一種Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及一種中溫?zé)Y(jié)Ca-Nd-Ti體系微波介質(zhì) 陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波（300MHz到30GHz)頻段電路中作為介質(zhì)材料并完 成一種或多種功能的陶瓷，是現(xiàn)代通信技術(shù)中的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用于介質(zhì)諧振器、 濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)波導(dǎo)回路、微波電容、雙工器、天線等微波元器件。
[0003] 應(yīng)用于微波頻段的介質(zhì)陶瓷，應(yīng)滿足如下要求：（1)適宜的介電常數(shù)以利于器件 的小型化（介質(zhì)元器件的尺寸與介電常數(shù)的平方根成反比）；(2)高的品質(zhì)因數(shù)Q以 降低損耗，一般要求QX f多3000GHz (其中f為諧振頻率）。；(3)穩(wěn)定的接近零的頻率溫度 系數(shù)，以保證器件的溫度穩(wěn)定性；(4)與銀或銅有良好的共燒性。近年來隨著電子信息技術(shù) 不斷向高頻化和數(shù)字化方向發(fā)展，對元器件的小型化，集成化以至模塊化的要求也越來越 迫切。中溫共燒陶瓷以其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特性，已經(jīng)成為電子器件模塊化的 主要技術(shù)之一。近年來國內(nèi)外的研宄人員對一些中溫?zé)Y(jié)體系材料進(jìn)行了廣泛的探索和研 宄。在微波介質(zhì)陶瓷中Ca-Nd-Ti體系具有良好的微波介電性能，和可調(diào)的頻率溫度系數(shù)， 但通常都具有高的燒結(jié)溫度（> 1300°C )，不能直接與Cu等低熔點金屬共燒，這在很大程 度上限制了其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。因此如何降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度成了研宄重點， 目前通常采用的降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度的方法有：（1)改進(jìn)制備工藝如采用化學(xué)合 成方法制備，降低燒結(jié)溫度，但該方法工藝復(fù)雜，制作周期增加；（2)使用超細(xì)粉體作原料， 提高粉體活性，降低陶瓷燒結(jié)溫度，但該方法成本高；(3)添加低熔點氧化物或低熔點玻璃 燒結(jié)助劑，在燒結(jié)過程中，低熔點氧化物或玻璃燒結(jié)助劑形成液相，降溫效果明顯，且工 藝簡單，易于批量生產(chǎn)。因此為降低制作成本，大多采用第三種方法降低微波介質(zhì)材料的燒 結(jié)溫度。
[0004] 近年來，越來越多的陶瓷材料研宄大多數(shù)都朝著高介電、低損耗和高品質(zhì)因數(shù)等 方向發(fā)展。眾所周知，應(yīng)用在微波材料方面的Ca-Nd-Ti (CNT)體系陶瓷也不例外。CNT材料 具有良好的微波介電性能，較高的介電常數(shù)（120~140)和品質(zhì)因數(shù)（5000~10000GHz) 以及可調(diào)的諧振頻率溫度系數(shù)。然而，未摻雜的CNT陶瓷材料燒結(jié)溫度卻高達(dá)1350°C，無 法與銅共燒。為了降低燒結(jié)溫度，傳統(tǒng)的方法一種為摻入低熔點氧化物，如B2O3及V 205，然 而游離的B2O3及V 205在后期流延過程中易導(dǎo)致漿料粘度過大而不穩(wěn)定，限制了其實際應(yīng)用； 另一種方法是摻入低熔點玻璃，但玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗，且玻璃在熔 煉過程中性能不穩(wěn)定，成本較高。雖然已有研宄關(guān)注無玻璃相的中溫高介電陶瓷，但實際生 產(chǎn)中能應(yīng)用的體系并不多，極大限制了中溫共燒技術(shù)及微波多層器件的發(fā)展。鑒于以上敘 述，如何制備一種穩(wěn)定的、可中溫?zé)Y(jié)的、高性能的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料是工業(yè)應(yīng) 用的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述存在的問題或不足，本發(fā)明提供了一種Ca-Nd-Ti (CNT)體系中溫共燒陶 瓷材料及其制備方法。
[0006] Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷材料，其原料組成為質(zhì)量百分比90. 15%~100%的 主晶相Caa6NdQ.26Ti03,和質(zhì)量百分比0%~9. 85%的降燒劑A，其中主晶相Caa6NdQ.26Ti03不 取100 %，降燒劑A不取0 %降燒劑A成分組成的質(zhì)量百分比為：35 % < La2O3S 45%、49 % 彡 H3BO3彡 52%、0· 68%彡 ZnO 彡 12. 13%、0%彡 CuO 彡 0· 87%和 0%彡 Al 203彡 5. 32%。 [0007] Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷材料的制備方法，包括下列步驟：
[0008] 步驟1:將原材料0&0)3、制20 3和1102粉體按摩爾比0&0)3:恥20 3:110 2= 6:1.33:10配料，以去離子水為介質(zhì)行星球磨3~7小時，取出后在KKTC下烘干，以60目篩網(wǎng)過 篩，然后在800°C~1200°C大氣氣氛中預(yù)燒5~8小時合成主要晶相為具有斜方晶系類鈣 鈦礦鎢青銅結(jié)構(gòu)的固溶體Caa6Nda26TiOjP CNT基料；
[0009] 步驟 2 :將原材料 1^203、!^03、2110、(：110、4120 3按質(zhì)量百分比35%彡1^ 203彡45%、 49%彡 H3BO3彡 52%、0· 68%彡 ZnO 彡 12. 13%、0%彡 CuO 彡 0· 87%和 0%彡 Al2O3彡 5. 32% 進(jìn)行配料，使用去離子水為球磨介質(zhì)，行星球磨3~12小時，烘干過篩，在500°C~800°C下 保溫2~8小時預(yù)燒，然后在500°C~800°C保溫1~5小時熔融，再淬火形成玻璃渣，將 制備的玻璃渣再破碎球磨成降燒劑A備用；
[0010] 步驟3 :在所述CNT基料中加入占總質(zhì)量百分比為0%~9. 85%的降燒劑，以酒精 為介質(zhì)行星球磨20min，取出后在100°C下烘干，添加劑量占原料總質(zhì)量2~5%的丙稀酸 溶液作為粘結(jié)劑造粒，壓制成型，最后在900°C~KKKTC大氣氣氛中燒結(jié)1~4小時，制成 Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷材料。
[0011] 綜上所述本發(fā)明具有以下優(yōu)點：Ca-Nd-Ti體系陶瓷燒結(jié)溫度< 1000°C，高等介 電常數(shù)（60~90)以利于器件的小型化，高的品質(zhì)因數(shù)Qf值（4000~8500)和低的損耗 (< KT4) 〇
【附圖說明】
[0012] 圖1是實施例1、3、4、9的XRD圖，其中有Si做標(biāo)定用。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明材料原料組成為：質(zhì)量百分比為90. 15%~100%的Ca-Nd-Ti和質(zhì)量百分 比0%~9. 85%的降燒劑A。
[0014] 所述降燒劑A組成為質(zhì)量百分比為：35%彡La2O3彡45%、49%彡H 3BO3S 52%和 0. 68%^ ZnO ^ 12. 13%,0%^ CuO ^ 0. 87%,0%^ Al2O3^ 5. 32%
[0015] 實施例：
[0016] 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的各成分含量的幾個具體實施例的數(shù)據(jù)，表2給出各實施 例的微波介電性能。其制備方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評價。
[0017] 表1:
[0018]
[0021] 從上表可以看出，通過降燒劑降燒劑A加入，使得體系能夠在中溫下燒結(jié)致密。實 施例1、2、3、4為加入不同量的降燒劑A的Ca-Nd-Ti在相同溫度下燒結(jié)的陶瓷，實施例1、5、 6、7及8為摻入相同質(zhì)量的降燒劑A在不同溫度下燒結(jié)的Ca-Nd-Ti陶瓷，實施例9為1350 度下燒結(jié)的未摻雜的Ca-Nd-Ti陶瓷。對比可見，摻入降燒劑A可以使燒結(jié)溫度降至1000 度及以下，使陶瓷獲得高的介電常數(shù)和優(yōu)良的微波介電性能。
[0022] 以實施例1、3、4、9為例，通過對比未加入降燒劑A的體系和加入不同比例降燒劑 A的體系的XRD圖（圖1)，可以看出降燒劑A的加入不會改變體系中形成的相。圖1中的 Si為做標(biāo)定用的Si。
【主權(quán)項】
1. 一種Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷，其原料組成為質(zhì)量百分比90. 15%~100%的主 晶相Caa 6NdQ. 26Ti03,和質(zhì)量百分比0 %~9. 85 %的降燒劑A，其中主晶相Caa 6NdQ. 26Ti03不取 100 %，降燒劑A不取0 %，其特征在于： 所述降燒劑A成分組成的質(zhì)量百分比為：35%彡La2O3S 45%、49%彡H3BO3S 52%、 0? 68%彡 ZnO 彡 12. 13%、0%彡 CuO 彡 0? 87%和 0%彡 Al2O3彡 5. 32%。2. 如權(quán)利要求1所述Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷的制備方法，包括下列步驟： 步驟 1 :將原材料 CaC03、Nd203和 TiO 2粉體按摩爾比 CaCO 3:Nd 203:Ti0 2= 6 :1. 33 :10 配 料，以去離子水為介質(zhì)行星球磨3~7小時，取出后在KKTC下烘干，以60目篩網(wǎng)過篩，然 后在800°C~1200°C大氣氣氛中預(yù)燒5~8小時合成主要晶相為具有斜方晶系類鈣鈦礦鎢 青銅結(jié)構(gòu)的固溶體Ca a6Nda26TiOjP CNT基料； 步驟2 :按質(zhì)量百分比35 %彡La2O3彡45 %、49 %彡H 3B03< 52 %和0? 68 % 彡ZnO彡12. 13%、0%彡CuO彡0? 87%、0%彡Al2O3彡5. 32%進(jìn)行降燒劑A配料，使用去 離子水為球磨介質(zhì)，行星球磨3~12小時，烘干過篩，在500°C~800°C下保溫2~8小時 預(yù)燒，然后在500°C~800°C保溫1~5小時熔融，再淬火形成玻璃渣，將制備的玻璃渣再 破碎球磨成降燒劑A備用； 步驟3 :在所述CNT基料中加入占總質(zhì)量百分比為0 %~9. 85 %的降燒劑，以酒精為 介質(zhì)行星球磨20min，取出后在100°C下烘干，添加劑量占原料總質(zhì)量2~5%的丙稀酸 溶液作為粘結(jié)劑造粒，壓制成型，最后在900°C~KKKTC大氣氣氛中燒結(jié)1~4小時，制成 Ca-Nd-Ti體系中溫共燒陶瓷材料。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及電子材料技術(shù),尤其涉及一種中溫?zé)Y(jié)Ca-Nd-Ti體系微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。該陶瓷材料的原料成分為質(zhì)量百分比90.15％～100％的Ca-Nd-Ti(CNT)和質(zhì)量百分比0％～9.85％的降燒劑A；主晶相CNT為Ca0.6Nd0.26TiO3，降燒劑A各組分質(zhì)量百分比為：35％≤La2O3≤45％、49％≤H3BO3≤52％、0.68％≤ZnO≤12.13％、0％≤CuO≤0.87％和0％≤Al2O3≤5.32％。通過固相法制備的該微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度≤1000℃，介電常數(shù)(60～90)，Qxf(GHz):4000～8500?？捎糜谥袦毓矡沾上到y(tǒng)、多層介質(zhì)諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
【IPC分類】C04B35/462, C04B35/622
【公開號】CN104961457
【申請?zhí)枴緾N201510388189
【發(fā)明人】李恩竹, 牛娜, 張鵬, 唐斌, 孫成禮
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月6日