CN1420102A - 准纳米级二钡九钛氧化物微波陶瓷及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

涉及一种以氧化物为基础的以成分为特征的陶瓷组合物，准纳米级Ba2Ti9O20微波陶瓷由主成分Ba(OH)2·8H2O和TiO2以及微量添加物Al2O3、SiO2和Bi2O3组成。其工艺步骤为将主成分置于高压反应釜中反应，制中性干燥，并加入微量添加物成型。制得晶粒细小均匀、几乎不含气孔和性能优良的微波介质陶瓷，所得样品具有明显优越的微波性能，抽样进行透射电子显微分析，可见粉体颗粒大小为40～200nm。

Description

准纳米级二钡九钛氧化物微波陶瓷及其制造方法
(1)技术领域
本发明涉及一种以氧化物为基础的以成分为特征的陶瓷组合物，尤其是一种粒径为40～200nm的准纳米级二钡九钛氧化物(Ba2Ti9O20)微波陶瓷及其制造方法。
(2)背景技术
以往微波陶瓷一般采用固相反应法制备，经过原料配方称量、球磨、煅烧、粉碎、造粒、成型和烧结以及金属化等工序，最后进行微波性能的检测。传统的固相反应法由于粉料颗粒较粗，各种组分扩散反应难于充分均匀，制得的陶瓷晶粒大小通常在微米数量级，晶粒大小相差较大，还有气孔等缺陷，使得微波性能难于进一步提高。而现代微波技术发展迅速，特别是移动通信技术正朝着更高频率、更大带宽和微型化方向发展，客观要求微波陶瓷及其器件具有更优异的性能。
CN1232801A号专利申请公开一种高介电常数微波介质陶瓷及其制备方法，其主成分BaO、Ln2O2(Ln为La或Sm)、TiO2、Ta2O5、副成分是(La0.1Bi0.9)2Ti2O7，主成分中各成分的含量(摩尔％)分别为BaO：8.34～41.66，Ln2O3：4.17～20.83，TiO2：25.0～58.33，Ta2O5：12.5～29.17，副成分的含量(重量％)是0～35。采用相应方法制备而成，这种微波介质陶瓷，其介电常数高达100～210，同时具有低损耗与较小的谐振频率温度系数。
CN1158599A号专利申请提供一种介质陶瓷组成物及其制造方法，这些陶瓷材料是让Ba(Zn1/3、Ta2/3)O3系或者Ba(Mg1/3、Ta2/3)O3系的陶瓷材料内含有CaTiO3、或者是MgTiO3及/或SrTiO3，而且也可添加作为烧结辅助材料的SiO2及/或B2O3、MnO及/或ZnO。这些陶瓷材料具有大的无载Q值和高的介电常数以及小的谐振频率温度系数。这些陶瓷材料都能够用比以往低的烧成温度(1200～1650℃)容易地进行制造。
CN1189479A号专利申请公开一种高频用Mb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料及制备方法，提供的新组成区域(mol％)为：NbO6/2 33.0-44.0，ZnO 21.0-32.0，BiO1/2 29.0-39.0。制备工艺与传统氧化物陶瓷工艺相同。在制备过程中，作为调节电性能，用二价元素Ba，Sr，Ca部分取代Zn，其单独和及Ca与Ba或Sr复合取代加入量(mol％)为：Ba 0.5-6.0，Sr 0.5-6.0，Ca 3.0-26.0，复合取代量大加入量为26.0，并有着较佳的介电性能。
CN1218779A号专利申请提供一种高频用Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料及制备工艺，提供的新组成区域(mol％)为：MbO6/2 35.0-41.0％，ZnO 20.0-25.0mol％，BiO3/2 38.0-44.0。在制备过程中，作为烧结助剂用低熔点化合物(单独或复合添加)的加入量(wt％)为：LiF0.01-3.0，CuO 0.01-1.0，V2O5 0.01-1.0，H3BO3 0.01-1.0，Pb3O4 0.01-3.0。作为调节电性能，取代Zn的二价元素为Ba、Sr、Ca，其单独或复合取代加入量(mol％)为：Ba 0.5-6.0，Sr 0.5-6.0，Ca 1.0-24.0。提供的有关介质陶瓷的烧结温度≤900℃，烧结温度范围较宽，约为60-80℃，并具有较佳的介电性能。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种晶粒细小均匀、几乎不含气孔和性能优良的准纳米级Ba2Ti9O20微波陶瓷的配方以及用水热法制造准纳米级Ba2Ti9O20微波陶瓷的方法。
准纳米级Ba2Ti9O20微波陶瓷由主成分：氢氧化钡溶液(Ba(OH)2·8H2O)和二氧化钛(TiO2)以及微量添加物：三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和三氧化二铋(Bi2O3)组成，各组分的含量(按摩尔比)为Ba(OH)2·8H2O与TiO2按1∶(3～6)的比例，Al2O3为0.1～2wt％，SiO2为0.1～3wt％，Bi2O3为0.5～5wt％。
准纳米级Ba2Ti9O20微波陶瓷的制造方法：
1)将上述各主成分按配比置于高压反应釜中，升温至150～200℃进行水热反应，恒温时间为1～40h；
2)把反应产物进行洗涤和抽滤，制中性后干燥；
2)加入上述微量添加物，进行球磨、烘干、造粒、成型，并在1250～1300℃下保温1～5h，即制得所说的准纳米级二钡九钛氧化物微波陶瓷。
本发明采用水热法制备准纳米级的Ba2Ti9O20微晶粉体，并添加微量组分Al2O3、SiO2和Bi2O3，经烧结温度1250～1300℃保温1～5小时，制得晶粒细小均匀、几乎不含气孔和性能优良的微波介质陶瓷。抽样进行透射电子显微分析，可见粉体颗粒大小为40～200nm。所得的样品具有明显优越的微波性能。参见以下具体实施例。
(4)具体实施方式
根据上述准纳米级二钡九钛氧化物微波陶瓷的主成分和微量添加物的配比以及制造方法，表1给出各实施例的数据，表2给出各实施例的性能。
              表1水热法制备准纳米级的Ba2Ti9O20微晶粉体的数据
  实施例样品编号     Ba(OH)2·8H2O/TiO2(摩尔比)     Al2O3 SiO2  Bi2O3(wt％)(wt％)(wt％)   恒温时间(h)   颗粒大小(nm)
01 1/3 0.1   3.0   0.5   15102040   4090150200200
02 1/3 0.5   2.0   3.0   15102040   5080140190200
03 1/3 1.0   1.0   5.0   15102040   4080130180200
04 1/3 2.0   0.1   1.0   15102040   5090150190200
05 1/4 0.1   3.0   0.5   15102040   4080140190200
06 1/4 0.5   2.0   3.0   15102040   5090140200200
07 1/4 1.0   1.0   5.0   15102040   5080140180200
08 1/4 2.0   0.1   1.0   15102040   4090150200200
09 1/4.5 0.1   3.0   0.5     15102040     5080150190200
10 1/4.5 0.5   2.0   3.0     15102040     50100140190200
11 1/4.5 1.0   1.0   5.0     15102040     4090140180200
12 1/4.5 2.0   0.1   1.0     15102040     4080130190200
13 1/5 0.1   3.0   0.5     15102040     5090140190200
14 1/5 0.5   2.0   3.0     15102040     4090140190200
15 1/5 1.0   1.0   5.0     15102040     40100140190200
16 1/5 2.0   0.1   1.0     15102040     5080140200200
17 1/6 0.1   3.0   0.5     15102040     50100140200200
18 1/6 0.5   2.0   3.0     15102040     4090150190200
19 1/6 1.0   1.0   5.0     15102040     4090140180200
20 1/6 2.0   0.1   1.0     15102040     50100140190200
        表2采用水热法制备准纳米级Ba2Ti9O20粉体制得微波陶瓷性能
  实施例样品编号   烧成温度(℃)   保温时间(h)     介电常数ε   Q·f     τf(ppm/℃)
01   125012751300   52.51     202528   43,00042,00040,000     +3+5-2
02   125012751300   52.51     242732   32,00040,00036,000     +4+6+8
03   125012751300   52.51     222931   40,00038,00036,000     +3+4-1
04   125012751300   52.51     232629   40,00038,00036,000     -2-4-7
05   125012751300   52.51     273238   45,00043,00041,000     +4+6-1
06   125012751300   52.51     283439   49,00045,00039,000     +4+6+8
07   125012751300   52.51     303640   48,00043,00035,000     +8+6+3
08   125012751300   52.51     303640   48,00043,00035,000     +8+6+3
09     125012751300     52.51     323845     49,00045,00040,000     +9+7+5
10     125012751300     52.51     343944     48,00046,00041,000     +9+8+4
11     125012751300     52.51     333843     49,00046,00042,000     +9+7+4
12     125012751300     52.51     354044     48,00045,00040,000     +8+7+2
13     125012751300     52.51     323841     47,00044,00042,000     +5+4+1
14     125012751300     52.51     333740     48,00045,00041,000     +6+4+2
15     125012751300     52.51     303438     49,00046,00042,000     +5+2+1
16     125012751300     52.51     242731     45,00043,00040,000     +4+1-2
17     125012751300     52.51     222519     46,00042,00039,000     +3-3-5
18     125012751300     52.51     202421     44,00041,00038,000     +1-3-6
19     125012751300     52.51     232120     43,00041,00037,000     +3-5-2
20     125012751300     52.51     242218     43,00040,00041,000     +1-5-8

Claims (2)

1.准纳米级Ba2Ti9O20微波陶瓷，其特征在于由主成分：Ba(OH)2·8H2O和TiO2以及微量添加物：Al2O3、SiO2和Bi2O3组成，各组份按摩尔比的含量为Ba(OH)2·8H2O/TiO2为：1∶(3～6)，Al2O3为0.1～2wt％，SiO2为0.1～3wt％，Bi2O3为0.5～5wt％。
2.如权利要求1所述的微波陶瓷的制造方法，其特征在于
1)将各主成分按配比置于高压反应釜中，升温至150～200℃进行水热反应，恒温时间为1～40h；
2)应产物进行洗涤和抽滤，制中性后干燥；
3)加入微量添加物，进行球磨、烘干、造粒、成型，并在1250～1300℃下保温1～5h，即制得所说的准纳米级二钡九钛氧化物微波陶瓷；
4)所说的主成分为：Ba(OH)2·8H2O和TiO2，其按摩尔比的含量为Ba(OH)2·8H2O/TiO2为1∶(3～6)；
5)所说的微量添加物为Al2O3为0.1～2wt％，SiO2为0.1～3wt％，Bi2O3为0.5～5wt％。
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