专利名称：一种微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以氧化物为基础的以成分为特征的陶瓷化合物，更确切地说，是关于一种以铝酸镧化合物(LaAlO3)为主要成分的低烧结温度高品质因子微波介质陶瓷的组成及制备方法。
背景技术：
微波介质陶瓷是微波器件的核心材料。最近十几年来，由于微波技术设备向小型化与集成化，尤其是向民用产品的大产量、低价格化方向的快速发展，加上电子陶瓷在最近三十年来的长足进步，使得微波介质陶瓷的研究与实用化迅速发展，目前已开发出了一大批适用于各种微波频段的微波介质陶瓷材料。应用于微波电路的介质陶瓷，在满足介电常数εr和谐振频率温度系数τf要求的前提下，要求材料具有更高的品质因子Q以提高信噪比。LaAlO3钙钛矿氧化物具有适当的微波介电性能(εr为23，Qf为65000GHz，τf为-44ppm/℃)，适合在微波介电谐振器和滤波器中应用。另外，因为LaAlO3具有高的品质因子，优秀的晶格匹配和热膨胀的良好配合，所以LaAlO3已经作为超导微波器件的基板得到广泛应用。
传统的LaAlO3制备方法是在大于1400℃的温度下直接使铝、镧的氧化物化合。采用固相法合成的LaAlO3粉体，颗粒粗，活性低，烧结温度也很高，一般在1650℃以下很难致密化。为了降低LaAlO3的烧结温度，一般掺入低熔点的添加剂。如《材料研究通报》杂志(MaterialsResearch Bulletin)在2001年6月的一篇文章《CuO添加剂对LaAlO3陶瓷烧结行为和微波介电性能的影响》(Effect of CuO additive on sintering and microwave dielectric behaviorof LaAlO3ceramics)中报道添加0.25wt％的CuO可以将LaAlO3的烧结温度降低到1460℃，但是品质因子降到了48000GHz。
目前，LaAlO3陶瓷的主要问题是粉末制备影响因素多，陶瓷烧结温度高，有些添加剂降低烧结温度的幅度不大，有些虽然能显著地降低烧结温度，但是采用传统制备方法不能保证微量添加剂的均匀分布，从而会导致产品性能会恶化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，通过湿化学方法掺入低熔点的CuO、ZnO、MnO2添加剂来降低LaAlO3陶瓷的烧结温度并保证微量添加剂的均匀分布，以获得具有较高品质因子的微波介质陶瓷，从而提供一种低烧结温度高品质因子微波介质陶瓷配方和制造该介质陶瓷产品的方法。
本发明的目的是这样实现的一种低烧结温度高品质因子微波介质陶瓷，其特征在于，由氧化物形式的La、Al、Cu、Zn和Mn组成，其化学式为La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2，式中x＝0-0.1，y＝0-0.2，z＝0-0.1。
所述的介质陶瓷，其组份摩尔份量比为La2O3100∶Al2O3100∶CuO 0-10∶ZnO 0-20∶MnO20-10。
所述的La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2陶瓷的制备方法，包括如下步骤1、以Al(NO3)3·9H2O(99％)，La(NO3)3·6H2O(99％)，Cu(NO3)2·3H2O(99.99％)，Zn(NO3)2·6H2O(99％)和Mn(NO3)2·6H2O(99％)为起始原料，按La2O3Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2(x＝0-0.1，y＝0-0.2，z＝0-0.1)配比称量，加入甘氨酸水溶液中(甘氨酸和金属离子的摩尔比为1.5-4∶1)，置于磁力搅拌器上，加热至60-90℃搅拌直至形成凝胶；2、将凝胶置于真空干燥箱中80-100℃烘干12-36小时，然后放入高温炉中于700-1000℃保温2-4小时，得到粉体材料；3、将所得到的粉体湿磨4-8小时烘干后加入浓度为2-10％的聚乙烯醇水溶液，加入量占粉末总重量的2-25％，于压力为150-300Mpa压制成型，然后在1300-1450℃的高温炉中烧结，制成微波介质陶瓷。
所述的微波介质陶瓷的制备方法，其烧成时间为4-24小时。
本发明克服了LaAlO3介质陶瓷烧结温度高的缺点，通过湿化学方法掺入低熔点的CuO、ZnO、MnO2添加剂而获得了低烧结温度高品质因子的微波介质陶瓷。
具体实施例方式
本发明采用湿化学方法合成La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2，采用传统的烧结方法制造La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2微波介质陶瓷。
本发明以Al(NO3)3·9H2O(99％)，La(NO3)3·6H2O(99％)Cu(NO3)2·3H2O(99.99％)，Zn(NO3)2·6H2O(99％)和Mn(NO3)2·6H2O(99％)为起始原料，按La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2(x＝0-0.1，y＝0-0.2，z＝0-0.1)配比称量，加入甘氨酸水溶液中(甘氨酸和金属离子的摩尔比为1.5-4∶1)，置于磁力搅拌器上，加热至60-90℃搅拌直至形成凝胶。将凝胶置于真空干燥箱中80-100℃烘干12-36小时，然后放入高温炉中于700-1000℃保温2-4小时。将所得到的粉体湿磨4-8小时烘干后加入浓度为2-10％的聚乙烯醇水溶液，加入量占粉末总重量的2-25％，于压力为150-300Mpa压制成型，然后在1300-1450℃的高温炉中烧结4-24小时。制得的微波介质陶瓷，可用于制作微波介质滤波器、谐振器、超导微波器件的基板等。
实施例1-3第一步按表1原料配比取Al(NO3)3·9H2O、La(NO3)3·6H2O，Cu(NO3)2·3H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2·6H2O适当量加入100ml甘氨酸水溶液中(甘氨酸的浓度为0.5M)，置于磁力搅拌器上，加热至80℃搅拌直至形成凝胶；第二步将凝胶置于真空干燥箱中90℃烘干24小时，然后放入高温炉中于700℃保温2小时合成具有表2所示组成的La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2粉体；第三步按表2组成取La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2粉料，湿磨6小时。烘干后的物料加入浓度为5％的聚乙烯醇水溶液5g造粒，然后用200MPa的压力压制成型，于温度1375℃烧成8小时，制得微波介质陶瓷，其陶瓷在8.5GHz左右下得介电性能检测结果见表2表1 原料配比
表2 微波介质陶瓷的组成 表3 微波介质陶瓷8.5GHz下的介电性能 本发明可广泛用于各种介质谐振器、滤波器和超导微波器件的基板等各种微波器件的制造，可满足移动通信、卫星通信等系统的技术需要。
权利要求
1.一种微波介质陶瓷，其特征在于，由氧化物形式的La、Al、Cu、Zn和Mn组成，其化学式为La2O3·Al2O3·xCuO·yZnO·zMnO2，式中x＝0-0.1，y＝0-0.2，z＝0-0.1。
2.根据权利要求1所述微波介质陶瓷，其特征在于，其组份摩尔份量比为La2O3100∶Al2O3100∶CuO 0-10∶ZnO 0-20∶MnO20-10。
3.权利要求1所述微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)以Al(NO3)3·9H2O(99％)，La(NO3)3·6H2O，Cu(NO3)2·3H2O(99.99％)，Zn(NO3)2·6H2O和(NO3)2·6H2O(99％)为起始原料，按配比称量，加入甘氨酸水溶液中，甘氨酸和金属离子的摩尔比为1.5-4∶1；置于磁力搅拌器上，加热至60-90℃搅拌直至形成凝胶；(2)将凝胶置于真空干燥箱中80-100℃烘干12-36小时，然后放入高温炉中于700-1000℃保温2-4小时得到粉体料；(3)将所得到的粉体湿磨4-8小时，烘干后加入浓度为2-10％的聚乙烯醇水溶液，加入量占粉末总重量的2-25％，然后于压力为150-300Mpa压制成型，于高温炉中烧结，制成微波介质陶瓷。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的烧结温度为1300-1450℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的烧结时间为4-24小时。
全文摘要
本发明提供一种微波介质陶瓷，由氧化物形式的La、Al、Cu、Zn和Mn组成，其化学式为La
文档编号H01B3/12GK1974484SQ20061009530
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者田中青, 黄伟九, 伍光凤 申请人:重庆工学院