CN1519216A - 一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法 - Google Patents

一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法，其原料的摩尔量百分比为：Ba(OH)211.85－28.25，Ln(NO3)320.47－33.23，TiCl445.51－67.34，其中Ln为La或Sm，其处理步骤为：①将TiCl4充分水解得到偏钛酸沉淀；②将偏钛酸沉淀与硝酸镧或硝酸钐按上述配比一起放入密闭的高压反应釜中，在200～350℃下进行反应，制得钛酸镧或钛酸钐；③过滤、洗涤、干燥后，再加入氢氧化钡，在密闭的高压反应釜中进行反应，制得含有目标相的微波介质陶瓷粉末；④过滤、洗涤、干燥后，直接造粒、成型，在1200～1350℃大气气氛中烧结处理。本发明所制备的微波介质陶瓷的介电常数可达80~120，品质因数大于5000，谐振频率温度系数τf的绝对值可小于15ppm/℃。

Description

一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法
技术领域
本发明属于微波介质陶瓷技术领域，具体涉及一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法。
背景技术
随着移动通信事业的迅猛发展，对微波介质谐振器、滤波器及双工器等元器件用的高介电常数微波介质陶瓷的需求也越来越大。作为微波元器件的介质陶瓷必须具备尽可能高的介电常数εr(通常大于70)，低的介电损耗(高Q值，Q＞3000在应用频率)与接近于零的谐振频率温度系数(-15ppm/℃＜τf＜+15ppm/℃)。
一般而言，介电常数大的材料往往介电损耗与温度系数也大，这给高介电常数微波介质陶瓷的制备带来许多困难。通常，微波介质陶瓷粉末由固相反应法合成，制备的粉末粒径大，粒度分布宽，组分不均匀，难以满足微波介质陶瓷越来越严格的质量要求。因此，人们希望寻求一种“理想”的粉末，它具有粒径小，粒度分布窄，纯度高，形貌和组分易控制等特点，并且用此粉体制备出的陶瓷具有优良的微波介电性能。国内外用改进的方法制备高介电常数微波介质陶瓷的方法主要有溶胶凝胶法和共沉淀法。这些方法要么原料昂贵，成本较高，要么工艺复杂，难以控制，不利于形成规模化生产。如Yebin Xu等[Yebin Xu，Yanyan He，Polymeric precursorsynthesis of Ba6-3xSm8+2xTi18O54 ceramic powder.Ceramics International，28(2002)75-78]用聚合物作为前驱体合成Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷粉，此种方法所用的原料为价格昂贵的有机物，且合成出的粉料还必须经过预烧，才能烧结成陶瓷，因此成本较高。所以急需开发一种新的制备方法，以制备出高性能的高介电常数微波介质陶瓷。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷的制备高介电常数微波介质陶瓷的方法，该方法合成出的粉料不须经过预烧，生产成本低，便于工业化生产，所制备的微波介质陶瓷性能优良。
本发明提供了一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法，其原料的摩尔量百分比为：
         Ba(OH)2            11.85--28.25
         Ln(NO3)3          20.47--33.23
         TiCl4              45.51--67.34
其中Ln为La或Sm，其处理步骤为：
①、将TiCl4充分水解得到偏钛酸沉淀；
②、将偏钛酸沉淀与硝酸镧或硝酸钐按上述配比一起放入密闭的高压反应釜中，在200～350℃下进行反应，制得钛酸镧或钛酸钐；
③、将钛酸镧或钛酸钐过滤、洗涤、干燥后，再按上述比例加入氢氧化钡，在密闭的高压反应釜中进行反应，反应温度为200～350℃，制得含有目标相的微波介质陶瓷粉末；
④、将微波介质陶瓷粉末过滤、洗涤、干燥后，直接造粒、成型，在1200～1350℃大气气氛中烧结处理即可。
本发明采用水热法制备微波介质陶瓷。水热法是以水溶液作为介质，在密闭的压力容器中进行反应的一种湿化学陶瓷粉末制备方法。它为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的特殊的物理、化学环境，粉末的形成经历了一个溶解-结晶过程。在本方法中，采用的是分步水热合成法。本发明所制备的微波介质陶瓷的介电常数可达80~120，品质因数大于5000，谐振频率温度系数τf的绝对值可小于15ppm/℃。
具体实施方式
下面以Ln(NO3)3为La(NO3)3，且Ba∶La∶Ti＝1∶2∶4(摩尔百分比)为例，说明本发明的反应过程：
本发明采用四氯化钛的水解物为钛的前驱体，它是决定水热合成反应的关键。如果钛的前驱体是结晶好的锐钛矿型或金红石型二氧化钛，则反应难以进行。
下面举例加以说明：
实施例1：
按摩尔量百分比Ba(OH)2∶La(NO3)3∶TiCl4＝13∶26∶52制备高介电常数微波介质陶瓷。
将分析纯的TiCl4充分水解得到偏钛酸沉淀，将此沉淀物充分洗涤后，按硝酸镧与偏钛酸的摩尔比将两种原料放入高压反应釜内，加入1000ml蒸馏水，在300℃下恒温10小时，高压反应釜内的搅拌器搅拌速度为200rad/min。反应结束后，将合成粉料过滤、洗涤、干燥。然后再与氢氧化钡一起放入高压反应釜内，加入1000ml蒸馏水，在300℃下恒温8小时，搅拌速度为250rad/min。反应结束后，将合成粉料过滤、洗涤、干燥、造粒、成型，在1250℃下大气气氛中烧结4小时。用平行板谐振法在1GHz下进行微波介电性能的评价。其介电常数为96，品质因数Qf为6300，谐振频率温度系数τf＝14ppm/℃。
实施例2-9：
各实施例的组分及工艺参数见表1、表2，具体制备过程与实施例1相同。
                              表1
实施例   Ba(OH)2(mol％)       Ln(NO3)3(mol％)   TiCl4(mol％)
    Ln＝La   Ln＝Sm
  2   11.85     33.23   54.92
  3   28.25     20.47   51.28
  4   21.23     33.26   45.51
  5   12.19     20.47   67.34
  6   11.85   20.81   67.34
  7   28.25   26.24   45.51
  8   21.26   33.23   45.51
  9   28.24   20.47   51.29
                                                表2
  实施例     第一步合成   第二步合成        烧结          微波介电性能
  温度(℃)   时间(h)   温度(℃)   时间(h)   温度(℃)   时间(h) εr   Q(在1GHz)   τfppm/℃
  2   200   24   200   24   1250   4   80   5000   25
  3   300   8   300   10   1300   5   120   5200   15
  4   330   10   350   8   1350   3   102   6000   18
  5   340   8   310   12   1200   6   90   5400   14
  6   350   4   350   4   1250   5   80   6200   -5
  7   280   16   320   12   1300   4   81   7500   -4
  8   250   20   280   18   1280   6   81   8900   -1
  9   290   22   340   10   1350   4   80   8500   -6

Claims (1)

1、一种制备高介电常数微波介质陶瓷的方法，其原料的摩尔量百分比为：
Ba(OH)2                11.85--28.25
Ln(NO3)3              20.47--33.23
TiCl4                  45.51--67.34
其中Ln为La或Sm，其处理步骤为：
①、将TiCl4充分水解得到偏钛酸沉淀；
②、将偏钛酸沉淀与硝酸镧或硝酸钐按上述配比一起放入密闭的高压反应釜中，在200～350℃下进行反应，制得钛酸镧或钛酸钐；
③、将钛酸镧或钛酸钐过滤、洗涤、干燥后，再按上述比例加入氢氧化钡，在密闭的高压反应釜中进行反应，反应温度为200～350℃，制得含有目标相的微波介质陶瓷粉末；
④、将微波介质陶瓷粉末过滤、洗涤、干燥后，直接造粒、成型，在1200～1350℃大气气氛中烧结处理即可。
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