专利名称：一种微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明是关于电子信息材料与元器件领域的，尤其涉及一种低温烧结微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法。
背景技术：
移动通信技术的发展，对移动电话、车载电话、便携式手提电脑等移动设备小型化、轻便化、低功耗、高性能等要求日益加强。这就要求电子元器件继续向着微型化、高集成化、高可靠性、低成本、和片式化方向发展。近年来，从经济性角度考虑，开展与高电导率低熔点贱金属 Cu (10600C ) ^ Ag(9600C )共烧的介质陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，简称LTCC)成为研究的热点。作为LTCC材料，不仅要求合适的介电常数、低的介电损耗与小的谐振频率温度系数，更要求材料能在较低的烧结温度下烧结(950°C以下)，以便能与高电导率的铜或银金属内电极共烧。但是，目前大多数高频介质陶瓷存在烧结温度高(1200°C以上)、材料低温化与介电性能不能兼容等问题，真正能用来作为LTCC材料的介质陶瓷材料很少。目前报道较多的低烧结温度材料有SiO-TiO2系、BiNbO4系和Bi2O3-SiO-Nb2O5系等介质陶瓷材料。但这些低烧结温度介质陶瓷材料存在容量温度系数偏大、介电损耗高、与银电极发生界面反应等问题。Li1+x_yNblT3yTix+4y03系微波介质陶瓷具有适中的烧结温度(1100°C左右)、高的介电常数、可调的容量温度系数和较低的损耗，是一种性能优异的LTCC材料。但目前此类微波介质陶瓷粉体通常采用固相法制备，粉体的粒径较大，均勻性和烧结性较差。但截至目前，尚未见用溶胶-凝胶法合成该系统纳米粉体的报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服ΙΑ+ ΝΙνχ_3;Γυ3系微波介质陶瓷通常采用固相法制备的纳米粉体的粒径较大、均勻性和烧结性较差的缺点，提供一种采用溶胶-凝胶工艺制备LinyNb1T3yTixt4yO3系微波介质陶瓷纳米粉体的方法，最终获得颗粒均勻、高稳定纳米粉体，以便使Ι^1+”％_χ_3;Γυ3系微波介质陶瓷的烧结温度降低到950°C以下，并能与高电导率的银金属内电极共烧。本发明通过如下技术方案予以实现。一种微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法，具有如下步骤(1)原料组分及其摩尔百分比含量为Li1^yNVrfyTU3,其中0. 05 < χ < 0. 2，0 < y < 0. 15，按此化学计量比，配制相关溶液；(2)将硝酸锂溶于无水乙醇，加热磁力搅拌30分钟，使其溶解，得到硝酸锂溶液；(3)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，室温磁力搅拌，得到钛酸四丁酯溶液；然后将硝酸锂溶液滴加到钛酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力搅拌，得到澄清的钛锂混合溶液；(4)配制铌的柠檬酸水溶液
(a)将Nb2O5放入氢氟酸中，60 90°C水浴加热4 12小时至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，确保其全部生成铌酸沉淀；(c)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，60 90°C水浴加热使得铌酸完全溶解于柠檬酸的水溶液，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为1 2 1 6；(5)步骤(4)制得的铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌2 10h，温度为 50 90°C。柠檬酸与乙二醇的摩尔为1 1 1 4 ；(6)将步骤(3)配置的钛锂混合溶液加入到步骤(5)配置的铌的柠檬酸水溶液中， 加热至40 70°C，搅拌6 10小时，得锂铌钛溶胶；(7)将锂铌钛溶胶置于80°C磁力搅拌机上搅拌12 M小时，可形成粘稠状的透明凝胶；再将凝胶于烘箱中100 120°C烘干，形成干凝胶；(8)将干凝胶置于高温炉中，于650 850°C热处理，得到ΙΑ+Χι%_χ_3; χ+4 03纳米粉体。所述步骤(6)优选的加热温度至70°C搅拌8小时。所述步骤(7)优选的搅拌时间为18小时，优选的烘干时间为100°C。所述步骤⑶优选的热处理温度为750°C。本发明的有益效果是采用溶胶-凝胶工艺方法，在低于固相法的成相温度200 300°C条件下制备出Li^yNb1T3yTixt4yO3纳米粉体，该纳米粉体颗粒尺寸细小，平均粒径为 80nm,且纯度高，制备工艺简单，原料价格低廉。另外，该纳米粉体活性高，烧结特性好，可实现ΙΛ+Χ1%_Χ_3 Χ+4 03微波介质陶瓷的低温烧结。
具体实施例方式本发明所用原料均采用市售的分析纯原料，具体实施例如下。实施例1(1)原料组分及其摩尔百分比含量为LiNba6Tia5O3，按此化学计量比，配制相关溶液；(2)称取硝酸锂6. 894克溶于无水乙醇，加热磁力搅拌30分钟，使其溶解，得到硝酸锂溶液；(3)称取钛酸四丁酯17. 016克溶于无水乙醇中，室温磁力搅拌20分钟，得到钛酸四丁酯溶液；然后将硝酸锂溶液滴加到钛酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力搅拌30分钟， 得到澄清的钛锂混合溶液；(4)配制铌的柠檬酸水溶液(a)称取7. 974克Nb2O5放入氢氟酸中，70°C水浴加热8小时至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，确保其全部生成铌酸沉淀；(c)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，80°C水浴加热使得铌酸完全溶解于柠檬酸的水溶液，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为 1 4；(5)步骤(4)制得的铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌证，温度为80°C。 柠檬酸与乙二醇的摩尔为1 3;
(6)将步骤(3)配置的钛锂混合溶液加入到步骤(5)配置的铌的柠檬酸水溶液中， 加热至70°C搅拌8小时，得锂铌钛溶胶；(7)将锂铌钛溶胶置于80°C磁力搅拌机上搅拌18小时，形成粘稠状的透明凝胶； 再将凝胶于烘箱中10(TC烘干，形成干凝胶；(8)将干凝胶置于箱式高温电炉中，于650°C进行煅烧处理；制得均勻的 LiNba6Tia5O3纳米粉体；采用场发射扫描电镜(JE0L-7600F，Japan)测试该纳米粉体颗粒的平均粒径为50nm。实施例2(1)原料组分及其摩尔百分比含量为Liu25Nba 525Tia 525O3,按此化学计量比，配制相关溶液；(2)称取硝酸锂7. 067克溶于无水乙醇，加热磁力搅拌30分钟，使其溶解，得到硝酸锂溶液；(3)称取钛酸四丁酯17. 867克溶于无水乙醇中，室温磁力搅拌20分钟，得到钛酸四丁酯溶液；然后将硝酸锂溶液滴加到钛酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力搅拌30分钟， 得到澄清的钛锂混合溶液；(4)配制铌的柠檬酸水溶液(a)称取6. 977克Nb2O5放入氢氟酸中，70°C水浴加热8小时至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，确保其全部生成铌酸沉淀；(c)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，80°C水浴加热使得铌酸完全溶解于柠檬酸的水溶液，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为 1 4。(5)步骤(4)制得的铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌证，温度为80°C。 柠檬酸与乙二醇的摩尔为1 3。(6)将步骤(3)配置的钛锂混合溶液加入到步骤(5)配置的铌的柠檬酸水溶液中， 加热至70°C搅拌8小时，得锂铌钛溶胶。(7)将锂铌钛溶胶置于80°C磁力搅拌机上搅拌18小时，形成粘稠状的透明凝胶； 再将凝胶于烘箱中10(TC烘干，形成干凝胶；(8)将干凝胶置于箱式高温电炉中，于750 °C进行煅烧处理；制得均勻的 Li 1.025Nb0.S25Ti0.S25O3纳米粉体；采用场发射扫描电镜(JE0L-7600F，Japan)测试该纳米粉体颗粒的平均粒径为70nm。实施例3(1)原料组分及其摩尔百分比含量为LiNba5Tia 625O3,按此化学计量比，配制相关溶液；(2)称取硝酸锂6. 894克溶于无水乙醇，加热磁力搅拌30分钟，使其溶解，得到硝酸锂溶液；(3)称取钛酸四丁酯21. 27克溶于无水乙醇中，室温磁力搅拌20分钟，得到钛酸四丁酯溶液；然后将硝酸锂溶液滴加到钛酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力搅拌30分钟，得到澄清的钛锂混合溶液；(4)配制铌的柠檬酸水溶液
(a)称取6. 645克Nb2O5放入氢氟酸中，70°C水浴加热8小时至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，确保其全部生成铌酸沉淀；(c)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，80°C水浴加热使得铌酸完全溶解于柠檬酸的水溶液，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为 1 4；(5)步骤(4)制得的铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌证，温度为80°C。 柠檬酸与乙二醇的摩尔为1 3;(6)将步骤(3)配置的钛锂混合溶液加入到步骤(5)配置的铌的柠檬酸水溶液中， 加热至70°C搅拌8小时，得锂铌钛溶胶。(7)将锂铌钛溶胶置于80°C磁力搅拌机上搅拌18小时，形成粘稠状的透明凝胶； 再将凝胶于烘箱中10(TC烘干，形成干凝胶；(8)将干凝胶置于箱式高温电炉中，于850°C进行煅烧处理，制得均勻的 LiNba5Tia 625O3纳米粉体；采用场发射扫描电镜(JE0L-7600F，Japan)测试该纳米粉体颗粒的平均粒径为lOOnm。本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法，具有如下步骤(1)原料组分及其摩尔百分比含量为Li1YyNb1HyTih4yO3，其中0.05 < X < 0. 2，0 < y < 0. 15，按此化学计量比，配制相关溶液；(2)将硝酸锂溶于无水乙醇，加热磁力搅拌30分钟，使其溶解，得到硝酸锂溶液；(3)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，室温磁力搅拌，得到钛酸四丁酯溶液；然后将硝酸锂溶液滴加到钛酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力搅拌，得到澄清的钛锂混合溶液；(4)配制铌的柠檬酸水溶液(a)将Nb2O5放入氢氟酸中，60 90°C水浴加热4 12小时至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，确保其全部生成铌酸沉淀；(c)抽滤洗涤上述沉淀，然后将铌酸加入柠檬酸的水溶液中，60 90°C水浴加热使得铌酸完全溶解于柠檬酸的水溶液，得到铌的柠檬酸水溶液，其中铌离子与柠檬酸的摩尔比为 1 2 1 6 ；(5)步骤(4)制得的铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌2 10h，温度为50 90°C。柠檬酸与乙二醇的摩尔为1 1 1 4;(6)将步骤C3)配置的钛锂混合溶液加入到步骤( 配置的铌的柠檬酸水溶液中，加热至40 70°C，搅拌6 10小时，得锂铌钛溶胶；(7)将锂铌钛溶胶置于80°C磁力搅拌机上搅拌12 M小时，可形成粘稠状的透明凝胶；再将凝胶于烘箱中100 120°C烘干，形成干凝胶；(8)将干凝胶置于高温炉中，于650 850°C热处理，得到ΙΑ+Χ1%_Χ_3;Ι Χ+4 03纳米粉体。
2.根据权利要求1的微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)优选的加热温度至70°C搅拌8小时。
3.根据权利要求1的微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)优选的搅拌时间为18小时，优选的烘干时间为100°C。
4.根据权利要求1的微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)优选的热处理温度为750°C。
全文摘要
本发明公开了一种微波介质陶瓷纳米粉体的制备方法，步骤为(1)原料组分及其摩尔百分比含量为Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3，其中0.05＜x＜0.2，0＜y＜0.15(2)配置硝酸锂溶液(3)配置钛酸四丁酯溶液；再将硝酸锂溶液滴加到钛酸四丁酯溶液中，得到钛锂混合溶液(4)配制铌的柠檬酸水溶液(5)铌的柠檬酸水溶液中加入乙二醇，加热搅拌(6)将钛锂混合溶液加入铌的柠檬酸水溶液中，得到锂铌钛溶胶(7)将锂铌钛溶胶磁力搅拌，形成透明凝胶；再将凝胶烘干，形成干凝胶；(8)干凝胶于650～850℃热处理，得到Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3纳米粉体。该纳米粉体颗粒尺寸细小，平均粒径为80nm，且纯度高，制备工艺简单，原料价格低廉，粉体活性高，烧结特性好，可实现微波介质陶瓷的低温烧结。
文档编号C04B35/626GK102167594SQ20111002462
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者张平, 李玲霞, 王洪茹 申请人:天津大学