一种中介电常数高温烧结微波介质陶瓷及其制备方法

1.本发明属于电子陶瓷及其制造领域，特别涉及一种中介电常数高温烧结微波介质陶瓷及其制备方法。


背景技术：

2.随着无线通信技术的快速发展，对通信系统设备的质量和尺寸要求越来越高，特别是对移动通信系统中器件本身的小型化、轻便化、高频化、低功耗化方面的要求越来越加强。然而，当前采用传统材料制成的滤波器存在着各自的缺点，比如：采用微带结构及金属谐振器构成的滤波器、双工器要实现小型化难度太大；声表面波滤波器虽然可以减小电路尺寸，但由于功率容量小及插入损耗大的不足，其应用范围受到了限制。
3.针对这些问题，作为新型微波介质陶瓷材料有望成为一种可信赖替代方案。在众多的微波介质陶瓷中，具有六方钙钛矿结构的铌酸盐材料由于其适中的介电常数，低的介电损耗，而具有广泛的应用潜力。在六方钙钛矿陶瓷中，bao-tio
2-nb2o5三元体系是近年来兴起的具有代表性的中介电常数陶瓷体系，然而，在高温下易引起ti离子还原，导致陶瓷的半导体化，进而导致其较低的品质因数限制其进一步的应用(εr＝42～49,q
×
f＝13000～29000ghz，τf＝25～175ppm/℃)。在考虑电负性、离子半径、离子极化的前提下，采用sn、zr离子完全ti是一种可行的方法，然而，sn离子高温下的蒸发会引起空位缺陷，会对微波介电性能产生不利的影响。因此，本发明聚焦bao-zro
2-nb2o5三元体系，开发出一种新的低损耗微波介质陶瓷。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种中介电常数高温烧结微波介质陶瓷及其制备方法。
5.本发明涉及的中介电常数高温烧结微波介质陶瓷的化学表达式为：ba8nb4zr3o
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，通过固相法制备获得。在1530-1650℃烧结制备的ba8nb4zr3o
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陶瓷均为纯的六方钙钛矿，空间群为r-3m。其最佳的微波介电性能为εr＝32,q
×
f＝62151ghz,τf＝-27ppm/℃，st＝1620℃。
6.上述中介电常数高温烧结微波介质陶瓷的制备方法，按以下步骤进行：
7.(1)将纯度为99％以上的baco3、zro2、nb2o5的原始粉末按照化学式ba8nb4zr3o
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进行配料；
8.(2)将步骤(1)所得粉料放入尼龙球磨罐，按照料：去离子水：氧化锆球质量比1：1.5：5的比例进行混合，在行星球磨机中球磨6小时，取出后，在110℃下将水烘干，再采用60目筛网过筛，最后在1200℃大气气氛中预烧4小时；
9.(3)将步骤(2)所得粉体按照粉料：去离子水：氧化锆球质量比为1：2：5的比例进行混合，球磨6小时，在110℃下烘干，烘干后添加粘结剂并造粒，然后压制成型，最后在1530-1650℃大气气氛中烧结4小时，即可制得ba8nb4zr3o
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高温烧结陶瓷材料。所述的粘接剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量占粉末总质量的3％。
10.本发明在考虑b位阳离子之间的容差范围，按照六方钙钛矿的通式，采用固相反应法合成了ba8nb4zr3o
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微波介质陶瓷，其结构稳定，微波介电性能优异，工艺简单。
11.综上所述，本发明开发一种中介电常数高品质因数的微波介质陶瓷，微波介电性能为：εr＝32,q
×
f＝62151ghz,τf＝-27ppm/℃，st＝1620℃。
附图说明
12.图1为实施例4的xrd衍射图谱。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
14.本发明涉及的中介电常数微波介质陶瓷的化学表达式为：ba8nb4zr3o
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，其烧结温度范围为1530-1650℃。ba8nb4zr3o
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陶瓷的制备原料为：baco3、zro2、nb2o5，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。
15.表1示出了实施例1-5的微波介电性能。由表1可知，在ba8nb4zr3o
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陶瓷中采用在1620℃烧结时能获得高的品质因数。ba8nb4zr3o
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陶瓷具有最佳的微波介电性能：εr＝32,q
×
f＝62151ghz,τf＝-27ppm/℃，st＝1620℃。
16.表1：具体实施例的成分和微波介电性能
[0017][0018][0019]
图1为实施例4的xrd衍射图谱。由图1可知，ba8nb4zr3o
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陶瓷呈现出单一的六方钙钛矿相，其空间群为r-3m。
[0020]
上述实施例的说明只是用来帮助理解本发明的原理及其功效。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都属于保护范围。


技术特征：
1.一种中介电常数高温烧结微波介质陶瓷，其特征在于：所述微波介质陶瓷的化学表达式为：ba8nb4zr3o
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，通过固相法制备；其在1530-1650℃烧结获得的陶瓷均为纯相六方钙钛矿，空间群为r-3m，微波介电性能为ε
r
＝32，q
×
f＝62151ghz，τ
f
＝-27ppm/℃，st＝1620℃。2.如权利要求1所述的中介电常数高温烧结微波介质陶瓷的制备方法，具体步骤如下：(1)将纯度为99％以上的baco3、zro2、nb2o5的原始粉末按照化学式ba8nb4zr3o
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进行配料；(2)将步骤(1)所得粉料放入尼龙球磨罐，按照料：去离子水：氧化锆球质量比1：1.5：5的比例进行混合，在行星球磨机中球磨6小时，取出后，在110℃下将水烘干，再采用60目筛网过筛，最后在1200℃大气气氛中预烧4小时；(3)将步骤(2)所得粉体按照粉料：去离子水：氧化锆球质量比为1：2：5的比例进行混合，球磨6小时，在110℃下烘干，烘干后添加粘结剂并造粒，然后压制成型，最后在1530～1650℃大气气氛中烧结4小时，即可制得ba8nb4zr3o
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高温烧结陶瓷材料。所述的粘结剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量占粉末总质量的3％。

技术总结
本发明属于电子陶瓷及其制造领域，特别涉及一种中介电常数高温烧结微波介质陶瓷及其制备方法。所述微波介质陶瓷的化学表达式为：Ba8Nb4Zr3O


技术研发人员：李皓 张鹏程
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/1