一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷的制备方法技术

一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷的制备方法，陶瓷由分子式为BaCu(B2O5)‑xCaTiO3的材料组成，其中，0＜x≤0.8；制备方法包括BaCu(B2O5)的制备、CaTiO3的制备以及具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷的制备。本发明专利技术采用上述配方及工艺组成，可得到介电常数εr在15~50之间，Qf值不低于50000GHz（Q为品质因数），谐振频率温度系数τ

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波介质陶瓷领域，具体涉及一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷及其制备方法。
技术介绍
微波介质陶瓷是近几十年迅速发展起来的新型功能电子陶瓷，具有损耗低、介电常数高、频率温度系数小等特点，可用来制造滤波器、介质谐振器、介质天线等，广泛应用于移动通信、卫星广播电视通信、雷达等众多领域，是一种极具应用价值和发展潜力的新型材料。近年来，随着现代移动通讯设备朝着小型化、集成化、片式化、高可靠性和低成本、环保的方向发展，以发展能与高电导率且环保型的低熔点贱金属电极材料Cu、Ag或Cu/Ag合金共烧的微波介质陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic，简称LTCC)成为微波介质材料发展的主流。LTCC材料要求介电常数合适、品质因数高与谐振频率温度系数近零，且能在较低的温度下烧结（一般应<900℃），以便能与高导电率的铜或银金属内电极共烧。目前大多数商用微波介质陶瓷的烧结温度均在1200～1500℃，如BaTi4O9、Ba2Ti9O20、BaO-MgO-Ta2O5、(Zn,Sn)TiO4和(Pb,Ca)(Zr,Ti)O3，难以满足与之共烧的要求。目前，尽管低熔点氧化物、化合物或低软化点玻璃等烧结助剂的掺加可有效地降低陶瓷材料的烧结温度，但由于需掺加的量比较大，而对材料的微波介电性能带来了不同程度的恶化；采用化学合成方法制备超微粉则工艺一般都比较复杂，成本较高，后续工艺难于控制，且难以保证稳定的微波介电性能，难以实现工业化生产。总的说来，目前很多微波介电性能优异的材料体系由于材料本身特性的原因，存在烧结温度高、材料低温烧结与微波介电性能不能兼备等问题，真正能用来作为LTCC材料的微波介质陶瓷材料很少。因此发展第三种方法，寻找固有烧结温度低的新材料成为近年来微波介质材料研究的重点及热点之一。目前，报道比较多的固有烧结温度低的微波介质陶瓷材料主要有BiNbO4系、Bi2O3-ZnO-Nb2O5系、ZnO-TiO2系及铅基复合钙钛矿陶瓷Pb(Fe1/3Nb1/3)O3(PFW)、(Pb1-xCax)(Fe1/2Nb1/2)O3(PCFN)、Pb(Fe1/2Nb1/2)O3(PFN)系等陶瓷材料。虽然这些体系能够在950℃以内烧结，但是存在着种种问题，限制了其实用化。如BiNbO4系陶瓷Bi挥发比较严重，且与金属Ag电极共烧时会发生反应，导致材料的介电性能严重恶化；典型的低温烧结Bi2(Zn1/3Nb2/3)2O7陶瓷存在损耗偏高、频率温度系数过大等问题；ZnO-TiO2系材料相稳定性差，难以获得纯相；铅基复合钙钛矿系陶瓷含有铅不利于环境保护。综观上述，已有的固有烧结温度低的陶瓷材料，其介电常数范围窄、介电性能相对较差，且这样的微波介质材料体系比较缺乏，国内外关于低温烧结微波介质陶瓷的系统、全面的研究也不多。因此，研究开发有潜力的微波介质陶瓷的新材料具有深远的理论意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有微波介质陶瓷材料技术存在的材料低温烧结与优异微波介电性能不能兼备的问题，提供一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷及其制备方法，并且通过成分配比设计，成功地将陶瓷的谐振频率温度系数调至近零且烧结温度<900℃。本专利技术为解决上述问题所采用的技术方案为：一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷，由分子式为BaCu(B2O5)-xCaTiO3的材料组成，其中，0＜x≤0.8。一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照BaCO3：H3BO3：Cu=1：2：1.25的摩尔比进行取料后混合，制得混合料A，在混合料A中加入重量占混合料A总重量1.5倍的去离子水，置于球磨机中混合24~36h，然后在100~150℃下烘干；将烘干后的混合料A装入高纯刚玉坩埚，在氧气气氛下，以0.5~2℃/min的升温速率升温至200~500℃，然后在氩气保护气氛下，以3~5℃/min的升温速率升温至700~900℃，并保持该区间内的某一温度预烧8~24h，合成BaCu(B2O5)晶相，备用；步骤二、按照CaCO3：TiO2=1：1的摩尔比进行取料后混合，制得混合料B，在混合料B中加入重量占混合料B总重量1.5倍的去离子水，置于球磨机中混合24~36h，然后在100~150℃下烘干；将烘干后的混合料B装入高纯刚玉坩埚，以3~5℃/min的升温速率升温至900~1200℃，并保持某一温度预烧3~24h，合成CaTiO3晶相，备用；步骤三、将步骤二制得的CaTiO3经过表面处理后，按照前述中BaCu(B2O5)-xCaTiO3进行配料，取摩尔比为1：x的步骤一制得的BaCu(B2O5)和步骤二制得的CaTiO3，将二者混合后形成混合料C，在混合料C中加入重量占混合料总重量1.2倍的乙醇，球磨24~48h后出料，然后在100~150℃下烘干，造粒后在100~200MPa下压制成坯体，排胶、烧结后，自然冷却至室温，制得具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷。进一步地，步骤三中，步骤三中，CaTiO3的表面处理方法为：在CaTiO3中加入0.3~0.5%重量的烷基苯磺酸钠，然后同时加入摩尔比为1：1的柠檬酸和氨水，再加入乙醇溶液，超声振荡后加入钛酸丁酯，搅拌2~8h后，在300~550℃下烘干。进一步地，步骤三中，造粒工艺为：在烘干后的混合料C中加入重量为其重量4~10%的聚乙烯醇溶液，利用喷雾干燥机，制得含水量为0~0.2%的造粒粉；其中，聚乙烯醇溶液的质量浓度为5~10%。进一步地，步骤三中的排胶工艺为在550~700℃保温1~4h；烧结工艺为：将坯体置于高纯刚玉铝坩埚内进行烧结，在700~900℃下保温1~6h。本专利技术中的CaCO3、TiO2、BaCO3、H3BO3均为分析纯。有益效果：1、本专利技术采用上述配方及工艺组成，可得到介电常数εr在15~50之间，品质因数Q×f不低于50000GHz，谐振频率温度系数τf接近零且可调，并且固有烧结温度较低(<950℃)的新型复相微波介质陶瓷材料；另外，通过改变BaCu(B2O5)和CaTiO3两相的比例，其烧结温度可降低至825℃左右，同时保持优异的微波介电性能，经825℃温度下烧结后获得了具有优异微波介电性能的复相陶瓷材料。2、BaCu(B2O5)是一种烧结温度低（800℃）的材料体系，且其微波介电性能优异：介电常数εr为7.4、品质因数Q×f高达50000GHz、谐振频率温度系数τf=-32ppm/℃；CaTiO3是一种介电性能良好（εr=175，Q×f=3600GHz，TCF=+800ppm/℃）的高介电常数微波介质陶瓷材料。将BaCu(B2O5)作为主晶相，CaTiO3作为副晶相的两者复合，可以得到烧结温度低且微波介电性能优异的复相微波介质陶瓷材料，该陶瓷在微观方面为枣糕模型结构，副晶相均匀镶嵌在主晶相的内部。3、在步骤一中，预先加入铜单质后再进行氧化处理，避免BaCO3、H3BO3、和CuO均为脆性结构的难以混合均匀的问题，作为铜单质加入，在后续的氧化气氛下氧化原位生成CuO，韧性较好，利于混合。4、本专利技术中材料制备过程中所用设备均为常用设备，如烘箱、球磨机、电阻炉等，工艺路线简单易行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷，其特征在于：由分子式为BaCu(B2O5)‑xCaTiO3的材料组成，其中，0＜x≤0.8。

【技术特征摘要】
1.一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷，其特征在于：由分子式为BaCu(B2O5)-xCaTiO3的材料组成，其中，0＜x≤0.8。2.制备如权利要求1所述的一种具有枣糕模型结构的复相微波介质陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按照BaCO3：H3BO3：Cu=1：2：1.25的摩尔比进行取料后混合，制得混合料A，在混合料A中加入重量占混合料A总重量1.5倍的去离子水，置于球磨机中混合24~36h，然后在100~150℃下烘干；将烘干后的混合料A装入高纯刚玉坩埚，在氧气气氛下，以0.5~2℃/min的升温速率升温至200~500℃，然后在氩气保护气氛下，以3~5℃/min的升温速率升温至700~900℃，并保持该区间内的某一温度预烧8~24h，合成BaCu(B2O5)晶相，备用；步骤二、按照CaCO3：TiO2=1：1的摩尔比进行取料后混合，制得混合料B，在混合料B中加入重量占混合料B总重量1.5倍的去离子水，置于球磨机中混合24~36h，然后在100~150℃下烘干；将烘干后的混合料B装入高纯刚玉坩埚，以3~5℃/min的升温速率升温至900~1200℃，并保持某一温度预烧3~24h，合成CaTiO3晶相，备用；步骤三、将步骤二制得的CaTiO3经过表面处理后，按照权利要求1中Ba...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾永军，李丽华，胡伟，黄金亮，李谦，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41