本发明涉及新材料
技术领域：
，具体是一种含钼铋基焦绿石高介微波介质材料及其制备方法及应用。
背景技术：
：微波介质材料作为一种新型电子材料，在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等，广泛应用于微波技术的许多领域。可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面。铋基焦绿石体系材料尤以铋锌铌(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7（简写为BZN）为代表的一类立方焦绿石结构材料，由于其高介电常数，低介电损耗，电阻率高，介电常数温度系数可调及烧结温度低，并且其介电性能随组成组分的不同可以在较大范围内进行调整，使之成为应用于MLCC等多种电子元器件的一类新的非常有前途的介电材料，由此引发了目前国际上对焦绿石介电材料，特别是铋基焦绿石介电材料的广泛研究。研究表明，铋基焦绿石的组分和介电性能可在较大的范围内进行调整，其性能对组分变化敏感。通过改变元素配比可以对性能进行调控，从而实现不同的应用目的。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种含钼铋基焦绿石高介微波介质材料及其制备方法及应用，所制得的材料具有高介电常数、介电常数对温度变化敏感的特点，适合微波谐振器型无线无源温度传感器使用。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：含钼铋基焦绿石高介微波介质材料，该材料的通式为Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+mwt.%Bi2O3，其中，m表示Bi2O3以质量百分数添加，且m的取值为3.0～4.0。作为本发明进一步的方案：所述的m的取值为3.3～3.7。作为本发明进一步的方案：所述的m的取值为3.5。作为本发明进一步的方案：该材料所采用的原料为分析纯的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照通式Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+mwt.%Bi2O3，其中，m表示Bi2O3以质量百分数添加，且m的取值为3.0～4.0，准确称取分析纯的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化锆球为介质，无水乙醇为溶剂，粉料：氧化锆球：无水乙醇=1g：3～4g：1.2～1.5ml，湿法球磨16～20h，将得到的浆料烘干，过60目筛，得到混合粉料；（2）将混合粉料在空气气氛中890～960℃的温度下预烧结3～4h；（3）将预烧结后的混合粉料加入无水乙醇作为介质，再次湿法球磨16～20h，将得到的浆料烘干，过80目筛，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其质量的2～3%的质量浓度为8%的聚乙烯醇溶液进行造粒，过40～60目筛，再在7～10MPa压力下冷压成型为直径14～16mm×厚度6～8mm的圆片；（5）先将圆片从室温以1℃/min的速度升温至550℃保温2h进行排胶，接着在氧气气氛中以3～5℃/min的速度升温至1135～1220℃保温3～5h进行烧结，随炉冷却得到成品。作为本发明进一步的方案：所述的步骤（1）中，粉料：氧化锆球：无水乙醇=1g：3.5g：1.2ml。作为本发明进一步的方案：所述的步骤（2）中，在空气气氛中925℃的温度下烧结3.5h。作为本发明进一步的方案：所述的步骤（4）中，聚乙烯醇溶液的添加量为再次球磨的混合粉料质量的2.5%。作为本发明进一步的方案：所述的步骤（5）中，在氧气气氛中以4℃/min的速度升温至1170℃保温4h进行烧结。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料在制备微波谐振器型无线无源温度传感器方面的应用。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明材料的预烧结、烧结温度适中，只需要1135～1220℃就可以烧结致密化，在节约能源、降低生产成本的同时，还减少了对环境的污染；采用固相法烧结，生产工艺相对简单，便于工业化批量大生产；介电常数εr为177.8～225.4，介电损耗tanδ为2.4～3.3×10-6，Q×f0为3025～3338GHz，电容温度系数τC为-436.0～-484.7×10-6/℃，不仅具备优于传统铋基焦绿石材料的优异介电性能，而且具有高介电常数、介电常数对温度变化敏感的特点，适合微波谐振器型无线无源温度传感器使用。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1本发明实施例中，含钼铋基焦绿石高介微波介质材料，其通式为Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.0wt.%Bi2O3。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照通式准确称取分析纯的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化锆球为介质，无水乙醇为溶剂，粉料：氧化锆球：无水乙醇=1g：3g：1.5ml，湿法球磨16h，将得到的浆料烘干，过60目筛，得到混合粉料；（2）将混合粉料在空气气氛中890℃的温度下预烧结4h；（3）将预烧结后的混合粉料加入无水乙醇作为介质，再次湿法球磨20h，将得到的浆料烘干，过80目筛，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其质量的2%的质量浓度为8%的聚乙烯醇溶液进行造粒，过60目筛，再在7MPa压力下冷压成型为直径14～16mm×厚度6～8mm的圆片；（5）先将圆片从室温以1℃/min的速度升温至550℃保温2h进行排胶，接着在氧气气氛中以5℃/min的速度升温至1135℃保温5h进行烧结，随炉冷却得到成品。实施例2本发明实施例中，含钼铋基焦绿石高介微波介质材料，其通式为Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.2wt.%Bi2O3。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照通式准确称取分析纯的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化锆球为介质，无水乙醇为溶剂，粉料：氧化锆球：无水乙醇=1g：4g：1.2ml，湿法球磨20h，将得到的浆料烘干，过60目筛，得到混合粉料；（2）将混合粉料在空气气氛中960℃的温度下预烧结3h；（3）将预烧结后的混合粉料加入无水乙醇作为介质，再次湿法球磨16h，将得到的浆料烘干，过80目筛，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其质量的3%的质量浓度为8%的聚乙烯醇溶液进行造粒，过40目筛，再在10MPa压力下冷压成型为直径14～16mm×厚度6～8mm的圆片；（5）先将圆片从室温以1℃/min的速度升温至550℃保温2h进行排胶，接着在氧气气氛中以3℃/min的速度升温至1220℃保温3h进行烧结，随炉冷却得到成品。实施例3本发明实施例中，含钼铋基焦绿石高介微波介质材料，其通式为Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料的制备方法与实施例1相同。实施例4本发明实施例中，含钼铋基焦绿石高介微波介质材料，其通式为Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.8wt.%Bi2O3。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料的制备方法与实施例2相同。实施例5本发明实施例中，含钼铋基焦绿石高介微波介质材料，其通式为Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+4.0wt.%Bi2O3。所述的含钼铋基焦绿石高介微波介质材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照通式准确称取分析纯的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化锆球为介质，无水乙醇为溶剂，粉料：氧化锆球：无水乙醇=1g：3.5g：1.2ml，湿法球磨18h，将得到的浆料烘干，过60目筛，得到混合粉料；（2）将混合粉料在空气气氛中925℃的温度下预烧结3.5h；（3）将预烧结后的混合粉料加入无水乙醇作为介质，再次湿法球磨18h，将得到的浆料烘干，过80目筛，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其质量的2.5%的质量浓度为8%的聚乙烯醇溶液进行造粒，过40目筛，再在9MPa压力下冷压成型为直径14～16mm×厚度6～8mm的圆片；（5）先将圆片从室温以1℃/min的速度升温至550℃保温2h进行排胶，接着在氧气气氛中以4℃/min的速度升温至1170℃保温4h进行烧结，随炉冷却得到成品。对比例1在实施例3的通式基础上，采用锌元素取代其中的钼元素，即通式为Bi1.4(Mg0.85Zn0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相应地，原料MoO3替换为ZnO，其制备方法与实施例3相同。对比例2在实施例3的通式基础上，采用锌元素取代其中的镁元素，即通式为Bi1.2(Zn0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相应地，原料MgO替换为ZnO，其制备方法与实施例3相同。对比例3在实施例3的通式基础上，采用锌元素取代其中的镁元素和钼元素，即通式为Bi1.4ZnNb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相应地，原料MgO、MoO3替换为ZnO，其制备方法与实施例3相同。通过成品表面被银，利用Agilent4278A测试上述实施例和对比例所制得的制品的介电性能，测得的各成品的介电性能如表1所示（1MHz下）。同时，还对各例制得的成品的介电常数随温度变化而发生的变化进行了测试，测试结果如表2所示。表1各例的介电性能项目εrtanδ（×10-6）Q×f0（GHz）τC（×10-6/℃）实施例1177.83.33025-452.5实施例2182.73.13101-458.1实施例3200.82.83236-479.3实施例4208.62.43258-484.7实施例5225.42.63338-436.0对比例1140.53.73012-386.6对比例2156.23.32841-408.7对比例3121.33.92699-357.5表2各例的介电常数随温度的变化项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例1对比例2对比例3-50℃183.8189.0207.2215.3231.5146.5162.5127.6-25℃181.9186.9205.0213.0229.4144.6160.3125.60℃179.7184.9202.9210.8227.5142.4158.3123.525℃177.8182.7200.8208.6225.4140.5156.2121.350℃175.7180.7198.7206.4223.4138.6154.1119.475℃173.6178.6196.6204.2221.5136.5152.0117.3100℃171.7176.5194.4202.0219.6134.3149.9115.1125℃169.6174.4192.2199.8217.6132.2147.8113.0150℃167.5172.2190.1197.5215.7130.0145.6110.8由表1和表2可以看出：本发明实施例1～5制得的材料的介电常数εr、介电损耗tanδ、Q×f0、电容温度系数τC均明显优于对比例1～3，说明本发明材料是在钼元素和镁元素共同取代锌元素的作用下才具有的优异的电学性能；材料的介电常数εr为177.8～225.4，介电损耗tanδ为2.4～3.3×10-6，Q×f0为3025～3338GHz，电容温度系数τC为-436.0～-484.7×10-6/℃，不仅具备优于传统铋基焦绿石材料的优异介电性能，而且具有高介电常数、介电常数对温度变化敏感的特点，适合微波谐振器型无线无源温度传感器使用。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页1 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