CN107586131A - 一种近零谐振频率温度系数微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料，其化学式为Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_{1/ 3}Nb_2/3]O₃+xwt％CeO₂+ywt％Y₂O₃，其中0≤x≤0.01，0≤y≤0.01204；先将BaCO₃、CoO、ZnO、Nb₂O₅按化学计量式进行配料，球磨、烘干、过筛后放入氧化铝坩埚内并加坩埚盖密封，于1000～1200℃预烧，再按照xwt％CeO₂+ywt％Y₂O₃，其中0≤x≤0.01，0≤y≤0.01204，添加CeO₂和Y₂O₃元素，经球磨、烘干、过筛，压力成型为坯体，坯体置于氧化铝密封坩埚内于1350℃～1450℃烧结，再以1℃/min～0.05℃/min的降温速率降温至1000～1200℃，制成微波介质材料。本发明介电常数ε_r为31～34，最佳Qf值为95000。该制备方法简化了材料的制备工艺流程，节省了时间成本和能源成本。

Description

一种近零谐振频率温度系数微波介质陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种以Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_{1/ 3}Nb_2/3]O₃为化学式，调整其谐振频率温度系数的制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是实现微波波导、介质隔离和介质谐振的关键材料，在谐振器、滤波器、微波介质天线、稳频振荡器和移相器等微波通信系统中的关键元器件中得到了广泛应用。随着微波技术的不断发展，微波元器件向着小型化、集成化、微波频率高端化和低成本化的方向发展，与之相对应，微波介质陶瓷的研究也趋向于开发中高介电常数材料、实现中介电常数微波介质陶瓷材料的低损耗化并提高其整体的微波介电性能。

在实际应用中，微波通信器件可能处于不同的环境温度中，而谐振频率温度系数τ_f可以用来表征谐振频率f因温度的变化而发生的漂移，τ_f有正负之分，τ_f为正说明f随温度的升高向频率升高的方向漂移，反之则f随温度升高向频率降低的方向漂移。τ_f绝对值很大的微波介质材料不适用于微波谐振器中，因为这样的材料不能保证一个稳定的谐振频率，导致载波信号随温度波动而漂移。因此，在谐振器的工作温度范围内，希望有近零的谐振频率温度系数。Ba[(Co_0.7Zn_0.3)_1/3Nb_2/3]O₃是一类具有较高Qf值(低损耗)的材料体系，但是其谐振频率温度系数为～12ppm/℃，需要对其进行进一步优化改善。

发明内容

本发明的目的，是为了调节Ba[(Co_0.7Zn_0.3)_1/3Nb_2/3]O₃的τ_f值，适应微波介质陶瓷对近零τ_f的要求。采用Zn离子缺失(Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_1/3Nb_2/3]O₃)并添加微量稀土元素(CeO₂、Y₂O₃)的方法。以BaCO₃、CoO、ZnO、Nb₂O₅为原料，通过简固相法制备一种中介近零谐振频率温度系数微波介质陶瓷材料。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料，其化学式为：Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_{1/ 3}Nb_2/3]O₃+xwt％CeO₂+ywt％Y₂O₃，其中0≤x≤0.01，0≤y≤0.01204；

该近零谐振频率温度系数的微波介质材料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将BaCO₃、CoO、ZnO、Nb₂O₅按化学计量式Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_1/3Nb_2/3]O₃进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入无水乙醇和锆球后，球磨4～12小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～100℃烘干，然后过40目筛；

(3)烘干、过筛后的粉料放入氧化铝坩埚内并加坩埚盖密封，然后置于中温炉中，于1000～1200℃预烧，保温3～6小时；

(4)将步骤(3)预烧后的粉料，放入球磨罐中，并按照xwt％CeO₂+ywt％Y₂O₃，其中0≤x≤0.01，0≤y≤0.01204，添加CeO₂和Y₂O₃元素，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨10～15小时，烘干后过筛，再用粉末压片机以1～3MPa的压力压制成坯体；

(5)将步骤(4)的坯体置于氧化铝密封坩埚内，于1350℃～1450℃烧结，保温6～18小时，之后以1℃/min～0.05℃/min的降温速率降温至1000～1200℃，制成一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料。

所述步骤(1)的球磨时间为6小时。

所述步骤(4)CeO₂和Y₂O₃的掺杂比例为x＝0.002，y＝0.002408。

本发明通过固相法，通过Zn位缺失并结合适量的CeO₂、Y₂O₃掺杂，制备出一种中介电常数近零谐振频率温度系数的微波介质材料。其介电常数ε_r为31～34，最佳Qf值为95000。该制备方法简化了材料的制备工艺流程，节省了时间成本和能源成本。

具体实施方式

本发明以BaCO₃、CoO、ZnO、Nb₂O₅为初始原料，通过固相法制备中介电常数高Qf值微波介质陶瓷材料。具体实施例如下：

实施例1

1.将BaCO₃、CoO、ZnO、Nb₂O₅按化学计量式Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_1/3Nb_2/3]O₃进行配料，配比为：14.9497g BaCO₃、1.3179g CoO、0.5756gZnO，6.6459gNb₂O₅，将约20g的混合粉料放入尼龙罐中，加入200ml无水乙醇，加入150g的锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，转速为400转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于80℃烘干，而后过40目筛；

3.将烘干、过筛后的粉料放入密封的氧化铝坩埚中，置于中温炉于1100℃预烧，保温4小时；

4.将步骤3预烧后的粉料按化学计量式Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_1/3Nb_2/3]O₃+0.002wt％CeO₂+0.002408wt％Y₂O₃，进行混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，烘干后过筛，再用粉末压片机以2MPa的压力压制成坯体；

5.将生坯置于正立的氧化铝中，于1450℃进行密闭烧结，保温12小时，之后以0.2℃/min的降温速率降温至1100℃，制成具有低损耗的中介高Qf值微波介质陶瓷。

6.用网络分析仪测试其微波介电性能，其性能如下：

介电常数：33.4

品质因数：95000

谐振频率温度系数为：1ppm/℃

实施实2～8

实施例2-8的x值、y值、预烧温度等工艺参数与与微波介电性能详见表1，其余制备过程与实施例1完全相同。

表1

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 (3)

1.一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料，其化学式为：Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_1/3Nb_2/3]O₃+xwt％CeO₂+ywt％Y₂O₃，其中0≤x≤0.01，0≤y≤0.01204。

该近零谐振频率温度系数的微波介质材料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将BaCO₃、CoO、ZnO、Nb₂O₅按化学计量式Ba[(Co_0.7Zn_0.28)_1/3Nb_2/3]O₃进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入无水乙醇和锆球后，球磨4～12小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～100℃烘干，然后过40目筛；

(3)烘干、过筛后的粉料放入氧化铝坩埚内并加坩埚盖密封，然后置于中温炉中，于1000～1200℃预烧，保温3～6小时；

(4)将步骤(3)预烧后的粉料，放入球磨罐中，并按照xwt％CeO₂+ywt％Y₂O₃，其中0≤x≤0.01，0≤y≤0.01204，添加CeO₂和Y₂O₃元素，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨10～15小时，烘干后过筛，再用粉末压片机以1～3MPa的压力压制成坯体；

(5)将步骤(4)的坯体置于氧化铝密封坩埚内，于1350℃～1450℃烧结，保温6～18小时，之后以1℃/min～0.05℃/min的降温速率降温至1000～1200℃，制成一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料。

2.根据权利要求1所述的一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料，其特征在于，所述步骤(1)的球磨时间为6小时。

3.根据权利要求1所述的一种近零谐振频率温度系数的微波介质材料，其特征在于，所述步骤(4)CeO₂和Y₂O₃的掺杂比例为x＝0.002，y＝0.002408。