[發明專利]一種改善微波介電特性的鉭離子取代鈮酸釹陶瓷

有效

• 申請號: 201310348246.3
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103420674A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 張平;宋振坤;王月
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/50;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

技術領域

本發明涉及一種陶瓷組合物，具體的說，是涉及一種改善微波介電特性的改性鈮酸釹陶瓷。

背景技術

隨著微波通信技術的發展，微波介質材料引起了人們越來越多的關注，而能夠應用于微波器件中的材料主要應該滿足以下三個參數，分別為高的介電常數、高的品質因數和近零的諧振頻率溫度系數，而且這三個參數與材料所做成器件的尺寸、工作頻率和熱穩定性相對應。在實際應用方面，主要工作于微波頻段的雷達和全球定位系統（GPSs）。

稀土鈮酸鹽(LnNbO₄)是一系列結構、相變特性和物理性質類似的微波介質材料，其中的Ln包括La至Lu的全部稀土元素。鈮酸鹽材料是重要的電子材料，具有優良的光電性能和非線性光學性能、良好的光學效應和電學性能以及變晶相界等獨特性質，是一種很有研究和應用價值的多功能材料，其目前主要用于制造電容器和光電子器件。

當Ln被Nd替代時即為鈮酸釹（NdNbO₄）陶瓷。基于研究人員的研究，鈮酸釹陶瓷屬于類鈣鈦礦白鎢礦結構，具有較低的介電常數ε_r（19.6）、對溫度變化較敏感的諧振頻率溫度系數τ_f（-24ppm/℃）和頻帶范圍較低的品質因數Q×f（33000GHz）。其中介電常數較低不利于器件的小型化，諧振頻率溫度系數對溫度變化較敏感不利于器件性能的穩定性，品質因數較低將對NdNbO₄材料在高頻，微波通信方面的應用產生阻礙。

因此，微波介電性能制約著鈮酸釹陶瓷的應用，但目前對其制備方法和改性研究的報道較少。

發明內容

本發明要解決的是目前微波介電性能制約鈮酸釹陶瓷應用的技術問題，提供一種改善微波介電特性的鉭離子取代鈮酸釹陶瓷，采用傳統固相法，以鉭離子對釹離子進行取代，在介電常數得到適當提高，諧振頻率溫度系數沒有受到明顯影響的同時，使品質因數獲得較大提高，從而能夠改善鈮酸釹陶瓷的微波介電性能。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種改善微波介電特性的鉭離子取代鈮酸釹陶瓷，其原料組分及摩爾比為Nd₂O₃:Nb₂O₅:Ta₂O₅=1:(1-x):x,x=0.02-0.1mol；并且，采用下述方法制備：

（1）將Nd₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅原料按照1:(1-x):x的摩爾比進行混合配料，其中x=0.02-0.1mol；

（2）步驟（1）得到的混合原料、去離子水、磨球加入到聚酯罐中并置于球磨機上球磨6～12小時，80～130℃下烘干，過40目篩，得顆粒均勻的粉料；

（3）步驟（2）得到的粉料于950～1050℃溫度下預燒4小時；

（4）步驟（3）預燒后的陶瓷粉料、去離子水、磨球加入到聚酯罐中并置于球磨機上球磨6～12小時，80～130℃下烘干；

（5）步驟（4）烘干后的陶瓷粉料中加入其重量6～8%的石蠟進行造粒，過80目篩，粉末壓片機壓制成生坯；

（6）步驟（5）得到的生坯于1250～1300℃燒結，保溫2～5小時，得鉭離子取代鈮酸釹陶瓷。

優選地，步驟（1）中所述Nd₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅原料的純度均大于99.9%。

優選地，x=0.06mol。

優選地，步驟（2）和步驟（4）中所述磨球為二氧化鋯球。

優選地，步驟（3）中的預燒溫度為1000℃。

優選地，步驟（6）中燒結溫度為1275℃，保溫時間為4小時。

本發明的有益效果是：