专利名称：：一种高q值复相微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及微波介质陶瓷材料领域，具体是一种高Q值复相微波介质陶瓷及其制备方法。二
背景技术：
：近年来，随着移动通讯与卫星通讯技术的迅速发展，对介质谐振器与滤波器等微波元器件使用的微波介质陶瓷的需要正在日益增长。调查显示2007年全球手机销量达到11.2亿部，按每部手机两个微波元器件估计，2007年仅仅手机生产就需要22.4亿个微波元器件。此外，便携式移动通讯设备的进步导致了各种由于多芯片高频器件或低温高烧陶瓷(LTCC)产生的各种类型的线路板和多芯片模块的发展，这就要求器件小型化、片式化、轻量化。促使微波介质陶瓷能够与其他介电材料或电感材料实现叠层共烧，其中要求具有良好导电率的金属或合金作为内电极。而目前为止代表性的微波介质陶瓷化合物如钛酸锆锡系、氧化钡_二氧化钛系、以及作为钡_钙钛矿系的钽锌酸钡、钽镁酸钡、铌锌酸钡虽然具有高的Q值，但烧结温度都在1300°C1500°C。由于其烧结温度过高，在制备微波元器件时，只能使用含钯量高的银钯合金，甚至纯钯作为电极材料。而钯的市场价格远远高于银，这样大大提高了元器件的原料成本，并且高的烧结温度在制备过程中需要消耗更多的能源，增加制备成本。目前常用的降低烧结温度的技术有化学合成法，如溶胶-凝胶法等；特殊烧结法，比如热压烧结、微波烧结、热等静压烧结等；掺杂烧结助剂；选用低烧结温度材料体系。但化学合成法和特殊烧结法往往需要特殊的设备，以及价格昂贵的原料，而且工艺复杂，不利于实现工业化生产需要。结合选用低烧结温度材料体系和掺杂烧结助剂将是降低烧结温度的一种有效方法。而铌酸锌、钽酸锌等微波介质陶瓷化合物虽然烧结温度在110(TC130(TC，但其Q值却大大降低。所以，同时具有低烧结温度和高Q值的微波介质陶瓷成为目前的技术难点。三
发明内容为了克服现有技术中存在的原料价格昂贵、制备成本高、能源耗费高以及材料微波介电性能低的问题。本发明提出一种高Q值复相微波介质陶瓷及其制备方法。本发明的一般表达式为(l-x)ZnNb206+xZn3Nb208，其中0.1《x《0.4。具体制备步骤如下(1)将纯度为99.9%的Zn0和Nb205，按摩尔比1:1混合球磨，然后烘干、研磨、预烧制成ZnNb206，预烧温度为1000°C105(TC，预烧时间为36小时。(2)将纯度为99.9%的ZnO和Nb205，按摩尔比3:1混合球磨，然后烘干、研磨、预烧制成2!13恥208，预烧温度为1100°C115(TC，预烧时间为36小时。(3)将ZnNb206和Zn3Nb208按摩尔比96:14混合球磨，然后烘干，添加33wt%8wt^的PVA(聚乙烯醇)造粒，产生200微米的颗粒，并在100Mpa压力下压制成型。(4)把成型后的试样排胶，排胶温度为500°C，升温速率为2°C/分钟，去除粘结剂。(5)将坯体在1100°C115(TC烧结，保温时间为26小时，并且在微波频段下QXf值大于130000GHz。本发明提供了在微波频段下具有高QXf值(大于130000GHz)与低烧结温度(IIO(TC)，同时介电常数为2224的复相微波介质陶瓷。而利用本发明提供的高Q值复相微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等微波元器件适合更高频率与更大功率的应用。同时由于低烧结温度，可以使用价格更低廉的电极材料，并且节约大量的能源，降低应用成本。四附图1是ZnNb206-Zn3Nb208复相陶瓷的XRD图谱。附图2是高Q值复相微波介质陶瓷制备方法的流程图。其中l.Zn3Nb2082.是ZnNb206a的组分是0.9ZnNb206+0.lZn3Nb208b的组分是0.8ZnNb206+0.2Zn3Nb208c的组分是0.7ZnNb206+0.3Zn3Nb208d的组分是0.6ZnNb206+0.4Zn3Nb208五具体实施例方式下面通过实施例进一步阐述本发明的实质特点和显著进步，然而本发明绝非仅限于所述的实施例。实施例一本实施例以纯度为99.9%的ZnO与Nb205为起始原料，按(l_x)211吣206+又2113吣208(其中x=0.1)的化学计量比配料。制备步骤为(1)将ZnO和Nb^5，按摩尔比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成ZnNb^e，预烧温度为IOO(TC，预烧时间为3小时。(2)将ZnO和Nb^5，按摩尔比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成2!13%08，预烧温度为IIO(TC，预烧时间为3小时。(3)将合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩尔比9:1混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时。(4)向烘干的粉料中加入3.00wt^聚乙烯醇粘结剂水溶液，用玛瑙研钵研磨2小时，产生约200微米颗粒，用该颗粒在100Mpa压力下压制成直径12mm，厚度6mm的圆柱试样。(5)将成型后的试样在电炉中经50(TC热处理，升温速率为2°C/min，烧掉粘结剂。(6)将除掉粘结剂的素坯体，在IIO(TC烧结2小时，升温速率为5°C/min。用粉末X射线衍射峰对烧结后的陶瓷试样进行了分析，分析结果如图一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相组成的复相结构。试样具有优良的的微波介电性能、=23.01，QXf=134852GHz(f=8.343GHz)。实施例二本实施例以纯度为99.9%的Zn0与Nb205为起始原料，按(l_x)ZnNb206+xZn3Nb208(其中x=0.2)的化学计量比配料。制备步骤为(1)将ZnO和Nb^5，按摩尔比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成ZnNb^e，预烧温度为102(TC，预烧时间为4小时。(2)将ZnO和Nb^5，按摩尔比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成2!13%08，预烧温度为112(TC，预烧时间为4小时。(3)将合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩尔比8:2混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨14小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时。.(4)向烘干的粉料中加入5.00wt^聚乙烯醇粘结剂水溶液，用玛瑙研钵研磨2小时，产生约200微米颗粒，用该颗粒在100Mpa压力下压制成直径12mm，厚度6mm的圆柱试样。(5)将成型后的试样在电炉中经50(TC热处理，升温速率为2°C/min，烧掉粘结剂。(6)将除掉粘结剂的素坯体，在113(TC烧结3小时，升温速率为5°C/min。用粉末X射线衍射峰对烧结后的陶瓷试样进行了分析，分析结果如图一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相组成的复相结构。试样具有优良的微波介电性能^=22.67，QXf=130903GHz(f=8.247GHz)。实施例三本实施例以纯度为99.9%的ZnO与Nb205为起始原料，按(l_x)ZnNb206+xZn3Nb208(其中x=0.3)的化学计量比配料。制备步骤为(1)将ZnO和Nb^5，按摩尔比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成ZnNb^e，预烧温度为104(TC，预烧时间为5小时。(2)将ZnO和Nb^5，按摩尔比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成2!13%08，预烧温度为113(TC，预烧时间为5小时。(3)将合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩尔比7:3混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨14小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时。(4)向烘干的粉料中加入7.00wt^聚乙烯醇粘结剂水溶液，用玛瑙研钵研磨2小时，产生约200微米颗粒，用该颗粒在100Mpa压力下压制成直径12mm，厚度6mm的圆柱试样。(5)将成型后的试样在电炉中经50(TC热处理，升温速率为2°C/min，烧掉粘结剂。(6)将除掉粘结剂的素坯体，在112(TC烧结4小时，升温速率为5°C/min。5用粉末X射线衍射峰对烧结后的陶瓷试样进行了分析，分析结果如图一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相组成的复相结构。试样具有优良的微波介电性能、=22.19，Qxf=149642GHz(f=8.115GHz)。实施例四本实施例以纯度为99.9%的Zn0与Nb205为起始原料，按(l_x)ZnNb206+xZn3Nb208(其中x=0.4)的化学计量比配料。制备步骤为(1)将2!10和恥205，按摩尔比1:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成ZnNb^e，预烧温度为105(TC，预烧时间为6小时。(2)将ZnO和Nb20s，按摩尔比3:1配比，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时、再用玛瑙研钵将干燥粉料磨细、置于刚玉坩埚中预烧制成2!13%08，预烧温度为115(TC，预烧时间为6小时。(3)将合成的ZnNb206和Zn3Nb208按摩尔比6:4混合，用行星磨在聚乙烯球磨罐中混合球磨12小时，以无水乙醇和锆球为介质，球磨后的湿料在5(TC烘干12小时。(4)向烘干的粉料中加入8.00wt^聚乙烯醇粘结剂水溶液，用玛瑙研钵研磨2小时，产生约200微米颗粒，用该颗粒在100Mpa压力下压制成直径12mm，厚度6mm的圆柱试样。(5)将成型后的试样在电炉中经50(TC热处理，升温速率为2°C/min，烧掉粘结剂。(6)将除掉粘结剂的素坯体，在115(TC烧结6小时，升温速率为5°C/min。用粉末X射线衍射峰对烧结后的陶瓷试样进行了分析，分析结果如图一所示，形成了由ZnNb206相和Zn3Nb208相组成的复相结构。试样具有优良的微波介电性能、=22.16，QXf=132097GHz(f=8.673GHz)。上述四个实施例中试样的微波介电性能以及烧结温度如表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种高Q值复相微波介质陶瓷，其特征在于，该高Q值复相微波介质陶瓷的一般表达式为(1-x)ZnNb2O6+xZn3Nb2O8，其中0.05＜x＜0.50。2.—种制备如权利要求1所述高Q值复相微波介质陶瓷的方法，其特征在于，具体制备过程是a.将纯度为99.9%的ZnO和Nb205按摩尔比1:1混合球磨，经烘干、研磨和预烧制成ZnNb206;预烧温度为950°C1050。C，预烧时间为26小时；b.将纯度为99.9^的ZnO和Nb20s按摩尔比3:1混合球磨，经烘干、研磨和预烧制成2!13吣208，预烧温度为1050°C115(TC，预烧时间为26小时；c.将ZnNb206和Zn3Nb208分别按陶瓷组成配比混合球磨并烘干；添加2wt%10wt%的PVA造粒，产生200微米的颗粒，并在100Mpa压力下压制成型；d.将成型后的试样排胶；排胶温度为50(TC，升温速率为2°C/分钟；去除粘结剂，得到坯体；e.将坯体在1050°C115(TC烧结，保温时间为26小时，并且在微波频段下QXf值大于130000GHz。全文摘要本发明是一种高Q值复相微波介质陶瓷及其制备方法，一般表达式为(1-x)ZnNb2O6＋xZn3Nb2O8，其中0.1≤x≤0.4。将ZnO和Nb2O5预烧制成ZnNb2O6；将ZnO和Nb2O5预烧制成Zn3Nb2O8；在合成的ZnNb2O6和Zn3Nb2O8中添加3wt％～8wt％的PVA造粒并压制成型；对坯体进行烧结，得到高Q值复相微波介质陶瓷。本发明在微波频段下具有高Q×f值与低烧结温度，同时介电常数为22～24。利用本发明提供的高Q值复相微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等微波元器件适合更高频率与更大功率的应用。同时由于低烧结温度，可以使用价格更低廉的电极材料，节约大量的能源，降低应用成本。文档编号C04B35/495GK101747037SQ20081023245公开日2010年6月23日申请日期2008年11月28日优先权日2008年11月28日发明者刘家骥,洪荣子,王通,胡国辛,高峰申请人:西北工业大学