专利名称：一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法，属于材料科学技术领域。
背景技术：
现代移动通信经过30多年，已在全球范围内日益普及，并朝着小型化、高频化、集成化、高可靠性和低成本化方向发展。为满足移动通信终端便携化、微型化的需要，最初的努力是在于减小谐振电路的尺寸，寻找高介电常数微波介质材料是人们的研究热点，但小型化程度有限，而采用微波频率下的多层整合电路技术(MLIC)使器件的小型化得到飞速发展。目前TDK、MURATA等公司利用叠层共烧技术将若干个L和C集成在一起，制出叠层型片式LC组合件，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、陷波器、延迟线等。MURATA公司采用的多层技术生产的带通滤波器尺寸可减少为2.0mm×1.25mm×1.0mm；最近推出了专门用于蓝牙高频模块的LDAG2型叠层天线，工作频带0.8～2.4GHZ，尺寸减少为9.5mm×2.0mm×2.0mm。正是在微波器件日益小型化的前提下，能与高电导率的金属共烧结的低温烧结微波材料开发变得日益重要，而从经济性和环境保护角度考虑，使用熔点较低的Ag(td＝960℃)或Cu(td＝1060℃)等贱金属作为电极材料是作为理想的。因此，能与Ag或Cu或Ni共烧的低温烧结的微波介质陶瓷的研究和开发已提到了议事日程。
目前，国内外科技人员开展了大量的低温化的研究工作，如采用低熔点助烧剂、湿化学方法、降低原料的细度等方法降低材料的烧成温度。Chen-Liang Huang等对于掺加W(ZnO)的1％的ZST陶瓷，采用CuO助熔剂，形成CuO-Cu2O-TiO2(Cu3TiO4)，可在1220℃烧成，其体积密度为5.12g/cm3，εr＝38，Q.f＝5×104GHz；Jean and Lin用ZnO-B2O3-SiO2和BCC(BaCO3+CuO)作为烧结助剂，获得εr＝35～38，Q.f＝2800～5000GHz。在研究低温化的同时，自身具有较低的烧结温度材料，如ZnTiO3系、BiNbO4系和(Pb，Ca)(Fe1/2Nb1/2)O3体系引起人们的兴趣，Wen-Cheng Tzou等人采用CuO、V2O5以及复合添加BiNbO4在875℃低温下获得了致密陶瓷，此外采用La3+、Nb3+等离子置换部分Bi3+，以Ta5+置换部分Nb5+，探讨了置换量对材料晶格崎变，斜方相与三斜相转变过程及介电性能的影响；Jong-Yoon等人利用Ca置换Pb(Fe1/2Nb1/2)O3使其材料的铁电相转化为顺电相，并掺加少量的CuO-Bi2O3，使材料的烧结温度降低到1000℃。
现有的微波介质陶瓷，大都均存在烧结温度偏高问题。虽然某些材料烧结温度降低到900℃以下，但由于频率温度系数偏大、品质因数低、与银电极发生界面反应等现象存在，真正能实用的低温烧结微波介质陶瓷材料很少，阻碍了多层微波器件的发展。
发明内容
本发明的目的，是从微波器件小型化对微波介质陶瓷材料的要求出发，提供一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，选择微波介电性能优良的Li2O-Nb2O5-TiO2系统，采用V2O5、ZBS为烧结助剂，降低烧结温度同时，保持良好的微波介电性能，并能与银电极共烧。此材料是一种极具发展前途的材料，已投入产业化生产。
本发明提出的一种低温烧结微波介质材料及制备方法，包括以下内容①按下列配比进行配料Li(1+a-b)∶Nb(1-a-3b)∶Ti(a+4b)O3，其中a＝0.05～0.2；b＝0.05～0.15添加剂与Li(1+a-b)∶Nb(1-a+3b)∶Ti(a+4b)O3的重量百分比五氧化二钒(V2O5)0～5wt％锌硼硅酸玻璃(ZnO-B2O3-SiO2)0～8wt％②将上述Li2CO3、Nb2O5、Nb2O5的配比称量，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为200～400r/min滚动磨混合16～24h，60～100℃烘干，装入高铝坩埚内，在800℃～900℃预烧2～8h。
③预烧后粉料加入0～5wt％V2O5、0～10wt％ZBS，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为200～400r/min滚动磨混合16～24h，60～100℃烘干，加5％PVA溶液，在4～10MPa的压力下压制成小圆片，在850℃～950℃烧结，保温1～6h，得到本发明材料。
采用上述配方及工艺组成的本发明，可得到ε在50～70之间可调，Q·f＞4000～6000GHz(谐振频率f＝2.0～3.0GHz)，频率温度系数可调的微波介质陶瓷材料，性能达到与国外同类低温烧结微波介质材料的水平，可替代进口材料，促进我国多层微波频率器件的开发进程。本发明具有以下特点①采用V2O5、ZBS协同降低烧结温度，综合调控材料的频率温度系数；②特定的工艺制度改善了浆料特性，并与银电极得到较好的共烧匹配；③在900℃左右烧结具有较好的微波介电性能ε＝50～70；Q.f＞4000GHz，频率温度系数-10～+10ppm/℃内；④较高的介电常数，缩减了多层微波器件设计尺寸，满足器件小型化的目的；较高的品质因数，大大降低了微波频率器件的插入损耗；⑤材料工艺稳定、重现性好，已投入多层微波陶瓷滤波器产业化生产。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
表1是本发明的四个比例配方
如表1所示配方中，要求用高纯度原料。
1、按上述比例配方，称量LiCO3、Nb2O5、TiO2，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，烘干，装入刚玉坩埚内，在850℃煅烧4h，煅烧料加入2wt％的V2O5，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，烘干，球磨至平均粒径＜1um，在4MPa的压力下压制成直径25mm、厚度为10～13mm的小圆片，在900℃烧结4h，即得到本发明材料。
2、按上述比例配方，称量LiCO3、Nb2O5、TiO2，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为350r/min滚动磨混合24h，烘干，装入刚玉坩埚内，在850℃煅烧4h，煅烧料加入1wt％的V2O5，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为350r/min滚动磨混合24h，烘干，球磨至平均粒径＜1um，在4MPa的压力下压制成直径25mm、厚度为10～13mm的小圆片，在895℃烧结2h，即得到本发明材料。
3、按上述比例配方，称量LiCO3、Nb2O5、TiO2，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合18h，烘干，装入刚玉坩埚内，在850℃煅烧6h，煅烧料加入1wt％V2O5、2wt％ZBS，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合18h，烘干，球磨至平均粒径＜1um，在4MPa的压力下压制成直径25mm、厚度为10～13mm的小圆片，在915℃烧结2h，即得到本发明材料。
4、按上述比例配方，称量LiCO3、Nb2O5、TiO2，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，烘干，装入刚玉坩埚内，在850℃煅烧4h，煅烧料加入1wt％V2O5、5wt％ZBS，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，烘干，球磨至平均粒径＜1um，在4MPa的压力下压制成直径25mm、厚度为10～13mm的小圆片，在896℃烧结4h，即得到本发明材料。
用本发明四个配方压成的圆片，测试的介电性能如下表所示。
权利要求
1.一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法，其特征在于①配方组成式Li(1+a-b)∶Nb(1-a-3b)∶Ti(a+4b)O3，其中a＝0.05～0.2；b＝0.05～0.15添加剂与Li(1+a-b)∶Nb(1-a-3b)∶Ti(a+4b)O3的重量百分比五氧化二钒(V2O5)0～5wt％锌硼硅酸玻璃(ZnO-B2O3-SiO2，简称ZBS)0～8wt％②按上述Li2CO3、Nb2O5、Nb2O5的配比称量，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为200～400r/min滚动磨混合18～24h，60～100℃烘干，装入高铝坩埚内，在800℃～900℃预烧2～8h。③预烧后粉料加入0～5wt％V2O5、0～10wt％ZBS，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为200～400r/min滚动磨混合18～24h，60～100℃烘干，加5％PVA溶液，在4～10MPa的压力下压制成小圆片，在850℃～950℃烧结，保温1～6h，得到本发明材料。
2.根据权利要求1所述的一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法，其特征在于①原料按下列配比进行配料Li(1+a-b)∶Nb(1-a-3b)∶Ti(a+4b)O3，其中a＝0.15，b＝0.075；②将上述Li2CO3、Nb2O5、Nb2O5的配比称量，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，60～100℃烘干，装入高铝坩埚内，在850℃～900预烧3～6h。③预烧后粉料加入2wt％V2O5，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，60～100℃烘干，加5％PVA溶液，在4～10MPa的压力下压制成小圆片，在850℃～950℃烧结，保温1～6h，得到本发明材料。
3.根据权利要求1所述的一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法，其特征在于①原料按下列组成配料Li(1+a-b)∶Nb(1-a-3b)∶Ti(a+4b)O3，其中a＝0.15，b＝0.1；②将上述Li2CO3、Nb2O5、Nb2O5的配比称量，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，60～100℃烘干，装入高铝坩埚内，在850℃～900℃预烧3～6h。③预烧后粉料加入2wt％V2O5，按混合料与乙醇的重量比为1∶1.5，加入乙醇，在转速为300r/min滚动磨混合24h，60～100℃烘干，加5％PVA溶液，在4～10MPa的压力下压制成小圆片，在850℃～950℃烧结，保温1～6h，得到本发明材料。
全文摘要
本发明涉及是一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法，将原料Li
文档编号H01B3/12GK1609049SQ200310104210
公开日2005年4月27日 申请日期2003年10月23日 优先权日2003年10月23日
发明者杨辉, 张启龙, 王家邦, 刘兴元, 黄伟, 尤源 申请人:浙江大学, 浙江正原电气股份有限公司