专利名称：中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明关于电子信息材料与元器件领域，尤其涉及一种以中温烧结高频介质陶瓷及其制备方法。
背景技术：
随着现代通信和电子技术的迅猛发展，对高频介质陶瓷材料及元器件的需求越来 越大，要求越来越高。目前关于高频介质陶瓷材料的研究开发主要围绕以下几个方面开展 ①追求低损耗的极限；②探索较高的相对介电常数或介电常数系列化；③追求近零或可调 的温度系数。随着电子陶瓷材料的不断发展，为满足不同应用，各种性能优异的新体系材料也 不断涌现。铌/钽酸盐系陶瓷材料以其优异的介电性能近年来受到了研究者的广泛关注， 针对不同体系，不同性能要求，国内外研究者开展了大量的研究工作，已取得不同程度的进 展。ZnTiNb2O8属于ZnO-Nb2O5-TiO2系陶瓷材料，最先由Baumgarte等人于1994年报道。随后 Kim等人对(I-X)ZnNb2O6-XTiO2系的相组成及其微波介电性能进行了研究，指出ZnTiNb2O8 的微波介电性能为QXf = 42500GHz，ε r = 34, τ f =-52 X 10_6/°C。自Kim等人对其微 波介电性能进行报道后，国内外还未见对其复合的报道。现有技术的缺点是，介电常数有待进一步提高，温度系数不可调节。本发明使之与TiO2进行复合，测试了其在IMHz下的介电性能。
发明内容
本发明的目的是通过具有正、负电容量温度系数的ZnTiNb2O8和TiO2两相陶瓷复 合，采用传统固相合成法制备而成，提供一种中温烧结的高介电常数且介电常数系列化及 电容量温度系数可调的高频介质陶瓷及其制备方法。本发明通过以下技术方案予以实现。(下面是权利要求的重复，是形式需要)中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷，其原料组成及其摩尔百分比含量为(1-x) ZnTiNb2O8-XTiO2，其中0 彡 χ 彡 0. 85。采用原料为ZnO、Nb2O5 和 TiO2。中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤(1)将 ZnO、Nb2O5 和 TiO2 按(l_x) ZnTiNb2O8-XTiO2 化学式称量配料，其中 0 彡 χ 彡 0. 85 ；(2)将步骤(1)配置好的原料混合，加入尼龙罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球 磨2 6小时，再将球磨后的原料于红外干燥箱中烘干，过筛；(3)将步骤⑵混合均勻的粉料在920°C煅烧2 6小时，合成前驱体；(4)在步骤(3)合成的前驱体中加入石蜡作为粘合剂进行造粒，过筛后，再用粉末 压片机以260MPa的压力压成生坯；(5)将步骤(4)的生坯于1020 1170°C烧结1. 5 6小时，制成复合铌酸盐高频介质陶瓷；(6)将步骤(5)制得样品的上、下表面均勻地涂覆银浆，烧渗制备电极，焊接引线。所述步骤⑵的料球水=1 1.6 1. 6，烘干温度为100°C。所述步骤(5)烧渗制备电极的温度为840士20°C。最佳实施方案具有以下步骤(1)将 ZnO、Nb2O5 和 TiO2 按摩尔比 0. 55 0. 55 1 称量配料；(2)将步骤(1)配置好的原料混合，加入尼龙罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨6小时，再将球磨后的原料于红外干燥箱中烘干，过筛；(3)将步骤(2)混合均勻的粉料在920°C煅烧3小时，合成前驱体；(4)将步骤(3)合成的前驱体中加入石蜡作为粘合剂进行造粒，过筛后，再用粉末 压片机以260MPa的压力压成生坯；(5)将步骤(4)的生坯于1080°C烧结6小时，制得复合铌酸盐高频介质陶瓷；(6)将步骤(5)的制得样品的上、下表面均勻地涂覆银浆，840°C烧渗制备电极，焊 接引线。本发明有益效果是，通过ZnTiNb2O8和TiO2两相陶瓷复合，制得介电常数为34 97，介电损耗为0. 02 0. 57 X IO"4,电容量温度系数为89 -375 X 10_7°C的高频介质陶 瓷，其具有系列化的介电常数，超低的介电损耗，以及可调的电容量温度系数。此外，该制备 工艺简单，过程无污染，中温烧结，具有广阔的应用前景。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述。本发明采用纯度大于99. 9%的化学原料ZnO、Nb2O5和TiO2,依配方进行配料、混 合，按混合原料去离子水锆球的质量比为1 1.6 1.6的比例加入尼龙球磨罐中，在 转速为400r/min行星式球磨机上球磨2 6小时；在1500W红外干燥箱中于80 120°C 烘干，在900°C预烧3h，制得熔块(即前驱体)；在此熔块中加入石蜡作为粘合剂进行造粒， 过筛后，再用粉末压片机以260MPa的压力压成生坯，将生坯于1020 1170°C烧结1. 5 6 小时制得高频介质陶瓷。本发明的具体实施例的原料组成关系详见表1。表 1 本发明测试方法和检测设备如下1.介电常数ε、损耗tan δ的测试采用HEWLETT PACKARD 4278A电容测试仪，测量电容器的电容量C和介电损耗
tan δ (测试频率为IMHz)，并通过下面的公式计算介电常数εr Agilent 4285A LCR测试仪测量电容器的电容量C和介电损耗tan δ (测试频率为
IMHz)，并通过下面的公式计算介电常数ε 其中C为圆片电容器的电容量，单位为pF ；d为圆片电容器的介质厚度，单位为cm;D为圆片电容器的介质直径，单位为cm ；d和D均由电子螺旋测微器测出，并取平均值。2.温度系数α。的测试用GZ-ESPEC MC-710P 型高低温箱、HEWLETT PACKARD 4278A 电容测试仪及
HM27002型C-T参数测试仪测量不同温度下的电容量，从而求出电容器的电容量温度系数
α。(测试频率为IMHz)，其计算公式如下 其中，C25为电容器在25°C时的电容量，C85为电容器在85°C时的电容量。上述实施例的相关工艺参数和介电性能的测试结果(在频率为IMHz测试)详见 表2。表2 本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本 发明的范围和精神。
权利要求
一种中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷，其原料组成及其摩尔百分比含量为(1-x)ZnTiNb2O8-xTiO2，其中0≤x≤0.85。
2.根据权利要求1的中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷，其特征在于，采用原料为 Zn0、Nb205 和 Ti02。
3.权利要求1的中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤(1)将ZnO、Nb205 和 Ti02 按(l-x)ZnTiNb208_xTi02 化学式称量配料，其中 0 彡 x 彡 0. 85 ；(2)将步骤(1)配置好的原料混合，加入尼龙罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨2 6小时，再将球磨后的原料于红外干燥箱中烘干，过筛；(3)将步骤(2)混合均勻的粉料在920°C煅烧2 6小时，合成前驱体；(4)在步骤(3)合成的前驱体中加入石蜡作为粘合剂进行造粒，过筛后，再用粉末压片 机以260MPa的压力压成生坯；(5)将步骤(4)的生坯于1020 1170°C烧结1.5 6小时，制成复合铌酸盐高频介质 陶瓷；(6)将步骤(5)制得样品的上、下表面均勻地涂覆银浆，烧渗制备电极，焊接引线。
4.根据权利要求3的中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所 述步骤⑵的料球水=1 1. 6 1. 6，烘干温度为100°C。
5.根据权利要求3的中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所 述步骤(5)烧渗制备电极的温度为840士20°C。
6.根据权利要求3的中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，最 佳实施方案具有以下步骤(1)将ZnO、Nb205和Ti02按摩尔比0.55 0. 55 1称量配料；(2)将步骤(1)配置好的原料混合，加入尼龙罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨6小 时，再将球磨后的原料于红外干燥箱中烘干，过筛；(3)将步骤(2)混合均勻的粉料在920°C煅烧3小时，合成前驱体；(4)将步骤(3)合成的前驱体中加入石蜡作为粘合剂进行造粒，过筛后，再用粉末压片 机以260MPa的压力压成生坯；(5)将步骤(4)的生坯于1080°C烧结6小时，制得复合铌酸盐高频介质陶瓷；(6)将步骤(5)的制得样品的上、下表面均勻地涂覆银浆，840°C烧渗制备电极，焊接引线。
全文摘要
本发明公开了一种中温烧结复合铌酸盐高频介质陶瓷，其原料组成及其摩尔百分比含量为(1-x)ZnTiNb2O8-xTiO2，其中0≤x≤0.85。制备方法包括配料，球磨，于920℃煅烧、合成前驱体，造粒，成型，于1020～1170℃烧结1.5～6小时。本发明通过ZnTiNb2O8和TiO2两相陶瓷复合，制得介电常数为34～97，介电损耗为0.02～0.57×10-4，电容量温度系数为89～-375×10-6/℃的高频介质陶瓷，其具有系列化的介电常数，超低的介电损耗，以及可调的电容量温度系数。本发明工艺简单，过程无污染，中温烧结，具有广阔的应用前景。
文档编号C04B35/495GK101857435SQ20101019798
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者廖擎玮, 张威, 张平, 李玲霞, 王洪茹 申请人:天津大学