专利名称：：一种超高介、低损耗的高频介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
：本发明属于电子信息材料与元器件领域，涉及一种介质陶瓷材料及其制备方法，更准确地说，涉及一种超高介、低损耗的介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
：通信产业的迅猛发展及移动通讯的不断普及，使得电子材料的发展面临着严峻的挑战，要求电子器件向高性能、高稳定性、小型化等方向发展。高频介质元器件是影响通讯质量的关键元件之一，而高频介质瓷料是制备高频介质器件的关键材料。由谐振频率的表达式-,c/dVF可知，当谐振频率一定时，器件的尺寸与其介电常数的平方根成反比，因此，提高介质材料的介电常数是器件小型化的关键。Ag(NbLj^)03是一种新型的高频介质体系，有关的研究较少。因其具有的介电常数较高(s〉400)、介电损耗低(tanS〈18xl0,等优点引起了科研工作者的极大关注。但是，Ag(Nb^Ta》03体系发展缓慢，主要因为其分解温度比烧结温度低，容易在烧结过程中发生分解，使得该体系的损耗急剧增加，影响其介电性能。近年来，科研工作者用固相法或化学法对该体系进行了研究，使得其介电性能有了不同程度的改善。但是，由于目前化学法中所用的氢氟酸等具有强腐蚀性，使得化学法的使用受到了一定程度的限制。如果能在采用传统固相法的基础上，在Ag(Nb^Tax)03体系中加入某种适量的添加剂，促进该体系的烧结，进一步改善其介电性能，该体系将具有广阔的应用前景。李玲霞等提供了一种由Ag(Nb^Tax)03和Mn02(专利申请专利号200510016200.7)制备的高频介质陶瓷，但其介电常数最高仅为450左右，远远不能满足科技发展的需要，如何制造出更高介电常数的高频介质已成为当今世界的前沿课题。而且材料的制备及其性能对工艺是极其敏感的，同样的材料以不同的工艺制备，其性能可能会有较大差异，因此合理的制备工艺对提高介质材料的介电性能非常重要。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中介电常数不高、烧结温度较高的不足，通过添加剂的改变和组分的变化来提高材料的介电常数，降低损耗和烧结温度。本发明的一种超高介、低损耗的高频介质陶瓷，由基质Ag(NbLxTa》03和添加剂Bi203组成，组分含量为以Ag(NbLxTa》03的质量为100%，添加剂Bi203的质量为Ag(NbLxTax)03质量的4.2%~7.0%，其中0<X《0.4。基质Ag(Nb^Tax)03由质量百分比为Ag2041~45%、Nb20528~46%、Ta2059~31%制备而成，其中(XX《0.4。本发明的一种制备如权利要求1所述的超高介、低损耗的高频介质陶瓷的制备方法，按下述步骤制备(1)将占Ag(Nb!.xTax)03质量28%~46%的Nb205和9%~31%的Ta205进行配料，Nb205和Ta205的混合物与去离子水的质量比是l:1，球磨34小时，烘干；(2)将步骤(1)得到的烘干的粉料在1200125(TC下，煅烧35小时，合成Nb205和Ta205的前驱体；(3)将占Ag(Nbi.xTax)03质量41%~45%的Ag20和步骤(2)得到的]^205和Ta205的前驱体，进行配料，球磨34小时，烘干，在950105(TC下煅烧912小时，形成Ag(Nb"Tax)03;(4)在步骤(3)制备的Ag(Nb!-xTax)03中加入占Ag(Nh-xTax)03质量4.2。/o7.0。/o的Bi203，进行配料，所述Ag(Nb^Tax)03和Bi203的混合物与去离子水的质量比是1:1，球磨5~8小时，烘干，在106(M13(TC下，烧结28小时，得到超高介、低损耗的高频介质陶瓷。本发明的制备方法的步骤(3)形成的Ag(Nbi.xTax)03中，0<X《0.4。本发明的球磨过程使用的球是直径为5mm的氧化锆球，球磨料、去离子水和氧化锆球的质量比为1:1:1.5。本发明通过在Ag(Nbi.xTa》03中添加Bi203，降低了该陶瓷材料的介电损耗，同时极大地提高了该陶瓷材料的介电常数。本发明的Ag(Nb^Tax)03系陶瓷材料的烧结温度较低(1060-1130°C)，并且具有极高的介电常数(e>700)、较低的介电损耗(tanS<10xl0—4)和较高的电阻率(〉l(^Q，cm)。另外，该制备工艺简单，过程无污染，该超高介低损耗陶瓷材料具有广阔的应用前景。本发明的陶瓷材料可以制成具有超高介、低损耗的高频电容器，制备方法如下在步骤(3)制备的Ag(NbLxTa。03中加入占Ag(NbLxTax)03质量4.2n/。7.0o/。的Bi203，进行配料，所述Ag(Nbi.J^)03和Bi203的混合物与去离子水的质量比是1:1，球磨58小时，烘干，向其中加入质量百分比4~7%的石蜡或者2~5%的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇和水的质量比为h18)进行造粒，过筛，压成不同直径和厚度的生坯(例如直径为10—15mm，厚度为lmm1.5mm的生坯)，经23小时升温到55(TC进行排蜡，然后在24小时之内，将生坯从550'C升温到1060~1130°C，烧结28小时，然后将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经820'C86(TC烧渗电极，制成具有超高介、低损耗的高频电容器。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明采用Nb205及Ta205(纯度不少于99.99%)为初始原料，采用预先合成前驱体的方法制备，再在前驱体中加入Ag20(纯度大于99.7%)，高温煅烧反应生成Ag(NbLxTax)03，0<X《0.4，再添加Bi203制备介质陶瓷。实施例1:称取llgNb20s，6gTa205混合球磨3h，于干燥箱中烘干，再于120(TC经3h煅烧合成前躯体。称取13gAg20加入到该前躯体中，球磨3h，于干燥箱中烘干，再于1020'C经10h煅烧成熔块Ag(NbkTax)03，其中X为0.25。在上述熔块中加入1.3gBi203混合球磨6h，烘干，于1080'C下烧结4h，得到陶瓷介质材料。实施例2:称取llgNb20s，6gTa205混合球磨4h，于干燥箱中烘干，再于1250。C经4h煅烧合成前躯体。称取14gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于1030。C经12h煅烧成熔块Ag(NbLxTa。03，其中X为0.25。在上述熔块中加入1.5gBi203混合球磨8h，烘干，在1100'C下烧结2h，得到陶瓷介质材料。实施例3:称取14gNb20s，10gTa2O5混合球磨4h，于干燥箱中烘干，再于122(TC经3h煅烧合成前躯体。称取16gAg20加入到该前躯体中，球磨3.5h，于干燥箱中烘干，再于1050。C经9h煅烧成熔块Ag(NbLxTax)03，其中X为0.3。在上述熔块中加入1.8gBi203混合球磨7.5h，烘干，在108(TC下烧结3h，得到陶瓷介质材料。实施例4:称取15gNb20s，8gTa205混合球磨3.5h，于干燥箱中烘干，再于120(TC经5h煅烧合成前躯体。称取17gAg20加入到该前躯体中，球磨3,25h，于干燥箱中烘干，再于1050'C经12h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为0.3。在上述熔块中加入2.0gBi203混合球磨5.5h，烘干，在1100。C下烧结5h，得到陶瓷介质材料。实施例5称取16gNb20s，7gTa205混合球磨3h,于干燥箱中烘干，再于1215。C经3.5h煅烧合成前躯体。称取16gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于95(TC经12h煅烧成熔块Ag(Nb!-xTax)03，其中X为0.2。在上述熔块中加入1.6gBi203混合球磨6.5h，烘干，在1080'C下烧结6h，得到陶瓷介质材料。实施例6称取14gNb20s，6gTa205混合球磨3.25h，于干燥箱中烘干，再于120(TC经4.5h煅烧合成前躯体。称取15gAg20加入到该前躯体中，球磨3.8h，于干燥箱中烘干，再于105(TC经9h煅烧成熔块Ag(Nb!-xTax)03，其中X为0.2。在上述熔块中加入1.9gBi203混合球磨7h,烘干，在1090。C下烧结8h，得到陶瓷介质材料。实施例7称取14gNb205，6gTa205混合球磨4h，于干燥箱中烘干，再于120(TC经3h煅烧合成前躯体。称取15gAg20加入到该前躯体中，球磨3.75h，于干燥箱中烘干，再于1040'C经10h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为0.2。在上述熔块中加入2.1gBi203混合球磨8h，烘干，在lll(TC下烧结7h，得到陶瓷介质材料。实施例8称取13gNb205，5gTa205混合球磨4h，于干燥箱中烘干，再于124(TC经3h煅烧合成前躯体。称取12gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于1000。C经10h煅烧成熔块Ag(Nb,.xTax)03，其中X为O.15。在上述熔块中加入1.8gBi203混合球磨8h，烘干，在1090。C下烧结5.5h，得到陶瓷介质材料。实施例9称取13gNb20s，5gTa205混合球磨3.8h，于干燥箱中烘干，再于1200。C经3h煅烧合成前躯体。称取12gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于103(TC经12h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为0.15。在上述熔块中加入1.6gBi203混合球磨5h，烘干，在1120。C下烧结6.5h，得到陶瓷介质材料。实施例10称取14gNb20s，3gTa205混合球磨3h，于干燥箱中烘干，再于125(TC经3h煅烧合成前躯体。称取13gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于1020。C经10h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为O.1。在上述熔块中加入1.3gBi203混合球磨6h，烘干，在106(TC下烧结7.5h，得到陶瓷介质材料。实施例11称取llgNb205，12gTa205混合球磨3h，于干燥箱中烘干，再于1250。C经3h煅烧合成前躯体。称取17gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于102(TC经10h煅烧成熔块Ag(Nb.xTax)03，其中X为0.4。在上述瑢块中加入2.0gBi203混合球磨6h，烘干，在1130'C下烧结4.5h，得到陶瓷介质材料。本发明的陶瓷材料采用下述的方法进行性质检测一、圆片形介质的介电常数的检测利用HP4278A电容量测量仪在1MHz下测量样品的电容量C，根据公式(l)计算样品的介电常数。14.4xCxcc=-^-Z)2其中C为样品的电容量，单位为pF;d为样品的厚度，单位为cm;D为样品的直径，单位为cm。二、样品绝缘电阻的测量及材料体电阻率的计算利用ZC36型超高电子测试仪测量样品的绝缘电阻；利用公式(2)计算材料的体电阻率其中Ri-样品的绝缘电阻(Q);D-样品的直径(cm);d-样品的厚度(cm)三、样品介电损耗的测量利用HP4278A电容仪在1MHz下测量样品的介电损耗tgS。本发明陶瓷材料的具体实施例的性质检测结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>利用本发明的陶瓷材料制成具有超高介、低损耗的高频电容器的方法在陶瓷材料的制备步骤(3)制成的Ag(Ntn.xTa》03中加入占Ag(Nbi.xTa》03质量4.2%~7.0%的Bi203，进行配料，所述Ag(NbhTa》03和Bi203的混合物与去离子水的质量比是1:1，球磨5~8小时，烘干，向其中加入质量百分比4~7%的石蜡或者25%的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇和水的质量比为1:18)进行造粒，过筛，通过压片机压成不同直径和厚度的生坯(例如直径为10—15mm，厚度为lmm1.5mm的生坯)，经23小时升温到550'C进行排蜡，然后在2~4小时之内，将生坯从550。C升温到1Q60113(TC，烧结28小时，然后将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经820'C86(TC烧渗电极，制成具有超高介、低损耗的高频电容器。实施例1称取llgNb205，6gTa205混合球磨3h，于干燥箱中烘干，再于1200'C经3h煅烧合成前躯体。称取13gAg20加入到该前躯体中，球磨3h，于干燥箱中烘干，再于1020'C经10h煅烧成熔块Ag(NbhTa》03，其中X为0.25。在上述熔块中加入1.3gBi203混合球磨6h，烘干，加入1.25g石蜡进行造粒，过筛，压成直径10mm，厚度为lmm的生坯，经3h升温到550'C进行排蜡，再经2h升温到1080。C，煅烧4h。将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经82(TC烧渗电极，制备电容器。实施例2称取14gNb20s，3gTa205混合球磨3h，于干燥箱中烘干，再于1250'C经3h煅烧合成前躯体。称取13gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于1020'C经10h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为0.1。在上述熔块中加入1.3gBi203混合球磨6h，烘干，加入2.19g石蜡进行造粒，过筛，压成直径10mm，厚度为1.5mm的生坯，经2h升温到55(TC进行排蜡，再经3.5h升温到106(TC，煅烧4h。将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经86CTC烧渗电极，制备电容器。实施例3称取13gNb205，5gTa205混合球磨3.8h，于干燥箱中烘干，再于1200。C经3h煅烧合成前躯体。称取12gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于1030。C经12h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为0.15。在上述熔块中加入1.6gBi203混合球磨5h，烘干，加入0.632g聚乙烯醇水溶液进行造粒，过筛，压成直径10mm，厚度为1.4mm的生坯，经2.5h升温到55(TC进行排蜡，再经4h升温到1120'C，煅烧4h。将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经84(TC烧渗电极，制备电容器。实施例4称取llgNb205，12gTa205混合球磨3h，于干燥箱中烘干，再于1250'C经3h煅烧合成前躯体。称取17gAg20加入到该前躯体中，球磨4h，于干燥箱中烘干，再于102(TC经10h煅烧成熔块Ag(Nb^Tax)03，其中X为0.4。在上述熔块中加入2.0gBi203混合球磨6h，烘干，加入1.6g聚乙烯醇水溶液进行造粒，过筛，压成直径15mm，厚度为1.4mm的生坯，经2.5h升温到55(TC进行排蜡，再经3h升温到1130°C，煅烧4h。将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经85(TC烧渗电极，制备电容器。利用本发明陶瓷材料制备的电容器的性质检测结果(测试方法如上所述)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1.一种超高介、低损耗的高频介质陶瓷，其特征在于，由基质Ag(Nb1-xTax)O3和添加剂Bi2O3组成，组分含量为以Ag(Nb1-xTax)O3的质量为100％，添加剂Bi2O3的质量为Ag(Nb1-xTax)O3质量的4.2％～7.0％，其中0＜X≤0.4。2.根据权利要求1所述的一种超高介、低损耗的高频介质陶瓷，其特征在于，基质Ag(Nbi.xTax)03由质量百分比为Ag2041%~45%、Nb20528%~46%、Ta2059%~31%制备而成，其中0<X《0.4。3.—种制备如权利要求1所述的超高介、低损耗的高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，按下述步骤制备(1)将占Ag(Nbi.xTax)03质量28%~46%的Nb205和9%~31%的Ta205进行配料，Nb205和Ta205的混合物与去离子水的质量比是l:1，球磨34小时，烘干；(2)将步骤(1)得到的烘干的粉料在1200125(TC下，煅烧35小时，合成Nb205和Ta205的前驱体；(3)将占Ag(Nh.xTax)03质量41%~45%的Ag20和步骤(2)得到的Nb20^tlTa205的前驱体，进行配料，球磨34小时，烘干，在950，1050。C下煅烧912小时，形成Ag(Nbi.xTax)03;(4)在步骤(3)制备的Ag(NbLxTax)03中加入占Ag(NbLxTax)O3质量4.2。/。7.0。/。的Bi203，进行配料，所述Ag(Nb^Ta》03和Bi203的混合物与去离子水的质量比是1:1，球磨5~8小时，烘干，在10601130。C下，烧结28小时，得到超高介、低损耗的高频介质陶瓷。4.根据权利要求3所述的超高介、低损耗的高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述Ag(Nbi.xTax)03中，0<X50.4。5.—种利用如权利要求1所述的超高介、低损耗的高频介质陶瓷制备电容器的方法，其特征在于，按下述步骤制备(1)将占Ag(NbkTax)03质量28。/o46。/。的Nb205和9%~31%的1&205进行配料,1^205和Ta205的混合物与去离子水的质量比是l:1，球磨34小时，烘干；(2)将步骤(1)得到的烘干的粉料在1200125(TC下，煅烧35小时，合成Nb205和Ta205的前驱体；(3)将占Ag(NbhTax)03质量41%~45%的Ag20和步骤(2)得到的1^205和Ta205的前驱体，进行配料，球磨34小时，烘干，在950105(TC下煅烧912小时，形成Ag(Nb"Tax)03;(4)在步骤(3)制备的Ag(Nb^Tax)03中加入占Ag(NbkTax)03质量4.2%~7.0%的Bi203，进行配料，所述Ag(NbhTa》03和Bi203的混合物与去离子水的质量比是1:1，球磨5~8小时，烘干，再向其中加入质量百分比4~7%的石蜡或者2~5%的聚乙烯醇水溶液进行造粒，过筛，压成生坯，经23小时升温到55(TC进行排蜡，然后在24小时之内，将生坯从55(TC升温到1060-1130°C，烧结2~8小时，然后将所得样品上、下表面均匀地涂覆银浆，经820°C~860°C烧渗电极，制备电容器。6.根据权利要求5所述的利用超高介、低损耗的高频介质陶瓷的制备电容器的方法，其特征在于，所述Ag(Nbi.xTax)03中，0<X50.4。全文摘要本发明公开了一种超高介、低损耗的高频介质陶瓷及其制备方法，采用28％-53％的Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>和5％～31％Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>为初始原料，采用预先合成先驱体的方法制备出(Nb<sub>1-x</sub>Ta<sub>x</sub>)<sub>2</sub>O<sub>5</sub>，其中X＝0～0.4，再在先驱体中加入39％～46％的Ag<sub>2</sub>O，高温煅烧反应生成Ag(Nb<sub>1-x</sub>Ta<sub>x</sub>)O<sub>3</sub>，X＝0～0.4，再加入4.2％～7.0％的添加剂Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>制备介质陶瓷。本发明的陶瓷材料的烧结温度较低(1060～1130℃)，并且具有极高的介电常数(ε＞700)、较低的介电损耗(tanδ＜10×10<sup>-4</sup>)和较高的电阻率(＞10<sup>12</sup>Ω·cm)，制备工艺简单，过程无污染。文档编号C04B35/495GK101215160SQ200710060578公开日2008年7月9日申请日期2007年12月29日优先权日2007年12月29日发明者平张,张志萍,曹丽凤,李玲霞,王洪茹申请人:天津大学