专利名称：高频用混合多相介质陶瓷材料及制备方法
技术领域：
本发明是涉及Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料及制备方法，确切地说是涉及该三元系中的一个新组成区域及制备方法。它可用于高频用温度稳定及温度补偿电容器，属于介质陶瓷领域。
70年代初，中国学者发现了Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系，它可作为高频用温度稳定及温度补偿电容器的介质陶瓷材料，至今已有许多报道，大致可归纳于表1。
表1已报道的高频用Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料
由表1可见，Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料是制作高频用温度稳定及补偿电容器的最有前途的材料之一。除了上述已研究的组成区域之外，寻找出一种新的组成区域，同样具有高的介电常数εr， 低的介质损耗tanδ，以及小而可调的电容温度系数，亦是陶瓷工作者的研究目的之一。
本发明目的在于提供一个新的Nb2O5-ZnO-Bi2O3组成区域及通过部分取代Zn的二价添加物(单独或复合添加)的加入，使介质陶瓷具有较佳的介电性能。
本发明提供的新组成区域，具体为NbO5/233.0+44.0％，ZnO 21.0-32.0mol％，BiO3/229.0-39.0(mol％)，该组成区域在Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系相图组成中的位置如
图1中4所示。图1其它三个三元系组成分别为(1)U.S.Pat.，No.5449652(1995)，(2)U.S.Pat.No4638401(1987)，(3)Japanese Patent Application No.4285046(1992)。显然本发明提供的是一个新的组成区域。本发明提供的新组成区域具有混合多相结构的特征，它是由BiZnNbO6-7焦绿石相，ZnNb2O6相及ZnO相所组成。部分Zn为Ba，Sr，Ca单独和Ca与Ba或Sr复合取代后，相结构更趋复杂。
为使本发明提供的区域具有较佳的介电性能及利于生产成本下降，本发明通过提高ZnO、Nb2O5含量(Bi2O3原料价格昂贵)和Ba，Sr，Ca部分取代Zn(单独或复合添加)的方法，使所制成的介质陶瓷材料具有较佳的介电性能。具体地说，本发明提供作为调节介电性能用部分取代Zn的Ca，Sr，Ba添加物(单独和Ca与Ba或Sr复合取代，mol％)加入量为Ba 0.5-6.0，Sr0.5-6.0，Ca 3.0-26.0，复合取代最大加入量为4～26.0(优先推荐量为Ba 1.0-4.0，Sr 1.0-4.0，Ca 5.0-18.0，复合取代最大加入量为12～18.0)。
本发明提供的新组成高频介质陶瓷材料采用传统氧化物制备工艺。所用原料为Nb2O5、Bi2O3、ZnO(或碱式碳酸锌)，取代Zn的二价碳酸盐，如BaCO3、SrCO3、CaCO3。纯度除Bi2O3为99.99以外，其余均为99.9％，颗粒度除Bi2O3大于2μ之外，其余颗粒度均小于或等于2μ。各原料及取代Zn的碳酸盐按配比称量，经球磨混合及烘干，固相高温合成(700-900℃保温时间2-8小时)，再次磨细及烘干，干压成型(或等静压成型)，烧结，研磨加工，上电极等工序制备而成。烧结温度范围为920-1020℃，保温2-4小时。
本发明提供的组成区域与文献和专利报道不同，为一个新的组成区域。通过二价Ba、Sr、Ca部分取代(单独或复合取代)Zn，抑制了瓷体晶粒生长，有效地促进瓷体致密化(显气孔率＜0.3％)。另外，本发明提供的组成区域是由混合多相所组成，除了主晶相BiZnNbO6.7之外，尚有ZnNb2O6相。ZnNb2O6相的介电常数较低，但具有极小的介质损耗和较小的电容温度系数。所以混合多相组成有利于降低介质损耗及调节电容温度系数。从而使本发明提供的介质陶瓷具有较佳的介电性能εr＝100-150(1-100MHz)，tanδ＝0.01-0.03％(1MHz)，tanδ≤0.1％(100MHz)，Tε(ΔC/C)＝0±4％(-40-+85℃)，烧结温度范围为920-1020℃，保温2-4小时。
综上所述，本发明具有下列几个优点1、提高Zn、Nb含量，使陶瓷晶相结构由混合多相结构所组成，即包括BiZnNbO6-7焦绿石主晶相，又有ZnNb2O6相及ZnO相等，Ba，Sr，Ca部分取代Zn使陶瓷晶相结构更趋复杂。因ZnNb2O6等具有极佳的介电性能，所以，混合多相结构有利于降低质损耗及调节电容温度系数。另外，Bi2O3原料价格昂贵，提高Zn，Nb含量亦有利于生产成本下降。
2、采用二价碳酸盐，如BaCO3，SrCO3，CaCO3部分取代Zn，可调节介质陶瓷的介电常数、电容温度系数和介质损耗。
3、本发明采用普通陶瓷制备工艺，工艺简单，重复性好，易于掌握及批量生产。
图1为本发明组成范围，图2为本发明提供的组成的X衍射图，它是由BiZnNbO6-7焦绿石相、ZnNb2O6和ZnO相所组成。
下面结合实施例进一步说明本发明的实质和进步实施例1组份为NbO5/239.42mol％，ZnO30.90mol％，BiO3/229.68mol％。合成温度850℃，保温4小时，烧结温度940-1020℃，保温2小时。得出的介电性能如下密度(g/cm3)＝6.65-6.75显气孔率(％)＜0.3介电常数(εr)＝120-130(1-100MHz)tanδ＝0.03％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)ΔC/C＝-4.0％(-40…+85℃)实施例2组份为NbO5/243.94mol％，CaCO36mol％，ZnO 16.97mol％，BiO3/233.09mol％。合成温度850℃，保温4小时，烧结温度920-1020℃，保温2小时。得出的介电性能如下密度(g/cm3)＝6.50-6.60显气孔率(％)＜0.3介电常数(εr)＝120-130(1-100MHz)tanδ＝0.01％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)ΔC/C＝-2.0％(-40---+85℃)实施例3组份为NbO5/242.04mol％，ZnO21.20mol％，BaCO32mol％，BiO3/234.76mol％。合成温度850℃，保温4小时，烧结温度940-1020℃，保温2小时。得出的介电性能如下密度(g/cm3)6.80-6.90显气孔率(％)＜0.3介电常数(εr)＝120-130(1-100MHz)tanδ＝0.03％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)ΔC/C＝-3.0％(-40---+85℃)实施例4组份为NbO5/243.94mol％，CaCO312mol％，SrCO32mol％，ZnO 8.97mol％，BiO3/233.09mol％。合成温度850℃(保温4小时)，烧结温度920-1020℃。介电性能介于前述范围。
权利要求
1.一种高频用(1-100MHz)介质陶瓷材料，由Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系组成，其特征在于该组成区域的范围为(mol％)NbO5/233.0-44.0，ZnO 21.0-32.0、BiO3/229.0-39.0。
2.按权利要求1所述的介质陶瓷材料的制备工艺，其特征在于(1)调节介电性能用部分取代Zn的二价元素(单独和Ca与Ba或Sr复合取代，mol％)加入量为Ba 0.5-6.0，Sr 0.5-6.0，Ca 3.0-26.0，复合取代最大加入量为4.0-26.0。(2)优先推荐部分取代Zn的二价元素(单独和Ca与Ba或Sr复合取代，mol％)加入量为Ba 1.0-4.0，Sr1.0-4.0，Ca 5.0-18.0，复合取代最大加入量为12.0-18.0。(3)烧结温度920～1020℃，保温2-4小时。
3.按权利要求1、2所述的组成区域及制备工艺，其征在于所述部分取代Zn的二价元素添加物为BaCO3，SrCO3，CaCO3。
全文摘要
一种高频用Nb
文档编号C04B35/453GK1189479SQ9712521
公开日1998年8月5日 申请日期1997年12月30日 优先权日1997年12月30日
发明者姚尧, 赵梅瑜, 吴文骏, 王依琳, 金行运, 周恩济 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所