60℃加热溶解，得Bi-Mg-Co-EG溶液，其中所用乙二醇的量为柠檬酸物质的量的4倍；
c.制备Bi-Mg-Co-Nb溶胶：将配制的Bi-Mg-Co-EG溶液加入到制备好的Nb-CA溶液中，搅拌混合，使Bi离子、Mg离子、Co离子与Nb离子在原子状态级别混合均匀；柠檬酸与乙二醇酯化反应缩聚脱水，形成有机长链物质，将金属离子络合，使其失去移动灵活性，始终处于均匀分布状态，最后形成Bi-Mg-Co-Nb前驱体溶胶；向所得Bi-Mg-Co-Nb前驱体溶胶中加入乙醇胺作稳定剂，调节溶胶pH值3~5，获得稳定的Bi-Mg-Co-Nb溶胶；
d.陶瓷纳米粉体制备：将Bi-Mg-Co-Nb溶胶置于烘箱中120℃、4h烘干，形成干凝胶；将干凝胶置于马弗炉进行煅烧，凝胶煅烧过程包括有机物分解和陶瓷物相形成两个环节：先升温至450℃，保温0.5h，至有机物完全分解，生成Bi-Mg-Co-Nb-O无定形状态物质；继续升温至650℃，保温2h，无定形态的转变为立方焦绿石结构的纳米粉体；
（2）烧结成瓷：
a．造粒及成型：按照化学计量比，使用精度为0.0001的电子天平称取制备的纳米粉体；向其中加入纳米粉体质量的1.25%的聚乙烯醇作为粘合剂放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，其中料：球：水的体积比为1：1：3；将球磨后的粉体置于红外干燥箱中，80℃、4h烘干；粉体过80目筛造粒，将造粒后粉末放入模具中，用粉末压片机以4~6MPa的压力压成圆片坯体；
b．排塑与烧结：将圆片坯体从室温升温至600℃保温2小时进行排胶，升温速率为1℃/min；将排胶后的坯体以5℃/min的速率升温至1100℃，保温4小时使其致密化成瓷，然后随炉冷却。
所述圆片坯体为Φ10mm×5mm。
介电性能测试：烧结完成后样品表面被银，利用Agilent 4278A测试制品的介电性能。
本发明无线温度传感器用高介电常数铋基立方焦绿石微波介质陶瓷材料，其介电常数ε r>160，介电损耗tanδ<4×10-4，电容量温度系数τC≈-400×10-6/℃，不仅具备传统铋基立方焦绿石陶瓷相近的优异介电性能，而且具有高介电常数(160~200)、介电常数对温度变化敏感的特点，符合微波谐振器型无线无源温度传感器利用陶瓷材料的介电常数随温度呈线性单调变化实现对于环境温度测试的原理的要求，解决了现有陶瓷材料介电常数(如氧化铝陶瓷)不适于制备微波谐振器型无线无源温度传感器的问题，是一类在无线温度传感领域非常有潜力的微波介质陶瓷材料。
附图说明
图1为实施例1-4所制备的无线温度传感器用高介电常数微波介质陶瓷的温度特性曲线图。
具体实施方式
实施例1：一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，为铋基立方焦绿石结构，其化学组成为：Bi1.5(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7。
采用溶胶-凝胶法合成纳米陶瓷粉体，然后烧结使其致密化成瓷，具体制备方法包括如下步骤：
(1)配制Nb-CA溶液：按照化学计量比，称取3.3450克Nb2O5(分析纯≥99.99%)，称量使用精度为0.0001的电子天平；将称量好的Nb2O5加入到50ml氢氟酸(HF)中，85℃水浴加热20h至完全溶解；溶液中加入氨水，中和生成白色Nb(OH)5沉淀，调节溶液pH>8，保证沉淀完全，其中氨水的用量为100ml；多次抽滤、洗涤沉淀，确保去除残留F-与NH4+；将洗涤好Nb(OH)5沉淀加入质量百分比浓度为50wt%的柠檬酸(CA)水溶液中，85℃磁力搅拌加热，络合反应生成Nb-CA水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为1:6；所得Nb-CA水溶液经60℃磁力搅拌加热去除多余水分，得到稳定的Nb-CA溶液；
（2）配制Bi-Mg-Co-EG溶液：按化学计量比称取五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)12.3304克、六水硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O) 3.4762克、六水硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O) 0.9864克加入乙二醇(EG)中，经60℃磁力搅拌加热溶解，得Bi-Mg-Co-EG溶液，其中所用乙二醇的量为柠檬酸物质的量的4倍。
（3）制备Bi-Mg-Co-Nb溶胶：将步骤(2)配制的Bi-Mg-Co-EG溶液加入到步骤(1)制备好的Nb-CA溶液中，混合液不断搅拌混合，保证Bi离子、Mg离子、Co离子与Nb离子原子状态级别混合均匀。柠檬酸与乙二醇酯化反应缩聚脱水，形成有机长链物质，将金属离子络合，失去移动灵活性，始终处于均匀分布状态，最后形成Bi-Mg-Co-Nb前驱体溶胶。向所得Bi-Mg-Co-Nb前驱体溶胶中加入乙醇胺作为稳定剂，调节溶胶pH值至3~5，获得稳定的Bi-Mg-Co-Nb溶胶。
（4） 陶瓷纳米粉体制备：将Bi-Mg-Co-Nb溶胶置于烘箱中，设置温度为120℃，经4h烘干，形成干凝胶；将干凝胶置于马弗炉进行煅烧，凝胶煅烧过程包括有机物分解和陶瓷物相形成两个环节：先升温至450°C，保温0.5h，至有机物完全分解，生成Bi-Mg-Co-Nb-O无定形状态物质；继续升温至650°C，保温2h，无定形态的转变为立方焦绿石结构的Bi1.6(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7.15纳米粉体。
（4）造粒及成型：称取一定量制备的纳米粉体，称量使用精度为0.0001的电子天平；向其中加入聚乙烯醇作为粘合剂（其中，聚乙烯醇的用量为纳米粉体质量的1.25%），放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，其中料：球：水的比例(体积)为1：1：3；将球磨后的粉体置于红外干燥箱中，设置温度为80℃，经4h烘干；粉体过80目筛造粒，将适量造粒后粉末放入模具中，用粉末压片机以4~6MPa的压力压成圆片坯体；所述圆片坯体为Φ10mm×5mm。
（5）排塑与烧结：将圆片坯体从室温升温至600℃进行排胶，升温速率为1℃/min，保温2小时。将排胶后的坯体以5℃/min的速率升温至1100℃，保温4小时使其致密化成瓷，然后随炉冷却。
介电性能测试：烧结完成后样品表面被银，利用Agilent 4278A测试制品的介电性能。
用Agilent4278A测试其介电性能，经检测：1MHz下，ε r=163.5，tanδ=3.2×10-4，τC=-459.3×10-6。
实施例2：一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，为铋基立方焦绿石结构，其化学组成为：Bi1.6(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7.15。其制备方法同实施例1所述制备方法。
实施例3：一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，为铋基立方焦绿石结构，其化学组成为：Bi1.7(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7.3。其制备方法同实施例1所述制备方法。
实施例4：一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，为铋基立方焦绿石结构，其化学组成为：Bi1.8(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7.45。其制备方法同实施例1所述制备方法。
实施例1-实施例4所用原料配比见表1，经检测的性能见表2，介电常数温度可调性见附图1。
表1无线温度传感器用新型高介电常数微波介质陶瓷的原料配比
表2 无线温度传感器用新型高介电常数微波介质陶瓷的介电性能
Claims (3)
1.一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，其特征在于：所述无线温度传感器用高介微波介质陶瓷为铋基立方焦绿石结构，其化学组成为：Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x，0.0≤x≤0.3；
采用溶胶-凝胶法合成Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x纳米粉体，0.0≤x≤0.3，然后烧结使其致密化成陶瓷块体，包括纳米粉体制备与陶瓷块体成型两部分；首先通过溶胶-凝胶工艺合成高活性的纳米粉体，然后进行分散与造粒，将造粒后的粉料装入模具中在油压机上双向干压成型，最后在马氟炉中进行排塑与常压烧结获得高致密、细晶粒的铋基立方焦绿石陶瓷块体。
2.根据权利要求1所述的一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，其特征在于：具体制备方法包括如下步骤：
（1）溶胶-凝胶法合成Bi1.5+x(Mg0.8Co0.2)Nb1.5O7+1.5x纳米粉体，0.0≤x≤0.3：
a. 配制Nb-CA溶液：按照化学计量比，使用精度为0.0001的电子天平称取分析纯≥99.99%的Nb2O5，将称量好的Nb2O5加入HF中，85℃水浴加热，使其完全溶解，转变为离子状态；向溶解液中加入氨水，中和生成白色Nb(OH)5沉淀，调节溶液pH>8，使其完全形成沉淀；多次抽滤洗涤Nb(OH)5沉淀，去除残留F-与NH4+；将洗涤好的Nb(OH)5沉淀加入质量百分比浓度为50wt%的柠檬酸水溶液中，利用磁力搅拌器85℃加热搅拌，络合反应生成Nb-CA水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为1:6；将所得Nb-CA水溶液经磁力搅拌60℃加热去除水份，得到稳定的Nb-CA溶液；
b.配制Bi-Mg-Co-EG溶液：按化学计量比称取五水硝酸铋、六水硝酸镁、六水硝酸钴加入乙二醇EG中，经磁力搅拌60℃加热溶解，得Bi-Mg-Co-EG溶液，其中所用乙二醇的量为柠檬酸物质的量的4倍；
c.制备Bi-Mg-Nb溶胶：将配制的Bi-Mg-Co-EG溶液加入到制备好的Nb-CA溶液中，搅拌混合，使Bi离子、Mg离子、Co离子与Nb离子在原子状态级别混合均匀；柠檬酸与乙二醇酯化反应缩聚脱水，形成有机长链物质，将金属离子络合，使其始终处于均匀分布状态，最后形成Bi-Mg-Co-Nb前驱体溶胶；向所得Bi-Mg-Co-Nb前驱体溶胶中加入乙醇胺作稳定剂，调节溶胶pH值至3~5，获得稳定的Bi-Mg-Co-Nb溶胶；
d.陶瓷纳米粉体制备：将Bi-Mg-Co-Nb溶胶置于烘箱中120℃、4h烘干，形成干凝胶；将干凝胶置于马弗炉进行煅烧，凝胶煅烧过程包括有机物分解和陶瓷物相形成两个环节：先升温至450℃，保温0.5h，至有机物完全分解，生成Bi-Mg-Co-Nb-O无定形状态物质；继续升温至650℃，保温2h，无定形状态物质转变为立方焦绿石结构的纳米粉体；
（2）烧结成瓷：
a．造粒及成型：按照化学计量比，使用精度为0.0001的电子天平称取制备的纳米粉体；向其中加入纳米粉体质量的1.25%的聚乙烯醇作为粘合剂放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，其中料：球：水的体积比为1：1：3；将球磨后的粉体置于红外干燥箱中，80℃、4h烘干；粉体过80目筛造粒，将造粒后粉末放入模具中，用粉末压片机以4~6MPa的压力压成圆片坯体；
b．排塑与烧结：将圆片坯体从室温升温至600℃保温2小时进行排胶，升温速率为1℃/min；将排胶后的坯体以5℃/min的速率升温至1100℃，保温4小时使其致密化成瓷，然后随炉冷却。
3.根据权利要求2所述的一种无线温度传感器用高介微波介质陶瓷，其特征在于：所述圆片坯体为Φ10mm×5mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510539925.8A CN105236965B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510539925.8A CN105236965B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105236965A CN105236965A (zh) | 2016-01-13 |
| CN105236965B true CN105236965B (zh) | 2018-06-22 |
Family
ID=55034846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510539925.8A Active CN105236965B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105236965B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106631015A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-10 | 郑州丽福爱生物技术有限公司 | 含钼铋基焦绿石高介微波介质材料及其制备方法及应用 |
| CN116206898B (zh) * | 2023-03-09 | 2024-04-26 | 成都宏科电子科技有限公司 | 一种高压片式多层瓷介电容器的制作方法及电容器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101439970A (zh) * | 2008-12-17 | 2009-05-27 | 电子科技大学 | 用于微波调谐的铋基介质材料及其制备方法 |
| CN103058657A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-04-24 | 天津大学 | 氧化钴掺杂铌钛酸锌微波介质陶瓷 |
| CN103232242A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-07 | 江苏大学 | 一种bmn基微波介电陶瓷材料及制备方法 |
| CN103351160A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-16 | 合肥师范学院 | 微波介质陶瓷及其制备方法 |
-
2015
- 2015-08-28 CN CN201510539925.8A patent/CN105236965B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101439970A (zh) * | 2008-12-17 | 2009-05-27 | 电子科技大学 | 用于微波调谐的铋基介质材料及其制备方法 |
| CN103058657A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-04-24 | 天津大学 | 氧化钴掺杂铌钛酸锌微波介质陶瓷 |
| CN103232242A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-07 | 江苏大学 | 一种bmn基微波介电陶瓷材料及制备方法 |
| CN103351160A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-16 | 合肥师范学院 | 微波介质陶瓷及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105236965A (zh) | 2016-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102153343A (zh) | 采用反应烧结法制备高q值钛酸镁基微波介质陶瓷的方法 | |
| CN103739284B (zh) | 溶胶-凝胶自蔓燃法制备钛酸铋钠锶压电陶瓷的方法 | |
| CN106882963A (zh) | 一种基于溶胶凝胶法制备钛酸铜钙的方法 | |
| CN102826847B (zh) | 复合高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN101805185A (zh) | 一种制备铌镁酸铅钛酸铅弛豫铁电陶瓷的方法 | |
| CN107573058A (zh) | 一种基于溶胶凝胶法制备钛酸铜镧铋钠介电材料的方法 | |
| CN104402419A (zh) | 一种具有较低烧结温度的低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法 | |
| CN111320468A (zh) | 一种掺杂型铁酸铋-钛酸钡无铅压电陶瓷材料的制备方法 | |
| CN107311646A (zh) | 一种提高钛酸锶陶瓷材料介电性能的制备方法 | |
| CN103553589A (zh) | 一种制备CaCu3Ti4O12陶瓷材料的方法 | |
| CN105837200A (zh) | 一种锰掺杂钛铌酸铋钙锂铈基陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN105236965B (zh) | 无线温度传感器用高介微波介质陶瓷及其制备方法 | |
| CN107827452B (zh) | 一种利用空气淬火降低钛酸铜钙陶瓷损耗的方法 | |
| CN107640970B (zh) | 低频低介电损耗的AgNb共掺二氧化钛基介电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN101570433A (zh) | 具有较低烧结温度的微波介质陶瓷及其制备方法 | |
| CN108911746A (zh) | 一种低损耗型钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN102190484A (zh) | Yag透明陶瓷的制备方法 | |
| CN101618965B (zh) | 铁电固溶体铌镱酸钡-钛酸铅及其制备方法和用途 | |
| CN103601495B (zh) | 一种np0型低温烧结陶瓷电容器介质材料及其制备方法 | |
| CN105152649A (zh) | 温度稳定型高q值铌钽酸盐微波介质陶瓷及其制备方法 | |
| CN103172363A (zh) | 一种高介电常数类钙钛矿型CaCu3Ti4O12(CCTO)压敏材料的制备方法 | |
| CN107689414A (zh) | 一种导电金属相均匀分布的多相复合锰酸钙基氧化物热电材料的制备方法 | |
| CN107827451A (zh) | 一种利用水淬火降低钛酸铜钙陶瓷损耗的方法 | |
| CN112321298B (zh) | 一种类钙钛矿型热敏电阻材料及其制备方法 | |
| CN108793993A (zh) | 一种单相陶瓷靶材及其制备方法和用途 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |