一种低温烧结Ba₃Ti₄Nb₄O₂₁微波介质陶瓷材料及其制备方法

专利名称：：一种低温烧结Ba₃Ti₄Nb₄O₂₁微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及应用于片式多层微波元器件的一种低温烧结Ba3Ti4Nb4021微波介质陶瓷材料及其制备方法，属于材料科学
技术领域：
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背景技术：
：为满足现代通讯设备的集成化、小型化的要求，微波介质器件作为主要元件之一，也急需小型化和轻量化。实现这一目标的重要途径是采用多层集成电路技术(简称MLIC)。在多层片式微波元器件设计中，为了降低成本，一般采用高电导率的Cu和Ag作电极，而Cu和Ag的熔点分别是1064。C和96rC。因此，开发可与Ag或Cu共烧的低温烧结微波介质陶瓷是非常必要的。目前，已实现了BiNb04、ZnO-Ti02、MgO-Ti02、CaO-Si02、Li20-Nb205-Ti02、BaO-Nd2OrTi02、BaO-Nb205等多个材料体系的低温烧结,口oSebastianMT等在《JournalofMaterialsScience-MaterialsinElectronics》1999年10期475-478页发表的"NewlowlossmicrowavedielectricceramicsintheBaO-Ti02-Nb205/Ta205system"—文中/>开了Ba3Ti4Nb4021陶瓷在1300。C的微波介电性能介电常数^为55,品质因数Qf值为9000GHz,频率温度系数Tf为lOOxl(T6/°C，可应用于制备温度补偿电容、介质谐振器及天线。为降低Ba3Ti4Nb402,陶瓷的烧结温度，KoWJ等在《JournaloftheKoreanPhysicalsociety》2006年49期1234-1238页发表的"Low-temperaturesinteringandmicrowavedielectricpropertiesofBa3Ti4.xZrxNb402iceramicswiththesubstitutionofZrforTi，，一文公开了一种通过掺加7wt。/。的玻璃助剂，可在875。C烧结的技术方案，其介电性能介电常数&为52,品质因数Qf值为3000GHz,频率温度系数Tf为5><10'6厂C,由于大量玻璃助剂的引入，其Qf值大幅度下降。因此，如何有效降低微波介质陶瓷烧结温度而保持较高的品质因数Qf值是Ba3Ti4Nb4021微波介质陶瓷低温烧结
技术领域：
的一大难题。
发明内容本发明克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有高Qf值、烧结温度低的低温烧结Ba3Ti4Nb4021微波介质陶瓷，并提供相应的制备方法。本发明的低温烧结Ba3Ti4Nb4021微波介质陶瓷的技术方案采用降温效果显著的MnC03+CuO作为烧结助剂，降低体系烧结温度，改善其微波介电性能。一种低温烧结Ba3Ti4Nb4021微波介质陶瓷材料，其原料组成为Ba3Ti4Nb4021+awt%[xMnC03+(l-x)CuO]，其中0<x<l，0<a<10，a为占Ba3Ti4Nb4021的重量分凄t。上述组成的优化方案为一种低温烧结Ba3Ti4Nb4C^微波介质陶瓷材料，其原料组成为Ba3Ti4Nb4O21+lwt%(0.2MnCO3+0.8CuO)。一种低温烧结Ba3Ti4Nb4021微波介质陶瓷材料的制备工艺，包括以下步骤1)按Ba3Ti4Nb4021化学式配比称量主料BaC03,Ti02，Nb205，将主料混合，在11001200。C的条件下预烧24h，制备得到Ba3Ti4Nb4021陶瓷基料，并研磨备用；2)将xMnC03+(l-x)CuO按比例混合，干燥，在700800。C条件下预烧得到MnCOrMn02混合物，与上述的陶瓷基料按照Ba3Ti4Nb4021+awt°/0[xMnC03+(l-x)CuO]混合均匀，其中0<x<l,0<a<10,a为占Ba3Ti4Nb4021的重量分数，得到用于制备微波介质陶瓷的粉料；3)将所述的用于制备微波介质陶资的粉料压制成直径18mm、厚度810mm的圓薄片，在900980。C烧结，保温l4h，即可得到本发明的材料。采用上述配方及工艺组成的本发明，可得到具有高Qf值(6000~13000GHz),介电常数为5866,满足与低成本Ag电极共烧要求的低温烧结Ba3Ti4Nb402W效波介质陶资，可用于制备电容器、滤波器、谐振器、耦合器等新型片式多层微波器件。本发明材料对生产工艺及生产设备无特殊要求，工艺简单、重现性好、制造成本低。因此，本发明材料具有极大的应用价值。具体实施例方式本发明将参照下述的实施例进一步详细说明，当然这些实施例并不是为了限制本发明的范围。实施例1Ba3Ti4Nb4021陶瓷基料制备按Ba3Ti4Nb402!化学式配比(BaC03，Ti02和Nb205的摩尔比为3:4:2)称量BaC03,Ti02和Nb205,然后置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化锆球和去离子水球磨16小时，烘干置于箱式炉或隧道窑中于11001200。C的条件下预烧2~4h,冷却后球磨使其平均粒径约lum备用。2.MnC03+CuO混合物制备将xMnC03+(l-x)CuO按比例称量MnC03和CuO，然后置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化锆球和去离子水球磨12小时，干燥后置于箱式炉或隧道窑于700800。C条件下预烧得到MnC03-Mn02混合物，冷却后^求磨寸吏其平均粒径约lum备用。将制备好Ba3Ti4Nb40u陶瓷基料和癒033+CuO混合物按比例置于聚氨酯球磨桶中，加入氧化锆球和去离子水混合20小时，加入5wt。/。聚乙烯醇(PVA)粘合剂造粒，在80Mpa压力下压制成直径18mm，厚度10mm的圆薄片，在900980。C烧结2h。制备的样品表面用金刚砂抛光后，采用Ailment8719ET(0.05~13.5GHz)网络分析仪，根据Hakki-Coleman测定介电常数Sr和品质因子Qf,谐振频率温度系数Tf采用空腔法测定，由下列公式计算Tf=(f80-f25)/(f25x55)，其中fko和&分别是80。C和25。C下的谐振中心频率。具体配方組成以及微波介电性能详见表1。表l陶瓷组分与性能表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1.一种低温烧结Ba3Ti4Nb4O21微波介质陶瓷材料，其特征在于其原料组成为Ba3Ti4Nb4O21+awt％[xMnCO3+(1-x)CuO]其中0＜x＜1，0＜a＜10a为占Ba3Ti4Nb4O21的重量分数。2.根据权利要求1所述的低温烧结Ba3Ti4Nb402i微波介质陶瓷材料，其特征在于原料组成为Ba3Ti4Nb4021+lwt%(0.2MnCO3+0.8CuO)。3.—种低温烧结Ba3Ti4Nb40a微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于制备工艺包括以下步骤1)按Ba3Ti4Nb4021化学式配比称量主料BaC03，Ti02,Nb205，将主料混合，在11001200。C的条件下预烧24h,制备得到Ba3Ti4Nb4021陶瓷基料，并研磨备用；2)将xMnC03+(l-x)CuO按比例混合，干燥，在700800。C条件下预烧得到MnCOrMn02混合物，与上述的陶瓷基料按照Ba3Ti4Nb4021+awt%[xMnC03+(l-x)CuO]混合均匀，其中0<x<l,0<a<10,a为占Ba3Ti4Nb4021的重量分数，得到用于制备微波介质陶瓷的粉料；3)将所述的用于制备微波介质陶瓷的粉料压制成直径18mm、厚度810mm的圆薄片，在900980。C烧结，保温l4h，即可得到本发明的材料。全文摘要本发明公开了一种低温烧结Ba₃Ti₄Nb₄O₂₁微波介质陶瓷材料，以Ba₃Ti₄Nb₄O₂₁为主成分，MnCO₃+CuO为烧结助剂，组分组成为Ba₃Ti₄Nb₄O₂₁+awt％[xMnCO₃+(1-x)CuO]，其中0＜x＜1，0＜a＜10，a为占Ba₃Ti₄Nb₄O₂₁的重量分数；本发明还公开了上述瓷料的制备方法。本发明瓷料能在较低温度条件下烧结，满足与低成本银电极共烧要求，具有微波介电性能介电常数为58～66，高Qf值(6000～13400GHz)，可用于制备电容器、滤波器、谐振器等新型片式多层微波器件，具有重要的工业应用价值。文档编号C04B35/495GK101172858SQ20071015614公开日2008年5月7日申请日期2007年10月19日优先权日2007年10月19日发明者史灵杭,张启龙,辉杨,栋邹申请人:浙江大学