专利名称：一种钡锌铌系微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明属于微波介质材料制造技术领域，特别涉及一种钡锌铌系微波介质陶 瓷及其制备方法。
背景技术：
随着科技的发展和通信技术的不断进歩，尤其是移动通信、卫星通信、全球 卫星定位系统GPS、蓝牙技术以及无线局域网WLA等现代通信的飞速发展，对小型 化、高性能化的微波电路和微波器件的需求量R益增加。在微波通讯中微波介质 陶瓷是不可或缺的关键元件且应用十分广泛。
目前综合性能最优的微波介质陶瓷以铌、钽为主要组成。铌、钽微波介质陶 瓷具有超高的品质因素，在国外被唯一的用作10GHz以上高频微波元件。由于铌、 钽资源在国外稀缺，导致铌、钽微波介质陶瓷价格昂贵，难以广泛使用。我国铌 矿产的储量在世界居第2位，在我国发展含铌微波介质陶瓷产业具有强大的资源 优势。
另一方面，低温共烧陶瓷LTCC技术通过采用独特的材料体系，使烧结温度降 低，可与金属导体共烧，从而提高了电子器件性能。由于LTCC微波元器件有较低 的介质损耗、较高的可达40GHz的工作频率、体积小，以及在恶劣环境下都有可 靠稳定的表现，已开始广泛应用于通讯、汽车电子、航天、消费电子及国防的控 制系统中。为了采用LTCC技术制造微波介质元件，实现微波陶瓷的低温烧结是关 键。目前，国内LTCC陶瓷制造以传统的合成和烧结的工艺为主，通过添加大量的 玻璃相来降低烧结温度。由于玻璃相通常较大地损害材料性能，使得我国LTCC 元件性能低，质量差。目前还没有见过烧结温度在1000"C附近，具有高品质因素 的钡锌铌系微波介质陶瓷的报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种钡锌铌系微波介质陶瓷及其制备方法，所述微波介 质陶瓷的化学组成为Ba (Zn1/3Nb2/3) 03—XM0，其中M代表Co、 Cu、 2/3B中的 至少一种，其摩尔比为Ba (Zn1/3Nb2/3) 03 : M0=1 : X， X = 0. 001 0. 02。
其制备方法歩骤如下1) 以纯度99%以上的硝酸钡、硝酸锌、草酸铌、硝酸钴、硝酸铜和硼酸为起 始原料；按化学表达式Ba (Znl/:,Nb2/:,) 0:,—XM0将一定比例的 消酸钡、硝 酸锌、草酸铌和柠檬酸溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，其中加 入的柠檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1.5:1。然后将艄酸钴、硝酸铜 和硼酸的至少一种按一定比例加入，溶解；
2) 在80。C环境下，将氨水缓慢加入歩骤1所配制的溶液中并持续搅拌，形 成pH值达到5-8之间的透明溶胶；
3) 将歩骤2配制的溶胶置于120"C的烘箱中烘干，形成干凝胶；
4) 将歩骤3获得的干凝胶在700"C-900。C下煅烧，得到粉术；
5) 将歩骤4合成的粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，压 制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为1000 1400°C，即制成微波 介质陶瓷。
本发明制备的微波介质陶瓷具有如下特征，其介电常数为20-40之间，具有 高的品质因数QXf值25000 70000GHz，谐振频率温度系数小-10-10 ppm/' C，可在不同烧结温度1000 1400。C烧结。
有望广泛应用于各种微波器件的制造。
具体实施例方式
本发明提出一种钡锌铌系微波介质陶瓷及其制备方法，所述微波介质陶瓷的 化学组成为Ba (Zn,/:,Nb2/3) 0:,—XMO，其中M代表Co、 Cu、 2/3B，其摩尔比为 Ba (Zn1/3Nb2/:,) 03 : MO=l : X， X=0. 001 0. 02。
其制备方法是以纯度99%以上的硝酸钡、硝酸锌、草酸铌、硝酸钴、硝酸铜 和硼酸为起始原料，按化学表达式Ba (Zn1/:iNb2/:,) 03—XMO将一定比例的硝酸钡、 硝酸锌、草酸铌和柠檬酸溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，其中加入的柠 檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1.5:1。然后将硝酸钴、硝酸铜和硼酸的至少 一种按一定比例加入，溶解；将氨水缓慢加入所配制的溶液中，直到pH值达到 5-8之间，在80"C加入并持续搅拌，形成透明溶胶。溶胶置于120"C的烘箱中烘 干，直至形成干凝胶；将获得的干凝胶在700-900"C下煅烧，得到粉木；合成的 粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，压制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为1000 1400°C，即制成微波介质陶瓷。
具体实施例如下 实施例1
本实施例化学组成为Ba (Znl/:,Nb2/3) 0:,- 0.005Co0，以纯度99%的硝酸钡、硝酸 锌、草酸铌、硝酸钴为起始原料，并通过以下各步骤实现
1) 以纯度99%的硝酸钡Ba(亂、硝酸锌Zn(N0:,)2.6H20、草酸铌 &他0((:204)3'州20、硝酸钴Co (NO:,) 2. 6H20和拧檬酸(C6H8) 7. H20为起始原料。 按一定比例将硝酸钡、硝酸锌、草酸铌和柠檬酸溶解于一定量的去离子 水中，形成溶液，其中加入的貯檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1. 5:1。 然后将硝酸钴按一定比例加入，溶解；
2) 将氨水缓慢加入歩骤1所配制的溶液中，直到pH值达到5-8之间，在 8()"C加入并持续搅拌，形成透明溶胶；
3) 将歩骤2配制的溶胶置于120"C的烘箱中烘干，直至形成干凝胶；
4) 将歩骤3获得的干凝胶在700-900"C下煅烧，得到粉末；
5) 将歩骤4合成的粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，压 制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为1400'C，即制成微波介质陶 瓷。
该微波介质陶瓷为32，品质因数QXf值为68500GHz，谐振频率温度系数t为 -1. 0ppm/. Co
实施例2
本实施例化学组成为Ba (Zn'/3Nb2/3) 03- 0. 005Co0 - 00. 005Cu0，以纯度99% 的硝酸钡、硝酸锌、草酸铌、硝酸钴和硝酸铜为起始原料，并通过以下各歩骤 实现
1) 以纯度99%的硝酸钡Ba(N0丄、硝酸锌Zn(NO:,)2. 6H20 、草酸铌 H3NbO(C204)3'4H20、硝酸钴Co(N03)2.6H20 、硝酸铜Cu (N03) 2. 6H20和柠檬 酸(CA)7.H20为起始原料。按一定比例将硝酸钡、硝酸锌、草酸铌和柠 檬酸溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，其中加入的柠檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1. 5:1。然后将硝酸钴和硝酸铜按一定比例加入， 溶解；
2) 将氨水缓慢加入歩骤1所配制的溶液中，直到pH值达到5-8之间，在 80"C加入并持续搅拌，形成透明溶胶；
3) 将歩骤2配制的溶胶置于120T的烘箱中烘干，直至形成干凝胶；
4) 将歩骤3获得的干凝胶在700-90(TC下煅烧，得到粉木；
5) 将歩骤4合成的粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，压 制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为1360°C，即制成微波介质陶 瓷。
该微波介质陶瓷为32，品质因数QXf值为62500GHz，谐振频率温度系数 t为-0.7 ppm/ C。
实施例3
本实施例化学组成为Ba (Zn1/:,Nb2/3) 0:厂0. 005CoO - 00. 005CuO -0. OIBA， 以纯度99%的硝酸钡、硝酸锌、草酸铌、硝酸钴、硝酸铜和硼酸为起始原料，并 通过以下各歩骤实现
1) 以纯度99%的硝酸钡Ba(N0丄、硝酸锌Zn(N03)2. 6H20 、草酸铌 H3NbO(C204)3-4H2。、硝酸钴Co(N03)2.6H20 、硝酸铜Cu (N03) 2. 6H20、硼 酸B203.3H20和柠檬酸(C6H8) 7. H20为起始原料。按一定比例将硝酸钡、 础酸锌、草酸铌和柠檬酸溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，其 中加入的柠檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1.5:1。然后将硝酸钴、 硝酸铜和硼酸按一定比例加入，溶解；
2) 将氨水缓慢加入歩骤1所配制的溶液中，直到pH值达到5-8之间，在 80"C加入并持续搅拌，形成透明溶胶；
3) 将歩骤2配制的溶胶置于120"C的烘箱中烘干，直至形成干凝胶；
4) 将歩骤3获得的干凝胶在700-900T下煅烧，得到粉末；
5) 将歩骤4合成的粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒， 压制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为100(TC，即制成微波介 质陶瓷。该微波介质陶瓷为23，品质因数QXf值为25500GHz，谐振频率温度系数 t为 -3. 6 ppm/' C。
本发明制备的微波介质陶瓷具有如下特征，其介电常数为20-40之间，具 有高的QX f值25000 70000GHz的品质因数，谐振频率温度系数小-10-10 ppm/" C，可在1000 140(TC的不同烧结温度下烧结。
有望广泛应用于各种微波器件的制造。
权利要求
1、一种钡锌铌系微波介质陶瓷，其特征在于它是由含有Ba，Zn，Nb元素的硝酸盐、草酸盐和柠檬酸盐为原料复合而成，其化学表达为Ba(zn1/3Nb2/3)O3—XMO，其中M代表Co、Cu、2/3B，X＝0.001～0.02。
2、 根据权利要求1所述钡锌铌系微波介质陶瓷，其特征在于，所述M0为CoO, Cu0和B20:,中的至少一种。
3、 一种钡锌铌系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法的制备歩骤如 下1) 以纯度99%以上的硝酸钡、硝酸锌、草酸铌、硝酸钴、硝酸铜和硼酸为起 始原料；按化学表达式Ba (Znl/:,Nb2/3) O:,—XMO将一定比例的硝酸钡、硝 酸锌、草酸铌和柠檬酸溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，其中加 入的柠檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1.5:1;然后将硝酸钴、硝酸铜 和硼酸的至少一种按一定比例加入，溶解；2) 在80。C环境下将氨水缓慢加入歩骤1所配制的溶液中并持续搅拌，形成 pH值达5-8之间的透明溶胶；3) 将歩骤2配制的溶胶置于120"C的烘箱中烘干，形成干凝胶；4) 将歩骤3获得的干凝胶在700-900"C下煅烧，得到粉末；5) 将歩骤4合成的粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，压 制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为1000 140(TC即制成微波介质陶瓷。
全文摘要
一种钡锌铌系微波介质陶瓷及其制备方法，属于微波介质材料制造技术领域。该陶瓷的化学组成为Ba(Zn<sub>1/3</sub>Nb<sub>2/3</sub>)O<sub>3</sub>-XMO(M代表Co、Cu、2/3B)，其摩尔比为Ba(Zn<sub>1/3</sub>Nb<sub>2/3</sub>)O<sub>3</sub>∶MO＝1∶X，X＝0.001～0.02；将按比例的硝酸盐、草酸盐和柠檬酸溶解在去离子水中，用氨水调整pH值至5-8，形成溶胶；将溶胶烘干为干凝胶；干凝胶经煅烧后形成活性粉末。粉末经过湿磨、压制成型，在高温炉中烧结制成微波介质陶瓷；本发明的微波介质陶瓷，可在不同烧结温度1000～1400℃环境下烧结，具有20～40的中等介电常数和Q×f值在25000～70000GHz的高品质因数，有望广泛应用于各种微波器件的制造。
文档编号C04B35/622GK101423394SQ200810182579
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者宋申华, 翁履谦, 谢筱玲, 陆正武 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院