[發明專利]一種鑭離子取代釹離子以改善微波介電特性的鈮酸釹陶瓷

在審

• 申請號: 201510096016.1
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104649673A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 張平;趙永貴
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;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: 張宏祥

技術領域

本發明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種鑭離子取代釹離子以改善微波介電特性的鈮酸釹陶瓷及其制備方法。

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，主要在工作于微波頻段的雷達和全球定位系統。

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?；谄渌芯咳藛T的研究，鈮酸釹陶瓷屬于類鈣鈦礦白鎢礦結構，具有適當的介電常數ε_r(19.6)，近零的諧振頻率溫度系數τ_f(-24ppm/℃)，品質因數Q×f(33000GHz)。而這三個參數都不能很好的滿足微波器件的應用要求。

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的研究的報道較少。本發明采用傳統固相法，以鑭離子對釹離子進行取代，在其介電常數基本保持不變的基礎上，提高了鈮酸釹陶瓷的品質因數并且改善了其諧振頻率溫度系數。

發明內容

本發明的目的，是為進一步提高鈮酸釹陶瓷的微波介電性能，提供一種以Nd₂O₃、Nb₂O₅為主要原料，并以適量的鑭離子取代釹離子，制備出品質因數Q×f較高和近零溫度系數的鈮酸釹微波介質陶瓷。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種鑭離子取代釹離子以改善微波介電特性的鈮酸釹陶瓷，其組成為(Nd_1-xLa_x)NbO₄，其中，摩爾數x為0<x≤0.1；

上述鈮酸釹陶瓷的制備方法，具有以下步驟：

(1)將Nd₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅原料，按化學式(Nd_1-xLa_x)NbO₄，其中0<x≤0.1進行配料；按原料：去離子水：磨球＝1：16：15的比例加入聚酯罐中，在球磨機上球磨6～12小時后，將原料置于干燥箱中于80～130℃烘干，烘干后過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；

(2)將步驟(1)混合均勻的粉料在900～1000℃煅燒4小時；

(3)將步驟(2)煅燒后的陶瓷粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和氧化鋯球后，在球磨機上球磨6-12小時；在烘干后在陶瓷粉料中外加重量百分比為6～8％的石蠟作為粘合劑進行造粒，過80目篩，再用粉末壓片機成型為坯體；

(4)將步驟(3)的坯體于1225～1300℃燒結，保溫2～5小時，制得鈮酸釹陶瓷；

(5)測試微波介質陶瓷的微波介電性能。

所述步驟(1)的Nd₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅原料的純度大于99.9％。

所述步驟(2)的預燒溫度為900℃。

所述步驟(1)的化學式(Nd_1-xLa_x)NbO₄，其中x＝0.05。

所述步驟(4)的燒結溫度為1250℃，保溫4小時。