[發明專利]一種鈮酸鹽微波介質陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710282281.8
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107162592A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李玲霞;李江騰;張帥;呂笑松
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/634;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，尤其涉及一種以ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈為化學式的中溫燒結、具有中介電常數的微波介質陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

隨著材料科學的快速發展，器件進一步小型化和高品質化的要求仍為未來的主旋律，但由于目前各頻段對信號質量的需求不同，因此對于應用中微波介質材料實現器件小型化來說，重點是保證介質材料具有高的品質因數。而除此之外，優化材料的諧振頻率溫度系數，也是材料應用方面的重要課題。

微波介質材料以其系列化的介電常數(ε)、較高的品質因數(Qf)、相對較小的諧振頻率溫度系數(τ_f)被廣泛應用于制作諧振器、濾波器、介質天線、介質導波等微波無源器件，滿足了移動通訊、衛星通訊和軍用雷達等發展的要求。這些無源器件在小型化、高品質化方面相較傳統的無源器件有較大的提升。

ZnZrNb₂O₈作為一種新型微波介質陶瓷材料，因其具有適中的介電常數，較高的Qf值而受到廣泛關注。純相的ZnZrNb₂O₈材料的微波介電性能為：Qf＝61000GHz，ε_r＝30，τ_f＝-52×10^-6/℃。其現有技術的缺點是，品質因數有待進一步提高，溫度系數不可調節。

發明內容

本發明的目的，是為了進一步提高ZnZrNb₂O₈介質陶瓷材料的品質因數，并在一定程度上提升其溫度穩定性，以適應電子信息技術高頻化和數字化的發展方向。以ZnO、ZrO₂、Nb₂O₅、MnO₂為原料，采用簡單固相法，制備一種具有高品質因數的ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈微波介質陶瓷材料。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種鈮酸鹽微波介質陶瓷材料，合成物表達式為：ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈，其中x＝0.02～0.2；

該鈮酸鹽微波介質陶瓷材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將ZnO、ZrO₂、Nb₂O₅、MnO₂按化學計量式ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈，其中x＝0.02～0.2進行配料；將粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和鋯球后，球磨4～8小時；

(2)將步驟(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～120℃烘干，然后過40目篩；

(3)將烘干、過篩后的粉料放入中溫爐中，于950℃煅燒5～8小時；

(4)在步驟(3)煅燒后的粉料中外加0.9％～1.1％的聚乙烯醇作為粘合劑進行造粒，將混合后的粉料放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨9～12小時后烘干過篩，再用粉末壓片機以4～8MPa的壓力壓制成坯體；

(5)將步驟(4)的坯體于1100℃～1200℃燒結，保溫2～8小時，制成具有中介電常數的微波介質陶瓷。

所述步驟(1)采用行星式球磨機進行球磨，球磨機轉速為600轉/分。

所述步驟(1)的粉料與去離子水和鋯球的質量比為1︰1︰1。

所述步驟(4)的坯體直徑為10mm，厚度為5mm。

所述步驟(5)的優選的燒結溫度為1150℃。

本發明通過簡單固相合成法制備出一種新型的微波介質陶瓷材料ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈(x＝0.02～0.2)。其介電常數ε_r為28.359～25.2946，品質因數Q×f為38906～57678GHz，諧振頻率溫度系數τ_f為-25.14～-7.76×10^-6/℃。制備工藝簡單，采用中溫燒結，節約了時間成本和能源成本，應用前景廣泛。

具體實施方式