一种镁掺杂新型钛酸铋钠基无铅介电陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于陶瓷元件制备技术领域，特别是一种具有高稳定、低介电损耗的儀渗 杂新型铁酸祕钢基无铅压电陶瓷材料，它是一种新型的低介电常数、极低介电损耗的巧铁 矿的压电陶瓷材料，在集成电路的PCB陶瓷基板，高频器件间信息的传输，中介质微波陶 瓷，铁电材料等具有广泛的运用前景。
【背景技术】
[0002] 铁电、压电陶瓷材料是一种信息功能材料。广泛应用于电子信息、集成电路、计算 机等科学技术领域，是许多新型电子元器件的基础材料。在大生态，大融合的电子产业发 展背景下，寻找优性能更高、环境友好的陶瓷材料是大势所趋。但是在目前看来，含铅的铁 电、压电陶瓷材料在市场中占有极其重要的统治地位。运种PZT基含铅材料给环境带来沉 重的负担，其含有毒的PbO质量百分比通常在50%W上，运样对人体和环境造成很大的危 害。因而，发展无铅铁电陶瓷介质和压电陶瓷材料就成为了当前铁电陶瓷材料一项有待解 决的重要课题。在现有技术中，NBT无铅陶瓷材料正取代含铅或其他有毒材料，在陶瓷电容 器、PTC热敏电阻等方面有很好的应用前景。NBT具有强铁电性，压电性能良好，介电常数 较小（240~340)及声学性能佳、烧结溫度低等特点，运种NBT无铅陶瓷材料通常化学通式 为Nae.sBie.sTiOs是目前研究最广泛、最具有实用化前景的无铅压电陶瓷体系之一。在黄光 庆等著作《祕渗杂对BST/MT复相铁电材料介电性能的影响》有报道，铁电陶瓷介质在微波 频段的相对介电常数在100左右，而介质损耗约为2X10 2,在许春来等著作《不同氧化物渗 杂改性铁酸锁领度ST)铁电移相器材料》中，介质常数小于90,介质损耗约为0.0007。而 在贾保祥的《錬代替祕对祕锋妮陶瓷介电性能的影响》报道，该陶瓷作为中介电常数的微波 介电陶瓷，介电常数范围为20~200,介电损耗约为0.001，而实现高速化、高频化等重要性 能的PCB基板陶瓷，其损耗也一般为10 4。损耗过大的材料，用于高频、滤波器等通讯方面， 对信号传播的衰减有重要影响，将会满足不了人们对于大数据，大容量的需求。介电损耗越 小，信号传播的衰减越小，所W，开发损耗更小的陶瓷材料，在通讯，集成电路基板等具有广 大意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供出一种儀渗杂新型铁酸祕钢基无铅介电陶瓷材料及其制备 方法，本发明的陶瓷材料是具有高稳定性、高稳定、低介电性能、低损耗的儀渗杂新型铁酸 祕钢基无铅压电陶瓷材料，相对于常用NBT(化。.sBie.sTiOs)等无铅压电陶瓷材料具有更低 的介电常数和更低的损耗角。
[0004] 本发明的一种儀渗杂新型铁酸祕钢基巧铁矿无铅介电陶瓷材料，其化学通式为： NaBi(Ti〇.gsMg〇.〇2)e〇i4。用传统固相法经两次预烧，一次烧结而成。
[0005] 本发明还提出一种儀渗杂新型铁酸祕钢基无铅介电陶瓷材料的制备方法，其方法 包括W下步骤：
[000引 （1)反应物为化20)3, Ti02和Bi 203(纯度为99%)，反应物在干燥器中冷却至室溫 后按化学通式计量比称重；
[0007] (2)粉末在异丙醇中混合并用稳定的氧化错研磨物进行24小时球磨并干燥。将干 燥的粉末在900°C，950°C预烧两次，时间为4小时，每次预烧后，将粉末球磨12小时，再将该 粉状体再次重新研磨和成形为粒状.
[0008] (3)将上述粒状体用单轴钢模机的压制成圆片生巧片，；并在200MPa压强下冷等 静压。然后将样品装入封闭的装有氧化错的氧化侣相蜗，在1020~Iioor之间烧结4小 时，W尽量减少挥发性氧化祕损失；
[0009] (4)将陶瓷片一部分研磨至粉末由X射线衍射分析为单相，另一部分般烧的陶瓷 片研磨抛光至0. 9mm的厚度进行介电测量。将银浆涂敷到相对的平行面上，涂覆片在800°C 火炉中烧制成电极，并在非传导的丝管式炉中通过阻抗分析仪在2(TC~70(TC下，对高溫 阻抗谱测量、相对介电常数和损耗角正切参数进行测试，并使用ZView软件进行分析；
[0010] (5)使用电镜对陶瓷片的正面结构进行研究。陶瓷片截面进行抛光，在990°C热蚀 刻11小时，然后用金涂覆。并在随机10组选定的区域内使用微型探针在20千伏电压下进 行电子探针微量分析。
[0011] 本发明具有W下特点：
[0012] (1)采用传统的固相烧结方法，通过儀渗杂使在继承传统NBT的优点的同时改良 其缺点，实现对NBT无铅压电材料各项性能的改良，得到高性能陶瓷材料，满足市场发展的 需要。
[0013] (2)本发明在通过XRD衍射分析和高溫阻抗谱分析，相对介电常数值，最小达到 25. 804,而介电损耗低至2. 6X10 5,比市场上常用的NBT无铅陶瓷材料的损耗都要小。
[0014] 综上，本发明方法所制备的陶瓷因其低介电常数常数和低介电损耗的性能而适宜 于制作高速器件、PCB陶瓷基板和微波陶瓷等。运是其它NBT陶瓷所无法比拟的。
【附图说明】
[001引图1为XRD衍射图谱，衍射分析表明实验反应所得陶瓷片为单化与理论材料一 致，组分材料是NaBi灯1。.9#拥.。2) 6014;
[001引 图2表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6014组分材料在一次900°(：预烧，一次950°(：预烧， 1020°C下般烧所测得相对介电常数随材料环境所处溫度变化曲线；
[0017] 图3表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6〇14组分材料在一次9〇〇°(：预烧，一次950°(：预烧， 1040°C下般烧所测得相对介电常数随材料环境所处溫度变化曲线；
[001引图4表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6014组分材料在一次900°(：预烧，一次950°(：预烧， 1060°C下般烧所测得相对介电常数随材料环境所处溫度变化曲线；
[001引 图5表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6014组分材料在一次900°(：预烧，一次950°(：预烧， 1080°C下般烧所测得相对介电常数随材料环境所处溫度变化曲线；
[0020] 图6表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6〇14组分材料在一次9〇〇°(：预烧，一次950°(：预烧，在 IM监所测得的不同烧结溫度相对介电常数随材料环境所处溫度变化曲线；
[0021] 图7表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6〇14组分材料在一次9〇〇°(：预烧，一次950°(：预烧，在 look监所测得的不同烧结溫度相对介电常数随材料环境所处溫度变化曲线；
[00过图8表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6014组分材料在900-950-1020°(：溫度下烧结*邑5随溫度变化曲线；
[002引图9表示胞81灯1。.9#邑。.。2)6014组分材料在900-950-1040°(：溫度下烧结*邑5随溫度变化曲线；
[0024] 图10表示化81灯1。.9#旨。.。2)6〇14组分材料在9〇〇-95〇-1060°(：溫度下烧结1旨5随 溫度变化曲线；
[00幼图11表示化81灯1。.9#邑。.02)6014材料在900-950-1080°(：溫度下烧结*邑5随溫度变化曲线；
[002引图12表示胞81们。.9#邑。.。2)6014材料在謹监下*邑5随溫度变化曲线；
[0027]图13表示NaBi(Ti〇.9sMg〇.〇2)6〇i4材料在100曲Z下tg5随溫度变化曲线；
[002引图14表示胞81们。.9#邑。.。2)6014组分材料在1020°(：下陶瓷片的正面结构图；
[002引图15表示胞81们。.9#邑。.。2)6014组分材料在1040°(：下陶瓷片的正面结构图；
[0030] 图16表示组分材料在1060°C下陶瓷片的正面结构图；
【具体实施方式】
[0031] 下面通过借助实施例对本发明更加详细的说明，但W下实施例仅是说明性的，本 发明的保护范围并不受运些实施例的限制。
[0032] 实施例一：化81灯1。.9#邑。.。2)6〇14压电陶瓷制备
[003引化学方程式：如Vfl;co; +6x0.蹤r,巧n筑;a+6x0.02雌舶掛的輪。)凡
[0034] 采用化2〇)3,Ti〇2和Bi2〇3立种原料粉末，反应物在干燥器中冷却至室溫，进行烘干 处理，取化2〇)3质量为2. 10856g，TiO2质量为18. 62653g，Bi2〇3质量为9. 07311g，MgO质量 为0. 19179g，样品通过传统的固相法加工制备。具体步骤如下：将粉末在乙醇中混合并用 稳定的氧化错研磨物进行24小时球磨并干燥。将干燥的粉末在900°C，950°C预烧两次，时 间为