[發(fā)明專利]一種高Q值復(fù)相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法

無效

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• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101747037A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉家驥;高峰;洪榮子;胡國辛;王通
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波介質(zhì)陶瓷材料領(lǐng)域，具體是一種高Q值復(fù)相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。

二、背景技術(shù)

近年來，隨著移動通訊與衛(wèi)星通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，對介質(zhì)諧振器與濾波器等微波元器件使用的微波介質(zhì)陶瓷的需要正在日益增長。調(diào)查顯示2007年全球手機(jī)銷量達(dá)到11.2億部，按每部手機(jī)兩個(gè)微波元器件估計(jì)，2007年僅僅手機(jī)生產(chǎn)就需要22.4億個(gè)微波元器件。

此外，便攜式移動通訊設(shè)備的進(jìn)步導(dǎo)致了各種由于多芯片高頻器件或低溫高燒陶瓷(LTCC)產(chǎn)生的各種類型的線路板和多芯片模塊的發(fā)展，這就要求器件小型化、片式化、輕量化。促使微波介質(zhì)陶瓷能夠與其他介電材料或電感材料實(shí)現(xiàn)疊層共燒，其中要求具有良好導(dǎo)電率的金屬或合金作為內(nèi)電極。而目前為止代表性的微波介質(zhì)陶瓷化合物如：鈦酸鋯錫系、氧化鋇-二氧化鈦系、以及作為鋇-鈣鈦礦系的鉭鋅酸鋇、鉭鎂酸鋇、鈮鋅酸鋇雖然具有高的Q值，但燒結(jié)溫度都在1300℃～1500℃。由于其燒結(jié)溫度過高，在制備微波元器件時(shí)，只能使用含鈀量高的銀鈀合金，甚至純鈀作為電極材料。而鈀的市場價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銀，這樣大大提高了元器件的原料成本，并且高的燒結(jié)溫度在制備過程中需要消耗更多的能源，增加制備成本。

目前常用的降低燒結(jié)溫度的技術(shù)有：化學(xué)合成法，如溶膠-凝膠法等；特殊燒結(jié)法，比如熱壓燒結(jié)、微波燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)等；摻雜燒結(jié)助劑；選用低燒結(jié)溫度材料體系。但化學(xué)合成法和特殊燒結(jié)法往往需要特殊的設(shè)備，以及價(jià)格昂貴的原料，而且工藝復(fù)雜，不利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)需要。結(jié)合選用低燒結(jié)溫度材料體系和摻雜燒結(jié)助劑將是降低燒結(jié)溫度的一種有效方法。而鈮酸鋅、鉭酸鋅等微波介質(zhì)陶瓷化合物雖然燒結(jié)溫度在1100℃～1300℃，但其Q值卻大大降低。所以，同時(shí)具有低燒結(jié)溫度和高Q值的微波介質(zhì)陶瓷成為目前的技術(shù)難點(diǎn)。

三、發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的原料價(jià)格昂貴、制備成本高、能源耗費(fèi)高以及材料微波介電性能低的問題。本發(fā)明提出一種高Q值復(fù)相微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。

本發(fā)明的一般表達(dá)式為(1-x)ZnNb₂O₆+xZn₃Nb₂O₈，其中0.1≤x≤0.4。

具體制備步驟如下：

(1)將純度為99.9％的ZnO和Nb₂O₅，按摩爾比1∶1混合球磨，然后烘干、研磨、預(yù)燒制成ZnNb₂O₆，預(yù)燒溫度為1000℃～1050℃，預(yù)燒時(shí)間為3～6小時(shí)。

(2)將純度為99.9％的ZnO和Nb₂O₅，按摩爾比3∶1混合球磨，然后烘干、研磨、預(yù)燒制成Zn₃Nb₂O₈，預(yù)燒溫度為1100℃～1150℃，預(yù)燒時(shí)間為3～6小時(shí)。

(3)將ZnNb₂O₆和Zn₃Nb₂O₈按摩爾比9～6∶1～4混合球磨，然后烘干，添加3wt％～8wt％的PVA(聚乙烯醇)造粒，產(chǎn)生200微米的顆粒，并在100Mpa壓力下壓制成型。

(4)把成型后的試樣排膠，排膠溫度為500℃，升溫速率為2℃/分鐘，去除粘結(jié)劑。

(5)將坯體在1100℃～1150℃燒結(jié)，保溫時(shí)間為2～6小時(shí)，并且在微波頻段下Q×f值大于130000GHz。

本發(fā)明提供了在微波頻段下具有高Q×f值(大于130000GHz)與低燒結(jié)溫度(1100℃)，同時(shí)介電常數(shù)為22～24的復(fù)相微波介質(zhì)陶瓷。而利用本發(fā)明提供的高Q值復(fù)相微波介質(zhì)陶瓷，可使介質(zhì)諧振器與濾波器等微波元器件適合更高頻率與更大功率的應(yīng)用。同時(shí)由于低燒結(jié)溫度，可以使用價(jià)格更低廉的電極材料，并且節(jié)約大量的能源，降低應(yīng)用成本。

四、附圖說明

附圖1是ZnNb₂O₆-Zn₃Nb₂O₈復(fù)相陶瓷的XRD圖譜。

附圖2是高Q值復(fù)相微波介質(zhì)陶瓷制備方法的流程圖。其中：