一种固有低烧结温度微波介质陶瓷的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子信息材料与器件领域，具体涉及一种可应用于微波通信系统中介 质谐振器、滤波器、振荡器和电容器等关键微波元器件制作的低固有烧结温度微波介质陶 瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着移动通讯和卫星通讯的迅猛发展，电子整机朝着小型化、便携式、高 性能、数字化及高可靠性方向发展，推动了电子元器件的微型化、集成化、多功能化和高频 化的发展速度。微波介质陶瓷制作的介质谐振器、滤波器、振荡器、电容器等微波元器件具 有体积小、质量轻、性能稳定、价格便宜等优点，使对微波介质陶瓷的需求日益高涨。但微波 介质陶瓷的烧结温度通常较高，增加了其制备难度。因此，人们已采取各种方法去降低微波 介质陶瓷的烧结温度，以期实现微波介质陶瓷的低温烧结。
[0003] 通常采用的降低微波介质陶瓷烧结温度的方法有以下几种：第一种方法是添加低 熔点的氧化物或者低软化点的玻璃相等烧结助剂，这种方法最为常见也较有效，在助剂添 加较多时烧结温度会显著降低，但一般会导致微波介电性能的明显恶化。第二种方法就是 采用化学或者物理的方法，降低初始粉体的粒度，制备超细粉体(如纳米粉体)，从而降低微 波介质陶瓷的烧结温度。但是这种方法工艺复杂、成本较高，而且有时候也面临微波介电性 能的恶化。因此，这种方法难以达到实际应用的要求。第三种方法就是寻找固有低烧结温 度的微波介质陶瓷，不添加烧结助剂、不需要超细粉体即可实现低温烧结，而且能保持其本 身的优异微波介电性能。因此，探索开发固有低烧结温度(< 1100°C或者900°C)、性能优异 的微波介质陶瓷显得尤为迫切。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种具有高介电常数、高品质因数、固有低烧结温度的微 波介质陶瓷，其具有较高的介电常数、高Qf值和较低谐振频率温度系数，适用于移动通信、 卫星通信等系统中谐振器、滤波器、振荡器以及电容器等微波元器件的制备。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种固有低烧结温度微波介质陶瓷，其化学组成表达式为：^Ca0-_7〇Cu0-/?Mn02)-z(/3M 〇03-奶02);其中，z+7+z=100mol%，加~/?=1，;各组分的摩尔百分比含量分别为： (1) 氧化钙（CaO) 7mol°/〇 ^ 12. Imo 1% ； (2) 氧化铜（CuO)和二氧化锰（MnO2) 35. 5mol°/〇 ^ 52. 5mol°/〇, 其中，氧化铜（CuO) 90mol%-100mol%， 二氧化猛（MnO2) Omo 1%-10.0 mol% ； (3) 三氧化钼（MoO3)和二氧化钛（TiO2) 47. 5mol°/〇 ^ ^ 56. 7mol°/〇, 其中，三氧化钼（MoO3) 0mol%-33. 3mol%， 二氧化钛（TiO2) 66. 7mol%-100mol%。
[0006] 各组分的摩尔百分比含量优选为：8. 6mol%彡< 12. lmol%， 38. Omo 1% ^ 46. 7mol°/〇, 48. Omo 1% ^ ^ 56. 7mol°/〇 ；0. 92 ^ 0. 96,0. 04 ^ 0. 08, 0. 05 ^ 0. 25,0. 75 ^ 0. 95〇
[0007] 所述微波介质陶瓷的烧结温度为900~1050 °C，介电常数为55-95, Qf值为 2800-9000GHz〇
[0008] 优选：（I) F9· 2mol%，尸 40. 2mol%，ζ=50· 6mol%，sfO. 95, /?=0· 05,尸0· 10, fO· 90 ; 烧结温度：980°C ;微波介电性能：ε =82, Qf=5890GHz，τ f=120X 10_6/°C ; (2) fIO. 2mol%，尸38. 5mol%，z=5L 3mol%，sfO. 94，/?=0· 06,尸0· 18，fO· 82 ;烧结温 度：1000°C ;微波介电性能：ε =78, Qf=6800GHz，τ f=ll〇X l〇_6/°C ; (3) F12· Omol%，尸38. Omol%，ζ=50· Omol%，sfO. 96，/?=0· 04,尸0· 15，fO· 85 ;烧结温 度：1010°C ;微波介电性能：ε =76, Qf=6000GHz，τ f=93X 10_6/°C 所述的微波介质陶瓷具有钙钛矿结构。
[0009] 本发明的显著优点在于：本发明提供的固有低烧结温度微波介质陶瓷，采用的原 料不含Pb、Bi、Cd等任何损害人体健康、污染环境的成分，且所得固有低烧结温度微波介质 陶瓷的烧结温度为900-1050°C，介电常数ε为55-95,0€值为2800-90006抱，并具有较低 的谐振频率温度系数，可以作为微波通讯中介质谐振器、滤波器、振荡器以及电容器等微波 元器件的关键材料使用，可广泛应用于卫星广播电视、全球卫星定位系统及蓝牙技术等领 域，具有极大的工业应用价值。
【附图说明】
[0010]图1为本发明固有低烧结温微波介质陶瓷的XRD图谱。
[0011] 图2为本发明固有低烧结温微波介质陶瓷的SEM图谱。
【具体实施方式】
[0012] 一种固有低烧结温度微波介质陶瓷，其化学组成表达式为：^CaO-jKffiCuO-flMnOj-zOitoC^-^TiC^) ; 其中，欢F+FlOOmol%， 加; 各组分的摩尔百分比含量分别为： (1) 氧化钙（CaO) 7mol°/〇 ^ 12. Imo 1% ； (2) 氧化铜（CuO)和二氧化锰（MnO2) 35. 5mol°/〇 ^ 52. 5mol°/〇, 其中，氧化铜（CuO) 90mol%-100mol%， 二氧化猛（MnO2) Omo 1%-10.0 mol% ； (3) 三氧化钼（MoO3)和二氧化钛（TiO2) 47. 5mol°/〇 ^ ^ 56. 7mol°/〇, 其中，三氧化钼（MoO3) 0mol%-33. 3mol%， 二氧化钛（TiO2) 66. 7mol%-100mol%。
[0013] 各组分的摩尔百分比含量优选为：8. 6mol%彡< 12. lmol%， 38. Omo 1% ^ 46. 7mol°/〇, 48. Omo 1% ^ ^ 56. 7mol°/〇 ；0. 92 ^ 0. 96,0. 04 ^ 0. 08, 0. 05 ^ 0. 25,0. 75 ^ 0. 95〇
[0014] 所述微波介质陶瓷的烧结温度为900~1050 °C，介电常数为55-95，Qf值为 2800-9000GHz〇
[0015] 所述的微波介质陶瓷具有钙钛矿结构。
[0016] 所述固有低烧结温度微波介质陶瓷的制备方法具体步骤为： (1) 按所需Ca0、Cu0、Mn02、Mo0#P TiO 2的摩尔百分比称取分析纯原料CaCO 3、Cu0、Mn02、 皿〇03和 TiO2; (2) 将称好的粉末在蒸馏水中湿法球磨混合8-24h，然后烘干； (3) 将烘干后的粉末在800-1000°C、空气气氛中预烧2-6h，得到钙钛矿相粉体； (4) 在所得钙钛矿相粉体中添加粘结剂造粒，压制成陶瓷坯体；所述粘结剂为质量浓度 5%的聚乙烯醇溶液或聚乙烯醇缩丁醛溶液；其添加量为预烧粉末总质量的5~8% ; (5) 制得的陶瓷坯体于900-1050°C、流动空气中烧结2-6h，获得致密的固有低烧结温 度微波介质陶瓷。
[0017] 为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合【具体实施方式】对本发明所述的 技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0018] 实施例1 制备一种固有低烧结温度微波介质陶瓷，其化学组成表达式为：faO-jK^uO-M n02) -z(/ito03-<7Ti02);其中，各组分的摩尔百分比含量分别为：^?=7πιο1%，尸40. 4mol%， ζ=52· 6mol% ;加~/?=1，其中 sfO. 92, /?=0· 08 其中尸0· 12,尸0· 85〇
[0019] 其制备方法具体步骤为： (1) 按所需Ca0、Cu0、Mn02、Mo0#P TiO 2的摩尔百分比称取纯度为99. 5%以上的CaCO 3、 CuO、MnO2、MoO3和 TiO2; (2) 将称好的粉末在蒸馏水中用氧化锆球湿法球磨混合8h，然后烘干； (3) 将烘干后的粉末在900°C、空气气氛中预烧6h，得到钙钛矿相粉体； (4) 在所得1?钛矿相粉体中添加粘结剂造粒，在IOOMPa压力下压制成直径10_、厚度 2mm的陶瓷坯体；所述粘结剂为质量浓度5%的聚乙烯醇溶液；其添加量为预烧粉末总质量 的5% ; (5) 制得的陶瓷坯体于1030°C、流动空气中烧结2h，获得致密的固有低烧结温度微波 介质陶瓷。
[0020] 实施例2 制备一种固有低烧结温度微波介质陶瓷，其化学组成表达式为：faO-jK^uO-M n02) -z(/ito03-<7Ti02);其中，各组分的摩尔百分比含量分别为：^?=8πιο1%，尸38. 9mol%， ζ=53· lmol% ;加~/?=1，其中 sfO. 9, /?=0· I 其中尸0· 1，尸0· 9。
[0021] 其制备方法具体步骤为： (1) 按所需Ca0、Cu0、Mn02、Mo0#P TiO 2的摩尔百分比称取纯度为99. 5%以上的CaCO 3、 CuO、MnO2、MoO3和 TiO2; (2) 将称好的粉末在蒸馏水中用氧化锆球湿法球磨混合10h，然后烘干； (3) 将烘干后的粉末在950°C、空气气氛中预烧3h，得到钙钛矿相粉体； (4) 在所得1?钛矿相粉体中添加粘结剂造粒，在IOOMPa压力下压制成直径10_、厚度 3mm的陶瓷坯体；所述粘结剂为质量浓度5%的聚乙烯醇缩丁醛溶液；其添加量为预烧粉末 总质量的6% ; (5) 制得的陶瓷坯体于1050°C、流动空气中烧结4h，获得致密的固有低烧结温度微波 介质陶瓷。
[0022] 实施例3 制备一种固有低烧结温度微波介质陶瓷，其化学组成表达式为：fa〇-_F〇^u〇-/7Mn O2) 1(舜)03-^71102);其中，各组分的摩尔百分比含量分别为：z=8. 6mol%，尸42. Omol%， ζ=49· 4mol% ;加~/?=1，其中 sfO. 94, /?=0· 06 其中尸0· 12,尸0· 88。
[0023] 其制备方法具体步骤为： (1) 按所需Ca0、Cu0、Mn02、Mo0#P TiO 2的摩尔百分比称取纯度为99. 5%以上的CaCO 3、 CuO、MnO2、MoO3和 TiO2; (2) 将称好的粉末在蒸馏水中用氧化锆球湿法球磨混合12h，然后烘干； (3) 将烘干后的粉末在900°C、空气气氛中预烧4h，得到钙钛矿相粉体； (4) 在所得1?钛矿相粉体中添加粘结剂造粒，在IOOMPa压力下压制成直径10_、厚度 2mm的陶瓷坯体；所述粘结剂