超低温烧结的微波介电陶瓷Li3Nb3B2O12及其制备方法转让专利
申请号 : CN201410136331.8
文献号 : CN103880422B
文献日 : 2015-07-22
发明人 : 方亮 , 郭欢欢 , 唐莹
申请人 : 桂林理工大学
摘要 :
本发明公开了一种超低温烧结的微波介电陶瓷Li3Nb3B2O12及其制备方法。超低温烧结的微波介电陶瓷的化学组成为Li3Nb3B2O12。（1）将分析纯的Li2CO3、Nb2O5和B2O3的原始粉末按Li3Nb3B2O12化学式称量配料。（2）将步骤（1）原料加入蒸馏水混合湿式球磨12小时，烘干后在600℃大气气氛中预烧6小时。（3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在650~680℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3%。本发明制备的陶瓷在650~680℃烧结良好，其介电常数达到9～10，品质因数Qf值高达110000-138000GHz，谐振频率温度系数小，可与Ag低温共烧，在工业上有着极大的应用价值。
权利要求 :
1.一种超低温烧结的微波介电陶瓷，其特征在于所述微波介电陶瓷的化学组成为：Li3Nb 3B2O12；
所述微波介电陶瓷的制备方法具体步骤为：
（1）将分析纯的Li2CO3、Nb2O5和B2O3的原始粉末按Li3Nb3B2O12化学式称量配料;（2）将步骤（1）原料加入蒸馏水混合湿式球磨12小时，烘干后在600℃大气气氛中预烧6小时；
（3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在650~680℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3%。
说明书 :
超低温烧结的微波介电陶瓷Li3Nb3B2O12及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及介电陶瓷，特别是涉及在微波频率使用的介质基板、谐振器和滤波器等微波元器件的微波介电陶瓷及其制备方法。
背景技术
[0002] 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、介质基片和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、电视卫星接受器和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。
[0003] 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）系列化介电常数εr以适应不同频率及不同应用场合的要求;（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≥3000 GHz;(3) 谐振频率的温度系数τƒ尽可能小以保证器件具有好的热稳定性，一般要求-10/℃≤τƒ≤+10 ppm/℃。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。
[0004] 根据相对介电常数εr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电陶瓷分为4类。
[0005] （1）超低介电常数微波介电陶瓷，主要代表是Al2O3-TiO2、Y2BaCuO5、MgAl2O4和Mg2SiO4等，其εr≤20，品质因数Q×f≥50000GHz，τƒ≤10 ppm/°C。主要用于微波基板以及高端微波元器件。
[0006] （2）低εr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εr=25～30,4
Q=(1～2)×10(在f≥10 GHz下), τƒ≈0。主要应用于f≥8 GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。
Q=(1～2)×10(在f≥10 GHz下), τƒ≈0。主要应用于f≥8 GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。
[0007] （3）中等εr和Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi4O9、Ba2Ti9O20和（Zr、Sn）TiO43
等为基的MWDC材料,其εr＝35~40，Q=（6～9）×10 （在f=3～－4GHz下），τƒ≤5 ppm/°C。主要用于4～8 GHz 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。
等为基的MWDC材料,其εr＝35~40，Q=（6～9）×10 （在f=3～－4GHz下），τƒ≤5 ppm/°C。主要用于4～8 GHz 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。
[0008] （4）高εr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或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、Ca1-xLn2x/3TiO3系等高εr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。
[0009] 以上这些材料体系的烧结温度一般高于1300°C，不能直接与Ag和Cu 等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。近年来，随着器件小型化与集成化发展，微波介质陶瓷需要与成本较Au、Pd等金属低的Ag或Cu电极（熔点分别为961℃及1042℃）共烧获得片式多层结构，这就要求材料不仅具有好的微波介电性能，而且其烧结温度要低于Cu、Ag的熔点。目前探索的固有烧结温度低的新材料体系主要是含Bi2O3、Li2O、TeO2、V2O5等低熔点组分的多元复合氧化物，其中包括Bi2O3-ZnO-Nb2O5体系烧绿石型化合物、BiNbO4、Bi2Mo2O9、Bi2W2O9、Bi3SbO7等Bi基材料；Li1+x-yM1-x-3yTix+4yO3(M= Nb, Ta)、Ca(Li1/3Nb2/3)O3-&、Li2TiO3、Li3NbO4、
2+ 3+
Li2MgSiO4、Li2MgTiO4、Li2(M )2Mo3O12、Li3(M )Mo3O12 (M=Zn, Ca, Al, In)等Li基材料；
BaTe4O9、Zn2Te3O8、BaTiTe3O9等Te基材料。
2+ 3+
Li2MgSiO4、Li2MgTiO4、Li2(M )2Mo3O12、Li3(M )Mo3O12 (M=Zn, Ca, Al, In)等Li基材料；
BaTe4O9、Zn2Te3O8、BaTiTe3O9等Te基材料。
[0010] 由于含Bi、Te、Mo等化合物容易与Ag电极发生界面反应以及原料TeO2有毒使得这些Bi、Te、Mo基材料的应用受到限制。我们对组成为Li3Nb3B2O12的新化合物进行了烧结特性与微波介电性能研究，结果发现该类陶瓷具有优异的综合微波介电性能同时烧结温度低于700°C，可实现与Ag的低温共烧，可广泛用于各种介质基板、谐振器和滤波器等微波器件的制造，可满足低温共烧技术及微波多层器件的需要。
发明内容
[0011] 本发明的目的是提供一种具有低损耗与良好的热稳定性，同时烧结温度低的微波介电陶瓷。
[0012] 本发明的微波介电陶瓷的化学组成式为：Li3Nb3B2O12。
[0013] 所述微波介电陶瓷的制备方法具体步骤为：
[0014] （1）将分析纯的Li2CO3、Nb2O5和B2O3的原始粉末按Li3Nb3B2O12化学式称量配料。
[0015] （2）将步骤（1）原料加入蒸馏水混合湿式球磨12小时，烘干后在600℃大气气氛中预烧6小时。
[0016] （3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在650~680℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3%。
[0017] 本发明制备的陶瓷在650-680℃烧结良好，其介电常数达到9～10，品质因数Qf值高110000-138000GHz，谐振频率温度系数小，因此在工业上有着极大的应用价值。
具体实施方式
[0018] 实施例：
[0019] 表1示出了构成本发明的不同烧结温度的4个具体实施例及其微波介电性能。其制备方法如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价；将Li3Nb3B2O12粉料与占粉料质量20%的Ag粉混合、压制成型后，在680℃下烧结4小时；X 射线衍射物相分析与扫描电镜观察都显示Li3Nb3B2O12与Ag没发生化学反应，即Li3Nb3B2O12可以与Ag电极低温共烧。
[0020] 本发明决不限于以上实施例。烧结温度的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
[0021] 本陶瓷可广泛用于各种介质基板、谐振器和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。
[0022] 表1：