CN103342558A - 可低温烧结的微波介电陶瓷Ba3Ti2V4O17及其制备方法 - Google Patents

可低温烧结的微波介电陶瓷Ba3Ti2V4O17及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可低温烧结的微波介电陶瓷Ba3Ti2V4O17及其制备方法。可低温烧结钒酸盐微波介电陶瓷材料的组成为Ba3Ti2V4O17。（1）将纯度为99.9%以上的BaCO3、TiO2和V2O5的原始粉末按Ba3Ti2V4O17化学式称量配料。（2）将步骤（1）原料湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在750℃大气气氛中预烧6小时。（3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在830~850℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3%。本发明制备的陶瓷在850-900℃烧结良好，其介电常数达到15～16，品质因数Qf值高达77000-93000GHz，谐振频率温度系数小，且可以与Ag电极低温共烧，在工业上有着极大的应用价值。

Description

可低温烧结的微波介电陶瓷Ba3Ti2V4O17及其制备方法
技术领域
本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及在微波频率使用的介质基板、谐振器和滤波器等微波元器件的微波介电陶瓷材料及其制备方法。
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、介质基片和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、电视卫星接受器和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。
应用于微波频段的介电陶瓷，应满足如下介电特性的要求：(1)系列化介电常数εr以适应不同频率及不同应用场合的要求；(2)高的品质因数Q值或介质损耗tanδ以降低噪音，一股要求Qf≥3000GHz；(3)谐振频率的温度系数τf尽可能小以保证器件具有好的热稳定性，一股要求-10/℃≤τf≤+10ppm/℃。国际上从20世纪30年代末就有人尝试将电介质材料应用于微波技术。
根据相对介电常数εr的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为4类。
(1)超低介电常数微波介电陶瓷，主要代表是Al2O3-TiO2、Y2BaCuO5、MgAl2O4和Mg2SiO4等，其εr≤20，品质因数Q×f≥50000GHz，τf≤10ppm/℃。主要用于微波基板以及高端微波元器件。
(2)低εr和高Q值的微波介电陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5，BaO-ZnO-Ta2O5或BaO-MgO-Nb2O5，BaO-ZnO-Nb2O5***或它们之间的复合***MWDC材料。其εr＝25～30，Q＝(1～2)×104(在f≥10GHz下)，τf≈0。主要应用于f≥8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。
(3)中等εr和Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi4O9、Ba2Ti9O20和(Zr、Sn)TiO4等为基的MWDC材料，其εr＝35～40，Q＝(6～9)×103(在f＝3～-4GHz下)，τf≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信***中作为介质谐振器件。
(4)高εr而Q值较低的微波介电陶瓷，主要用于0.8～4GHz频率范围内民用移动通讯***，这也是微波介电陶瓷研究的重点。80年代以来，Kolar、Kato等人相继发现并研究了类钙钛矿钨青铜型BaO-Ln2O3-TiO2系列(Ln＝La、Sm、Nd或Pr等，简称BLT系)、复合钙钛矿结构CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列、铅基系列材料、Ca1-xLn2x/3TiO3系等高εr微波介电陶瓷，其中BLT体系的BaO-Nd2O3-TiO2材料介电常数达到90，铅基系列(Pb，Ca)ZrO3介电常数达到105。
以上这些材料体系的烧结温度一股高于1300℃，不能直接与Ag和Cu等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。近年来，随着低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Co-firedCeramics，LTCC)的发展和微波多层器件发展的要求，国内外的研究人员对一些低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷复合材料体系，因低熔点玻璃相具有相对较高的介质损耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介质损耗。因此研制无玻璃相的低烧微波介质陶瓷材料是当前研究的重点。
在探索与开发新型可低烧微波介电陶瓷材料的过程中，固有烧结温度低的Li基化合物、Bi基化合物、钨酸盐体系化合物和碲酸盐体系化合物等材料体系得到了广泛关注与研究，由于含Bi、Te和Mo等化合物容易与Ag电极发生界面反应以及原料TeO2有毒使得这些Bi、Te和Mo基材料的应用受到限制，因此可低烧的高性能微波介质陶瓷体系仍然非常有限，这在很大程度上限制了低温共烧技术及微波多层器件的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有低损耗与良好的热稳定性，同时烧结温度低的微波介电陶瓷材料及其制备方法。
本发明涉及的可低温烧结的微波介电陶瓷材料的化学组成为：Ba3Ti2V4O17。
所述可低温烧结的微波介电陶瓷的制备方法具体步骤为：
(1)将纯度为99.9％以上的BaCO3、TiO2和V2O5的原始粉末按Ba3Ti2V4O17化学式称量配料。
(2)将步骤(1)原料湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在750℃大气气氛中预烧6小时。
(3)在步骤(2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在830～850℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3％。
本发明制备的陶瓷在830-850℃烧结良好，其介电常数达到15～16，品质因数Qf值高达77000-93000GHz，谐振频率温度系数小，且可以与Ag电极低温共烧，因此在工业上有着极大的应用价值。
具体实施方式
实施例：
表1示出了构成本发明的不同烧结温度的3个具体实施例及其微波介电性能。其制备方法如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价；将粉料与占粉料质量20％的Ag粉混合、压制成型后，在880℃烧结；X射线衍射物相分析与扫描电镜观察都显示Ba3Ti2V4O17与Ag没发生化学反应，即Ba3Ti2V4O17可以与Ag电极低温共烧。
本发明决不限于以上实施例。烧结温度的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
本陶瓷可广泛用于各种介质基板、谐振器和滤波器等微波器件的制造，可满足移动通信、卫星通信等***的技术需要。
表1：
Figure BDA0000340045940000031

Claims (1)

1.一种钒酸盐作为可低温烧结微波介电陶瓷的应用，其特征在于所述钒酸盐的化学组成式为：Ba3Ti2V4O17;
所述钒酸盐的制备方法具体步骤为：
（1）将纯度为99.9%以上的BaCO3、TiO2和V2O5的原始粉末按Ba3Ti2V4O17化学式称量配料;
（2）将步骤（1）原料湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在750℃大气气氛中预烧6小时；
（3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在830~850℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3%。
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