一种低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料制造技术

本发明专利技术公开了一种低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料，合成物表达式为ZnTi1‑x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8，其中x＝0.05～0.20。先将ZnO、Al2O3、Nb2O5、TiO2按化学计量式进行配料，再经过球磨、烘干、过筛，于950℃煅烧，再经过造粒，压制成型为坯体，坯体于1100℃～1200℃烧结，制成低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料。本发明专利技术材料具有微波介电性能如下：介电常数εr为26.4～34.5，品质因数Q×f值为17551GHz～67167GHz，谐振频率温度系数τf为‑56.13～‑74.76ppm/℃。该材料制备方法简单，采用中温烧结，节约时间成本和能源成本，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料
本专利技术属于一种以成分为特征的陶瓷材料组合物，尤其涉及一种以ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8(x＝0.05～0.20)为化学式的中温烧结、具有良好微波介电性能的锰钽矿结构微波介质陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
随着无线通讯系统中信号传输频率的不断提高，电子元器件小型化、高集成化是必然趋势。其中，在微波频段，微波介质陶瓷材料因其优良的介电性能、较低的成本而得到广泛关注，常被用于谐振器、介质基板、双工器等的制造，它的研发水平直接影响该类微波无源器件的发展。目前，产业化的微波介质陶瓷材料以钡基钙钛矿和氧化铝陶瓷材料为主，其普遍特点是烧结温度较高(＞1300℃)，能耗大，因而开发新型中温烧结(＜1200℃)高性能微波介质陶瓷材料迫在眉睫。ZnTiNb2O8具有无序锰钽矿结构，作为一种类金红石微波介质陶瓷材料，因其中温烧结特性，较佳微波介电性能(εr～34.3，Q×f～43500GHz)，原料成本较低而得到广泛关注。为提升其在微波频率下的频率选择特性，在现代无线通讯领域获得更广阔的应用前景，其Q×f值还需进一步提升。
技术实现思路
本专利技术的目的，是为了进一步提升ZnTiNb2O8类金红石微波介质陶瓷材料的Q×f值，以ZnO、Al2O3、Nb2O5、TiO2为原料，采用传统固相法，提供一种具有良好微波介电性能的锰钽矿结构ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8微波介质陶瓷材料。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料，合成物表达式为：ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8，其中x＝0.05～0.20。上述低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料的制备方法，具有如下步骤：(1)将ZnO、Al2O3、Nb2O5、TiO2按化学计量式ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8其中x＝0.05～0.20进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，球磨4～8小时；(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～120℃烘干，然后过40目筛；(3)将烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于950℃煅烧5～8小时；(4)在步骤(3)煅烧后的粉料中外加0.9％～1.1％的聚乙烯醇作为粘合剂进行造粒，再将混合后的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水或无水乙醇，球磨9～12小时后烘干过80目筛，再用粉末压片机以2～4MPa的压力压制成坯体；(5)将步骤(4)的坯体于1100℃～1200℃烧结，保温2～8小时，制成ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8锰钽矿结构微波介质陶瓷制品；所述步骤(1)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。所述步骤(1)的粉料与去离子水和氧化锆球的质量比为1︰10︰6。所述步骤(4)的坯体直径为10mm，厚度为5mm。所述步骤(5)烧结温度为1180℃。本专利技术通过简单固相合成法，制备出了一种新型低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8(x＝0.05～0.20)。其介电常数εr为26.4～34.5，品质因数Q×f值为17551GHz～67167GHz，谐振频率温度系数τf为-56.13～-74.76ppm/℃。该制备方法简单，采用中温烧结，节约时间成本和能源成本，应用前景广泛。具体实施方式本专利技术以ZnO(分析纯)、Al2O3(分析纯)、Nb2O5(4N)、TiO2(分析纯)为初始原料，通过简单固相合成法制备微波介质陶瓷材料。具体实施方案如下：1.将ZnO、Al2O3、Nb2O5、TiO2按化学计量式ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8(x＝0.05～0.20)进行配料。将约25g粉料放入聚酯罐中，按粉料与去离子水和锆球的质量比为1︰10︰6，加入离子水和氧化锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为400转/分；2.将球磨后的粉料分别置于干燥箱中，于100℃烘干后过40目筛；3.烘干过筛后的粉料放入中温炉，于950℃预烧，保温3小时；4.在预烧后的粉料中加入0.9％～1.1％的聚乙烯醇作为粘合剂进行混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水(或无水乙醇)，球磨12小时，烘干后过80目筛，再用粉末压片机以2MPa的压力压制成坯体；5.将坯体在1100℃～1200℃烧结，保温6小时，制成ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8(x＝0.05～0.20)锰钽矿结构微波介质陶瓷制品。通过网络分析仪测试所得制品的微波介电性能。本专利技术具体实施例的主要工艺参数及其微波介电性能详见表1。表1本专利技术并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本专利技术的范围和精神。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料，合成物表达式为：ZnTi1‑x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8，其中x＝0.05～0.20。上述低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料的制备方法，具有如下步骤：(1)将ZnO、Al2O3、Nb2O5、TiO2按化学计量式ZnTi1‑x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8其中x＝0.05～0.20进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，球磨4～8小时；(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～120℃烘干，然后过40目筛；(3)将烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于950℃煅烧5～8小时；(4)在步骤(3)煅烧后的粉料中外加0.9％～1.1％的聚乙烯醇作为粘合剂进行造粒，再将混合后的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水或无水乙醇，球磨9～12小时后烘干过80目筛，再用粉末压片机以2～4MPa的压力压制成坯体；(5)将步骤(4)的坯体于1100℃～1200℃烧结，保温2～8小时，制成ZnTi1‑x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8x＝0.05～0.20低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料，合成物表达式为：ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8，其中x＝0.05～0.20。上述低损耗锰钽矿结构微波介质陶瓷材料的制备方法，具有如下步骤：(1)将ZnO、Al2O3、Nb2O5、TiO2按化学计量式ZnTi1-x(Al0.5Nb0.5)xNb2O8其中x＝0.05～0.20进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，球磨4～8小时；(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～120℃烘干，然后过40目筛；(3)将烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于950℃煅烧5～8小时；(4)在步骤(3)煅烧后的粉料中外加0.9％～1.1％的聚乙烯醇作为粘合剂进行造粒，再将混合后的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水或无水乙醇，球磨9～12小时后烘干过80目筛，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲霞，罗伟嘉，孙正，张博文，杜明昆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12