专利名称：一种钡钕钛系陶瓷介质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种介电陶瓷组合物及制备方法，具体地说，是一种钡钕钛系陶瓷介质及其制备方法。
背景技术：
高频介电陶瓷是一类用于现代信息技术中作为微波电子元器件的材料，用该陶瓷材料制成的多层陶瓷电容器(MLC)以及谐振器、滤波器、双工器、介质天线与介质波导等器件可广泛应用于移动通信、卫星通信以及诸如运载系统、通讯导航、雷达测控、电子对抗、预警系统、机载短波电台、有源相控阵雷达中的T/R组件等军事领域。随着电子信息设备及器件的小型化，集成化，要求高频介电陶瓷材料具有尽可能高的介电常数(ε≥110甚至更高)、更低的损耗以及很小的介电常数温度系数。为实现高频高介热稳定陶瓷材料的开发应用，国内外现研究得较多的是钡钕钛(BaO-Nd2O3-TiO2)系统介电陶瓷。例如，Kolar.D等人对BaO-Nd2O3-TiO2-Bi2O3系统进行了研究，获得了介电常数为70～90，介质损耗tanδ在3×10-4以下，介电常数温度系数为-25ppm/k的微波介电陶瓷(Kolar.Det al.，High Stability，Low Loss Dielectrics in the System BaO-Nd2O3-TiO2-Bi2O3，Ferroelectrics，v 27，n 1-4，1980，p 269-72)。该介质瓷料虽然介质损耗和介电常数温度系数均较小，但介电常数却不理想，达不到100；美国专利5,376,603(1994-12-27)实施例2公开了一种钡钕钛系微波介电陶瓷的制备方法，该材料的介电常数为112～113，最大Q2MHz值为3730，介电常数温度系数未提及，从该专利所揭示的陶瓷材料性能来看，其虽具有较高的介电常数(＞110)，但损耗较大，这可从Q值≯3800即可得知。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高介电常数(＞100)、低损耗(tanδ＜3×10-4)、介电常数温度系数αε小(-30～+20ppm/℃)的高频陶瓷介质，该介质可制造适于电子信息设备及器件小型化、集成化应用的高频高介热稳定型MLC电容器。
为达到以上目的，本发明所采取的技术方案是设计了一种钡钕钛系陶瓷介质，它按重量百分比，由下述成份组成BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％。
在上述方案中，其优选的组成为按重量百分比，BaCO319.2～19.9％，TiO235.0～37.8％，Nd2O326.3～29.7％，Bi2O312.6～19.5％；所述成份BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均为分析纯试剂。
本发明还提供了一种上述钡钕钛系陶瓷介质的制备方法，它按下述步骤进行
(1)按重量百分比，BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％配料，用氧化锆球加去离子水混合球磨4小时后于120℃干燥，然后过250孔/cm2分样筛，放入电炉中预烧，按11℃/min的升温速率加热至1000℃，保温2小时，即制得熔块；(2)将上述熔块用氧化锆球加去离子水球磨5小时后于120℃干燥，然后过250孔/cm2分样筛，加入6～7wt％的石蜡造粒，在60～80Mpa压强下压制成圆片生坯，最后放入电炉中烧成，先按3℃/min的升温速率加热至500℃，再按3～4℃/min的升温速率加热至1180～1220℃，保温4小时，冷却后即制得陶瓷介质。
上述步骤(1)中配料，优选的配比为按重量百分比，BaCO319.2～19.9％，TiO235.0～37.8％，Nd2O326.3～29.7％，Bi2O312.6～19.5％；所述配料组分BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均采用分析纯试剂。
本发明的钡钕钛系陶瓷介质，在一个宽的烧结温度范围内(1180～1220℃)，其介电常数ε均大于100，介质损耗很小(tanδ＜3×10-4)，并且具有优良的热稳定性能(αε在-30～+20ppm/℃之内)；如果在烧结过程中将烧结温度控制在一较为精确的范围内，则陶瓷介质将获得极其优良的性能，在所述优选组成配比范围内，其介电常数最大值可达120，介质损耗最小值为1.9×10-4(Q1MHz＞5000)，介电常数温度系数绝对值的最小值仅为1.044ppm/℃。本发明的有益效果在下面具体实施方式
中将还要进一步的阐述。
图1为本发明陶瓷介质试样的介电常数ε与烧结温度T的关系。
图2为本发明陶瓷介质试样的介电常数温度系数αε与烧结温度T的关系。
具体实施例方式
以下结合实施例与附图对本发明作进一步的详细描述实例1(1)按重量百分比BaCO319.2％，TiO235.0％，Nd2O326.3％，Bi2O319.5％配料50g(所用四种原料均为分析纯试剂)，用氧化锆球加去离子水混合球磨4小时，在干燥箱中于120℃烘干后过250孔/cm2分样筛，然后放入电炉中预烧，按11℃/min的升温速率加热至1000℃，保温2小时，即制得熔块；(2)将预烧好的熔块打碎，用氧化锆球加去离子水球磨5小时，在干燥箱中于120℃烘干后过250孔/cm2分样筛，然后加入6～7wt％的石蜡造粒，在60～80Mpa压强下压制成φ15mm×2mm的圆片生坯，最后放入电炉中烧成，先按3℃/min的升温速率加热至500℃，再按3～4℃/min的升温速率加热至1180～1220℃，保温4小时，冷却后即制得陶瓷介质。
将烧结好的陶瓷介质再烧渗银电极，焊接引线，做成电容器试样；用HewlettPackard4278A Capacitance Meter在1MHz下测其电容量C(pf)和损耗角正切值tanδ，并计算介质的相对介电常数ε；用GZ-ESPEC恒温箱和HM27002型电容器C-T特性测试仪测量其介电常数温度系数αε。
实例2
按重量百分比BaCO319.9％，TiO237.8％，Nd2O329.7％，Bi2O312.6％配料50g(所用四种原料均为分析纯试剂)，其余制备工艺与实例1的条件相同，所得到的陶瓷介质其电容器试样的制备方法及测试条件均与实例1相同。
实例3按重量百分比BaCO319.6％，TiO237.3％，Nd2O327.9％，Bi2O315.2％配料50g(所用四种原料均为分析纯试剂)，其余制备工艺与实例1的条件相同，所得到的陶瓷介质其电容器试样的制备方法及测试条件均与实例1相同。
根据本发明上述3个组成的实施例，在此特别要强调的是，为了获得烧结温度与组成性能的对应关系，本发明将烧结温度范围分成5个点，即1180℃、1190℃、1200℃、1210℃和1220℃，取实例1～实例3干压圆片生坯各一片为一组，在每个烧成温度点同时进行烧成，然后制成电容器试样，实例1组成代号为A；实例2组成代号为B；实例3组成代号为C，测其性能，将测试结果绘成曲线图，如图1、图2所示，图中各实例组成及介电性能与烧结温度的关系一目了然，以下结合附图予以说明由图1所示，组成A～C在1180～1220℃烧结范围内均能获得100以上的介电常数；其中组成A在1200℃烧结取得ε最大值119.7866，此时其αε为-25.1894，tanδ为2.8，该组成在温度系数和损耗控制得很好的基础上大幅度提高了介电常数；组成B在1220℃烧结取得最大值110.9587；组成C在1200℃烧结取得最大值115.7532。
组成A～C的介质损耗在1180～1220℃烧结范围内均在3×10-4以下，最大值不超过2.8×10-4，因此省略了图示。
由图2所示，组成A在1180～1220℃烧结范围内，其介电常数温度系数在-30～+20ppm/℃之间，在1220℃烧结时其αε达绝对值最小值3.19836，此时的ε为106.252，tanδ为2.36，介电性能相当优异；由图2可看出，组成B在1180～1220℃烧结范围内，其αε在-20～+12ppm/℃之间，尤其是在1180～1200℃烧结范围内，其αε在-5～0ppm/℃之间，当烧结温度为1190℃时，其αε达到绝对值最小值1.044，这时的ε和tanδ分别为102.9375、1.9×10-4(Q1MHz＞5000)，综合介电性能极佳，因此，如想获得热稳定性非常好的陶瓷介质，按该组成制成的园片生坯，其烧成温度最好为1180～1200℃；组成C在1180～1220℃烧结范围内，其αε在-17～+3ppm/℃之间，热稳定性也异常优异，当烧结温度为1210℃时，其αε达绝对值最小值2.3782，这时的ε为106.326，tanδ为2.06×10-4(Q1MHz＞4800)，综合介电性能也非常优异。
本发明的钡钕钛系陶瓷介质，由于其热稳定性好、损耗小、介电常数大，因此可用于制造高频、高介、热稳定型MLC，该类电容器在军用电子设备中可作为高频滤波器、浪涌输入电路、前置放大器、电源倍压电路、充放电，耦合，隔直流等电路中；此外，用本发明陶瓷介质制造的高频、高介、热稳定型MLC还可广泛应用于移动通信、无绳电话、卫星地面接收系统、程控交换机、微波集成电路以及表面组装技术(SMT)的电子设备中。
权利要求
1.一种钡钕钛系陶瓷介质，其特征是，它按重量百分比，由下述成份组成BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％。
2.根据权利要求1所述的钡钕钛系陶瓷介质，其特征是，它按重量百分比，由下述成份组成BaCO319.2～19.9％，TiO2为35.0～37.8％，Nd2O3为26.3～29.7％，Bi2O3为12.6～19.5％。
3.根据权利要求1或2所述的钡钕钛系陶瓷介质，其特征是，所述成份BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均为分析纯试剂。
4.一种钡钕钛系陶瓷介质的制备方法，其特征是，它按下述步骤进行(1)按重量百分比，BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％配料，用氧化锆球加去离子水混合球磨4小时后于120℃干燥，然后过250孔/cm2分样筛，放入电炉中预烧，按11℃/min的升温速率加热至1000℃，保温2小时，即制得熔块；(2)将上述熔块用氧化锆球加去离子水球磨5小时后于120℃干燥，然后过250孔/cm2分样筛，加入6～7wt％的石蜡造粒，在60～80Mpa压强下压制成圆片生坯，最后放入电炉中烧成，先按3℃/min的升温速率加热至500℃，再按3～4℃/min的升温速率加热至1180～1220℃，保温4小时，冷却后即制得陶瓷介质。
5.根据权利要求4所述的钡钕钛系陶瓷介质的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中的配料是按重量百分比，BaCO319.2～19.9％，TiO235.0～37.8％，Nd2O326.3～29.7％，Bi2O312.6～19.5％进行的。
6.根据权利要求4或5所述的钡钕钛系陶瓷介质的制备方法，其特征是，所述配料组分BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均采用分析纯试剂。
全文摘要
本发明公开了一种钡钕钛系陶瓷介质及其制备方法，它按重量百分比，由下述成分组成BaCO
文档编号C04B35/622GK1746132SQ200510014548
公开日2006年3月15日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者吴顺华, 李媛, 赵康健 申请人:天津大学