专利名称：铅基微波介质陶瓷及其制造方法
技术领域：
本发明涉及以氧化铅为基料的高介电常数微波介质陶瓷及其制造方法。
微波介质陶瓷是用于介质谐振器、滤波器及振荡器等微波通讯系统中的关键元器件。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用的微波介质陶瓷的需求正在日益增长。
对于微波介质陶瓷，首先要求其有低的介电损耗(高Q值，Qf＞3000GHz)与接近于零的谐振频率温度系数(-20ppm/℃＜τf＜20ppm/℃，对于介电常数较低的材料系列，要求-10ppm/℃＜τf＜10ppm/℃)，同时，为满足器件小型化的需要而要求有尽量高的介电常数ε。
另一方面，虽然目前已开发出一系列微波介质陶瓷，但高的介电常数类材料(ε＞80)为数较少，而且即使是介电常数最高的BaO-Nb2O3-TiO2系列，其介电常数最高也只能达到94左右。一般来说，介电常数大的材料其介电损耗与温度系数也较大。因此，110的介电常数曾被认为是微波介质陶瓷难以逾越的一道“门槛”。这就大大地限制了微波器件进一步的小型化与应用范围的扩大。
本发明的目的是提供一种低介电损耗、温度稳定性良好并有尽可能高介电常数的铅基微波介质陶瓷及其制造方法，能解决背景技术中存在的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)原料配比(按摩尔百分比)为aPbO·bSrO·cBaO·dCaO·mMgO·nNb2O5·pTiO2·qSnO2，其中，a、b、c、d、m、n、p与q为摩尔百分比，且a＝0.6[1-2(b+c+d)]，m＝n＝a/3，p＝b+d，q＝c，0mol％≤b≤30mol％，0mol％≤c≤30mol％，5mol％≤d≤35mol％，15mol％≤b+c+d≤35mol％。
2)制造方法将纯度为99.5％以上的PbO、SrO、BaO、CaO、MgO、TiO2、SnO2及Nb2O5按上述配比用湿式球磨法混合24小时(溶剂为蒸馏水)，混合物烘干后，在850～1110℃，大气气氛中予烧3～4小时，然后，在予烧粉末中添加5wt％的聚乙烯醇(PVA)粘结剂造粒，在98～147MPa的压力下压制成形，最后在1200～1350℃，大气气氛中烧结2～3小时。
已有的非铅系微波介质陶瓷的介电常数一般不超过100，而铅基复合钙钛矿陶瓷虽有很高的介电常数，但其介电损耗与温度系数均太大，不能直接考虑其微波应用。本发明着眼于铅基复合钙钛矿陶瓷的低损耗化与温度系数控制，最后找出了上述高介电常数微波介质陶瓷新体系及其配方。
其中，SrO、CaO与TiO2的作用是降低介电损耗与谐振频率温度系数。而SnO2通过与BaO形成BaSnO3，可进一步降低介电损耗、提高Qf值。SrO、BaO、CaO、TiO2及SnO2的含量不能太低，也不能太高。若b+c+d＜15mol％，材料的谐振频率温度系数过高；b+c+d＞35mol％后，会引起材料难烧结与介电损耗增大等问题。
实施例首先，将纯度为99.5％以上的PbO、SrO、BaO、CaO、MgO、TiO2、SnO2及Nb2O5按一定的比例用湿式球磨法混合24小时(溶剂为蒸馏水)，烘干后在850～1110℃、大气气氛中予烧3小时。然后，在予烧粉末中添加PVA并造粒后，通过单轴压力成形在98～147MPa的压力下制备出直径12mm、厚度3～8mm的陶瓷坯体，最后在1200～1350℃、大气气氛中烧结3小时以制备所需的微波介质陶瓷。
用粉末X线衍射法对烧结后的陶瓷试样进行了物相分析，而用圆柱介质谐振器法在3GHz进行了微波介电性能的评价。
以下列出了实施例中材料的微波介电性能与组成的关系，如表1所示。
从表1可知，在本发明的陶瓷体系中，随着PbO、MgO与Nb2O5含量(a、m、n)的减少，介电常数ε趋于减小、而Qf值(Q为品质因数即介电损耗的倒数，f为谐振频率)趋于增加、同时谐振频率温度系数τf趋于减小。当b+c+d＜15mol％时，谐振频率温度系数与介电损耗均过大；而b+c+d＞35mol％时，材料将变得难以烧结、其Qf值也将小于3000GHz。因此，本发明的基本成分范围定为a＝0.6[1-2(b+c+d)]，m＝n＝a/3，p＝b+d，q＝c，0mol％≤b≤30mol％，0mol％≤c≤30mol％，5mol％≤d≤35mol％，15mol％≤b+c+d≤35mol％。
在实施例的所有成分中，如第十一个成分中，PbO＝24mol％、SrO＝2.5mol％、BaO＝2.5mol％、CaO＝25mol％、MgO＝8mol％、Nb2O5＝8mol％、TiO2＝27.5mol％、SnO2＝2.5mol％的成分点的微波介电性能综合指标最佳ε＝150，Qf＝3600 GHz，τf＝14ppm/℃。
[表1
本发明与背景技术相比具有的有益的效果是本发明提供了介电常数高达110～200，用同时具有低损耗与较小的谐振频率温度系数的微波介质陶瓷，特别是突破了微波介质陶瓷的介电常数一般小于110的“门槛”。而利用本发明提供的低介电损耗、温度稳定性良好并有高介电常数的微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等微波元器件的进一步的小型化成为可能。同时，本发明提供的陶瓷亦可应用于高频陶瓷电容器或温度补偿陶瓷电容器等。因此，本发明在工业上有着极大的推广使用价值。
权利要求
1.一种铅基微波介质陶瓷，其特征在于原料配比为aPbO·bSrO·cBaO·dCaO·mMgO·nNb2O5·pTiO2·qSnO2，其中，a、b、c、d、m、n、p与q为摩尔百分比，且a＝0.6[1-2(b+c+d)]，m＝n＝a/3，p＝b+d，q＝c，0mol％≤b≤30mol％，0mol％≤c≤30mol％，5mol％≤d≤35mol％，15mol％≤b+c+d≤35mol％。
2.根据权利要求1所述的铅基微波介质陶瓷的制造方法，其特征在于1)原料配比(按摩尔百分比)PbO a MgO mSrO b Nb2O5nBaO c TiO2pCaO d SnO2qa＝0.6[1-2(b+c+d)]，m＝n＝a/3，p＝b+d，q＝c，0mol％≤b≤30mol％，0mol％≤c≤30mol％，5mol％≤d≤35mol％，15mol％≤b+c+d≤35mol％。2)制造方法将纯度为99.5％以上的PbO、SrO、BaO、CaO、MgO、TiO2、SnO2及Nb2O5按上述配比用湿式球磨法混合24小时(溶剂为蒸馏水)，混合物烘干后，在850～1110℃，大气气氛中予烧3～4小时，然后，在予烧粉末中添加5wt％的聚乙烯醇(PVA)粘结剂造粒，在98～147MPa的压力下压制成形，最后在1200～1350℃，大气气氛中烧结2～3小时。
3.根据权利要求2所述的铅基微波介质陶瓷的制造方法，其特征在于其原料配比PbO＝24mol％，SrO＝2.5mol％，BaO＝25mol％，CaO＝25mol％，MgO＝8mol％，Nb2O5＝8mol％，TiO2＝27.5mol％，SnO2＝2.5mol％。
全文摘要
一种铅基微波介质陶瓷及其制造方法,其原料配比为aPbO·bSrO·cBaO·dCaO·mMgO·nNb
文档编号C04B35/634GK1242347SQ9911027
公开日2000年1月26日 申请日期1999年7月28日 优先权日1999年7月28日
发明者陈湘明, 卢祥军, 胡国龙 申请人:浙江大学