专利名称：微波陶瓷电容器的陶瓷材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电子元器件的陶瓷材料及其制造方法，更具体地说，是一种微波介质陶瓷材料及其制造方法。
背景技术：
在电子工业日新月异飞速发展的今天，电子信息技术的集成化和微型化发展趋势，正推动电子信息产品日益向薄型化、小型化、数字化、多功能化，以及高可靠和低成本的方向发展。微波介质陶瓷(MWDC)是近十余年才迅速发展起来的一类新型功能电子陶瓷，以其优异的微波介电性质在微波电路系统中发挥着介质隔离，介质波导以及介质谐振等一系列电路功能。微波介质陶瓷具有低损耗、高介电常数、低频率温度系数、低热膨胀系数等特点。在谐振器、滤波器、震荡器等元器件中采用这种材料可缩小滤波器、耦合器、铜质空腔谐振器的体积过大问题，可解决微波器件的集成化问题。这种材料生产成熟，能够满足当代微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达、电子对抗、制导等技术对微波电路集成化、微型化、高可靠稳定化、以及低成本的要求。此外，这类材料在分颇器、隔离器、信号延迟等方面已大量使用；例如用于毫米波通信、雷达、测量仪器等方面。
在我国，微波介质陶瓷正在不断的发展之中。在中低介微波介质陶瓷领域，为保证优异的微波介电性能，采用的原材料成本较高，使其广泛应用受到了一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种介电性能优异、制造成本低廉的微波陶瓷电容器的陶瓷材料及制造方法。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，微波陶瓷电容器的陶瓷材料，其主要成分是MgTiO3-CaTiO3。其中MgTiO3-CaTiO3可以用xMgTiO3-(1-x)CaTiO3表示其组成，x值为0.9～1.0。该材料还含有占MgTiO3-CaTiO3重量比为0～10％的五氧化二硼(B2O5)。
上述微波陶瓷电容器的陶瓷材料的制造方法，其过程包括以碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼为原料按照碱式碳酸镁占原料总体重量45～60％、二氧化钛占原料总体重量35～52％、碳酸钙占原料总体重量0～8％、五氧化二硼占原料总体重量0～10％的比例混合，进行球磨、烘干、过筛、预烧，得到熔块；将得到的熔块进行二次球磨、烘干、造粒、压制成型、进行烧结得到陶瓷材料。熔块的预烧是以5～6℃/分的升温速率升至1000～1200℃；烧结是以3℃/分的升温速率升至500～550℃后，再以5～6℃/分的升温速率升至1150～1350℃。
本发明的优点在于，所制备的陶瓷材料具有优异的微波介电性能，原料价格低廉，并且烧结可以在中温进行，因而制备成本较低。本发明所提供的陶瓷材料及制造方法是一种新型的陶瓷材料系统，在进一步降低介电损耗的同时，具有优良的热稳定性能，同时原料价格低廉，并且烧结可以在中温进行，有良好的市场前景，可以作为同类材料的换代产品。
具体实施例方式
实施例1以分析纯碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼为原料，按照配方纯碱式碳酸镁57g、二氧化钛41g、碳酸钙2g、五氧化二硼2g，将这些物质混合后，用ZrO2球加去离子水球磨5小时，用电热干燥箱在120℃烘干后过40目筛，然后在1000～1200℃进行预烧，预烧升温速率为6℃/分，保温2小时，得到熔块。再用ZrO2球和去离子水进行二次球磨(4.5小时)。球磨后的混合物经120℃烘干、加石蜡造粒，在80MPa压强下压制成直径约20mm，厚度约1mm的圆片状生坯。生坯在1150～1350℃进行烧结，烧结过程起始升温速率为3℃/分，升至500℃后升温速率变为5.5℃/分，达到烧结温度后，保温6小时，随炉冷却10小时。烧结后的样品烧渗银电极，焊接引线，制成圆片电容器。
利用Hewlett Packard 4278A Capacitance Meter在1MHz下测试圆片电容器的电容量C(pF)和损耗角正切tanδ，并计算介质的相对介电常数ε。利用Agilent 4339B HighResistance Meter测试样品的绝缘电阻R(Ω)，并计算介质的体电阻率ρν。利用GZ-ESPEC恒温箱和HM27002型电容器C-T特性测试仪测量介电常数温度系数αε。
表1～表4分别给出了在不同预烧温度和烧结温度下制备样品的介电性能(ε、tanδ、ρν、αε)测量结果。
表1 ε与0.95MgTiO3-0.05CaTiO3预烧温度和烧结温度的关系 表2 tanδ(×10-4)与0.95MgTiO3-0.05CaTiO3预烧温度和烧结温度的关系 表3 αε(ppm/℃)与0.95MgTiO3-0.05CaTiO3预烧温度和烧结温度的关系
表4 ρν(Ω·cm)与0.95MgTiO3-0.05CaTiO3预烧温度和烧结温度的关系
由表1～表4可以看出，本发明所涉及的0.95MgTiO3-0.05CaTiO3介质陶瓷，介电常数ε在21～25之间，并且可以通过改变烧结温度对ε进行调节，一般烧结温度越高，ε越大。tanδ一般在1×10-4以下，最大不超过1.4×10-4；tanδ与预烧温度和烧结温度相关，在上述预烧温度和烧结温度变化范围内，tanδ的最小值为0.35×10-4，最大值为1.4×10-4，在烧结温度低至1200℃时，仍可获得非常小的tanδ值。该陶瓷的介电常数温度系数αε一般在-15～+25ppm/℃之间，并且存在零值，体电阻率ρν大于1013Ω·cm。由此可见，本发明材料具有两个优点一是介电性能好；二是工艺稳定性好。
实施例2样品的配方和制备工艺均与实施例1条件相同，只是在0.9～1.0之间改变xMgTiO3-(1-x)CaTiO3的x值。也即改变原料中碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼的比例。X＝0.90，即碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼的重量比例为55∶41∶4∶2；X＝0.93，即碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼的重量比例为56∶41∶2.8∶2；X＝0.95，即碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼的重量比例为57∶41∶2∶2；X＝0.98，即碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼的重量比例为58∶41∶0.8∶2；X＝1.0，即碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼的重量比例为59∶41∶0∶2。xMgTiO3-(1-x)CaTiO3预烧温度为1100℃，烧结温度为1200℃。得到的陶瓷材料参数的测量方法与实施例1相同。表5给出了样品的介电性能随x值变化的规律。
表5 样品介电性能与x值的关系
由表5可以看出，增大x值，使ε略有降低，同时可使tanδ减小。但x值在0.95以下时，tanδ有所增大。改变x值对αε也有影响。表中给出的范围内，ρν均在1013Ω·cm以上。
实施例3样品的配方和制备工艺均与实施例1条件相同，只是改变0.95MgTiO3-0.05CaTiO3中加入B2O5的重量比，使B2O5的重量百分比在0～10％的范围内变化。预烧温度为1100℃，烧结温度为1200℃。得到的陶瓷材料参数的测量方法与实施例1相同。表6给出了样品的介电性能随B2O5含量变化的规律。
表6 样品介电性能与B2O5含量的关系
由表6可以看出，增加MgTiO3-CaTiO3介质陶瓷中B2O5的含量，可以使样品的最佳烧结温度显著降低，而同时ε稍稍下降，tanδ保持较小，温度系数趋于负值。表中给出的范围内，ρν均在1013·cm以上。
权利要求
1.一种微波陶瓷电容器的陶瓷材料，其特征是，所述材料包括MgTiO3-CaTiO3化合物，其中MgTiO3-CaTiO3可以用xMgTiO3-(1-x)CaTiO3表示其组成，x值为0.9～1.0。
2.根据权利要求1所述的微波陶瓷电容器的陶瓷材料，其特征是，所述材料还含有占MgTiO3-CaTiO3重量比为0～10％的五氧化二硼。
3.一种制备如权利要求1所述的微波陶瓷电容器的陶瓷材料的方法，其特征是，包括下述步骤(1)以碱式碳酸镁、二氧化钛、碳酸钙、五氧化二硼为原料，按照碱式碳酸镁占原料总体重量45～60％、二氧化钛占原料总体重量35～52％、碳酸钙占原料总体重量0～8％、五氧化二硼占原料总体重量0～10％的比例混合，(2)进行球磨、烘干、过筛、预烧以5～6℃/分的升温速率升至1000～1200℃，得到熔块；(3)将得到的熔块进行二次球磨、烘干、造粒、压制成型，(4)然后进行烧结，以3℃/分的升温速率升至500～550℃后，再以5～6℃/分的升温速率升至1150～1350℃，最后得到陶瓷材料。
全文摘要
本发明公开了一种介电性能优异、制造成本低廉的微波陶瓷电容器的陶瓷材料及其制造方法。所述的陶瓷材料，其主要成分是MgTiO
文档编号C04B35/462GK1690014SQ20041001910
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者吴顺华, 苏皓, 张志萍, 王国庆, 赵康健, 杨浩 申请人:天津大学