一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法

专利名称：：一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法。
背景技术：
：微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达等方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。对微波介质元器件的要求主要在于l)介电常数要高，以实现小型化；2)介电损耗要小，即品质因子Qf值要高；3)热稳定性高，即谐振频率温度系数(TCF)接近G卯m/'C。近年来，随着低温共烧陶乾技术(LowTemperatureCo-firedCeramics,LTCC)和微波多层器件发展的发展，要求使用价格低廉的金属如Ag作为形成多层陶瓷电容器中的内电极的材料来代替Pd、Pt和Au等贵金属贵金属。Ag的熔点为96(TC,而一般微波陶覺的烧结温度大都在130(TC左右。如果将Ag与烧结温度高于96(TC的介电陶瓷合并在一起形成多层陶瓷电容器，则会出现在介电陶瓷材料烧结过程中Ag被熔化出来的问题。因此，开发可与Ag电极共烧的低温烧结微波介质陶瓷是非常重要的。目前，降低微波介质材料烧结温度的方法有三种掺杂适当的氧化物或者低熔点玻璃等烧结助剂；采用化学合成法和使用超细粉体作为起始原料以及选用固有烧结温度较低的材料。采用化学合成方法需要复杂的处理步骤，会大大增加微波介质元器件的生产成本和时间。许多研究表明，氧化物或低熔点玻璃的掺入可以有效的降低陶瓷材料的烧结温度，但是会不同程度的损坏材料的微波介质性能。如何有效降低微波介质陶瓷的烧结温度而保持较高的微波性能是低温烧结
技术领域：
的一大难题，可以考虑选择微波性能良好的陶瓷体系进行低温烧结研究。方亮等在《Materialsletters》2004年58期3884~3887页发表的"PreparationandcharacterizationoftwonewdielectricceramicsBa3La2Ti2NbA5andBa2La3Ti3Nb015"一文中公开了Ba3La2Ti2Nb2015陶瓷在1445°C烧结的微波介电性能介电常数Sr为49.37,品质因子Qf为20207GHz,频率温度系数Tf为+4卯m/。C;Ba2La3Ti3NbOJ甸瓷在1460。C烧结的微波介电性能介电常数"为42.83，品质因子Qf为21726GHz,频率温度系数t「为-8卯m/。C。Y.Fukami等在《Jo證aloftheEuropeanCeramicSociety》2006年26期20552058页发表的"MicrostructureandmicrowavedielectricpropertiesofBaLaJLAsceramicswithtemplateparticles"一文中/^开了BaLaJi為5陶覺在1600。C烧结的微波介电性能介电常数Sr为45,品质因子Qf为40000GHz,频率温度系数tf为-15ppm/°C。上述这三种材料Ba山a2Ti2NbA5、Ba2La3Ti3Nb015、BaLaJiA5属于Ba5iLaJixNb4-A5系列微波介质陶瓷材料，它们具有优良的微波介电性能，介电常数在4050范围，高的品质因子，谐振频率温度系数接近于Oppm/。C,具有重要的应用价值。但是，它们的烧结温度都在1400。C以上，远远高于Cu、Ag的熔点，不能实现和廉价金属的共烧，必须对其进行低温化研究。
发明内容本发明的目的是提供一种可以在较低温度下烧结的微波介质陶瓷材料，具有中等介电常数，同时具有高品质因子与良好的热稳定性的微波陶瓷材料及其制备方法。本发明提供的一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷组分组成为Ba5—xLaxTixNb4—x015+aBaCuBA十bBaWO"其中2<x《4，3%《a《10%，0%《b《5%,a、b分别为BaCuB205、BaW04占Ba5—xLaxTixNb4—x015的重量百分数。上述低温烧结中微波介质陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行1)将99.W分析纯的化学原料BaC03、NbA、La203、Ti02,按Ba5—xLaJixNb"0,f化学式称量配料，其中2《x《4;将配置好的化学原料混合，放入球磨罐中，加入氧化4告^^和无水乙醇，J求磨1520h,混合磨细，耳又出烘干，过200目筛，在1300°C~135(TC预烧，并保温8~10h，即可得到Ba5—xLaxTixNb4—刀15粉末。2)将99.9Y。分析纯原料BaC03、W(M安BaW04化学式配料，原料混合均匀，在850~900。C下预烧4h，然冷却至室温，经过研磨后即得到BaW04分体。3)将99.9°/。分析纯原料BaC03、CuO、B203按BaCuB2(M匕学式配料，原料混合均匀，緩慢升温至800°C，保温4~15h,自然冷却至室温，经过研磨后即得到BaCuB2054分体。4)将合成的LiBa4NbJa3-x012、BaCuB205、BaWO^、Ba5_xLaxTixNb4—x015+aBaCuB205+68&￥04乾料组成配料，混合均匀，得到用于制备微波介质陶瓷的粉料，其中2《x《4,3%《a《10%，0%《b《5%,a、b分别为BaCuB205、BaW04占Ba5—xLaJi艮、0,的重量百分数。5)将步骤(4)所得粉料添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在910~960。C大气气氛中烧结2~4小时，即得到本发明的材料。所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占步骤(4)所得粉料总量的1%~6%。本发明化学组成及制备工艺简单，制得的微波介质陶瓷能与银电极共烧，具有中等介电常数，同时具有高品质因子与良好的热稳定性，可以用来制备集成化的多层介质谐振器、滤波器等多层片式元件。具体实施例方式制备方法如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。本发明制备的低温烧结微波介电陶瓷具有以下特点中介电常数(35~45)，高的品质因子(Qf=10000~21000GHz),谐振频率温度系数近零，另外它还可以在较低温度(910°C~960°C)下进行烧结。陶瓷绍分组成、烧结温度与性能表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求1.一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷，其特征在于组分组成为Ba5-xLaxTixNb4-xO15+abaCuB2O5+bBaWO4，其中2≤x≤4，3％≤a≤10％，0％≤b≤5％，a、b分别为BaCuB2O5、BaWO4占Ba5-xLaxTixNb4-xO15的重量百分数。2.如权利要求l所述的低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于具体步骤为1)将99.9。/。分析纯的化学原料BaC03、Nb205、La203、Ti02,按Ba5—xLaxTixNb4—、0^化学式称量配料，其中2《x《4;将配置好的化学原料混合，放入球磨罐中，加入氧化4告王求和无水乙醇，J求磨1520h，混合磨细，iF又出烘千，过200目筛，在1300°C~135(TC预烧，并保温810h，即可得到Ba5—0^1^冊,4_,015粉末；2)将99.9。/。分析纯原料BaC03、WO;按BaWO"匕学式配料，原料混合均匀，在850~90(TC下预烧4h,然冷却至室温，经过研磨后即得到BaWO,粉体；3)将99.9%分析纯原料BaC03、CuO、B203按BaCuB205化学式配料，原料混合均匀，緩慢升温至800°C，保温4~15h,自然冷却至室温，经过研磨后即得到BaCuBA粉体;4)将合成的LiBa4NbxTa3—A2、BaCuBA、BaW04按照Ba5—xLaxTixNb"015+aBaCuBA+68&冊4资料组成配料，混合均匀，得到用于制备微波介质陶瓷的粉料，其中2《x《4，30/Ua<10%，0%《b《5%，a、b分别为BaCuB205、BaW04占Ba5—xLaJi肌—、0"的重量百分数；5)将步骤(4)所得粉料添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在910~960。C大气气氛中烧结2~4小时，即得到本发明的材料；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占步骤(4)所得粉料总量的l°/。~6/。全文摘要本发明公开了一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法。Ba_5-xLa_xTi_xNb_4-xO₁₅+aBaCuB₂O₅+bBaWO₄，其中2≤x≤4，3％≤a≤10％，0％≤b≤5％，a、b分别为BaCuB₂O₅、BaWO₄占Ba_5-xLa_xTi_xNb_4-xO₁₅的重量百分数。本发明化学组成及制备工艺简单，陶瓷材料可在较低温度下烧结，满足与低成本银电极共烧要求，具有微波介电性能∶介电常数为35～45，高Qf值(＞10000GHz)，可用于低温共烧陶瓷体系、多层介质谐振器、滤波器等微波器件的制造。文档编号H01B3/12GK101538159SQ20091011398公开日2009年9月23日申请日期2009年4月11日优先权日2009年4月11日发明者刘来君,亮方,李纯纯,胡长征,苏和平申请人:桂林工学院