高频用介质陶瓷组成及制备工艺制造技术

一种高频用Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］－ＺｎＯ－Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］三元系介质陶瓷材料及制备工艺，本发明专利技术提供的新组成区域（ｍｏｌ％）为：ＮｂＯ↓［５／２］３５．０－４１．０％，ＺｎＯ２０．０－２５．０ｍｏｌ％，ＢｉＯ↓［３／２］３８．０－４４．０。在制备过程中，作为烧结助剂用低熔点化合物（单独或复合添加）的加入量（ｗｔ％）为：ＬｉＦ０．０１－３．０，ＣｕＯ０．０１－１．０，Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］０．０１－１．０，Ｈ↓［３］ＢＯ↓［３］０．０１－１．０，Ｐｂ↓［３］Ｏ↓［４］０．０１－３．０。作为调节电性能，取代Ｚｎ的二价元素为Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ，其单独或复合取代加入量（ｍｏｌ％）为：Ｂａ０．５－６．０，Ｓｒ０．５－６．０，Ｃａ１．０－２４．０。本发明专利技术提供有关介质陶瓷的烧结温度≤９００℃，烧结温度范围较宽，约为６０－８０℃，并具有较佳的介电性能。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷及制备工艺，更确切地说是涉及该三元系中的一个新组成区域，它可用于高频用温度稳定及温度补偿电容器，属于介质陶瓷领域。70年代初，中国学者发现了Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系，它可作为高频用温度稳定及温度补偿电容器的介质陶瓷材料，至今已有许多报道，大致可归纳于表1。表1已报道的高频用Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料< 由表1可见，Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系介质陶瓷材料是制作高频用温度稳定及温度补偿电容器的最有前途的材料之一。问题在于目前研究者所研究的区域(如附图说明图1和表1所示)，其烧成温度均高于920℃，能否寻找出一种新的组成区域，而且通过单独或复合添加低熔点烧结助剂使烧结温度低于900℃的同时，同样具有高的介电常数εy，低的介电损耗tanδ以及小而可调的电容温度系数，成为许多陶瓷工作者的研究目的之一。本专利技术目的在于(1)提供一个新的Nb2O5-ZnO-Bi2O3组成区域及(2)通过低熔点添加物(单独或复合添加)和取代Zn的二价添加物(单独或复合添加)的加入，使介质陶瓷的烧结温度≤900℃，且有较佳的介电性能。本专利技术提供的新组成区域，具体为NbO5/235.0-41.0％,ZnO 20.0-25.0 mol％,BiO3/238.0-44.0％(mol％)，该组成区域在Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系相图组成中的位置如图1中4所示。图1其它三个三元系组成分别为(1)U.S.Pat.,No.5449652(1 995),(2)U.S.Pat.No.463 8401(1 987),(3)Japanese PatentApplication No.4285046(1992)。显然本专利技术提供的是一个新的组成区域。为使本专利技术提供的区域具有较佳的介电性能及烧结温度≤900℃，利于生产成本下降，本专利技术通过加入低熔点添加物(单独或复合添加)和部分取代Zn(单独或复合添加)的方法，使所制成的介质陶瓷材料具有较佳的介电性能。具体地说，本专利技术提供的作为烧结助剂用的低熔点添加物(单独或复合添加，重量％)加入量为LiF0.01-3.0,CuO 0.01-1.0,V2O50.01-1.0,H3BO30.01-1.0 Pb3O40.01-3.0(优先推荐量为LiF 0.05-1.5,CuO 0.05-0.5,V2O50.05-0.5,H3BO30.05-0.5 Pb3O40.05-1.5).作为调节介电性能用取代Zn的Ca、Sr、Ba添加物(单独或复合取代，mol％)加入量为Ba 0.5-6.0,Sr 0.5-6.0,Ca 1.0-24.0(优先推荐量为Ba 1.0-4.0,Sr 1.0-4.0,Ca 2.0-18.0)。本专利技术提供新组成高频介质陶瓷材料采用传统氧化物制备工艺。所用原料为Nb2O5、Bi2O3、ZnO(或碱式碳酸锌)，低熔点添加物及取代Zn的二价碳酸盐，如BaCO3、SrCO3、CaCO3。纯度除Bi2O3为99.99％以外，其余均为99.9％，颗粒度除Bi2O3大于2μ之外，其余颗粒度均小于或等于2μ。各原料、低熔点添加物及取代Zn的碳酸盐按配比称量，经球磨混合及烘干，固相高温合成(700-900℃)，再次磨细及烘干，干压成型(或等静压成型)，烧结，研磨加工，上电极等工序制备而成。本专利技术提供的组成区域与文献报道和专利不同，为一个新的组成区域，通过二价Ba、Sr、Ca取代Zn及采用(单独或复合)低熔点添加物作为烧结助剂，不仅促进陶瓷体致密化(显气孔率＜0.3％，体积密度达6.70-6.85g/cm3)，而且由于液相的存在，有效促进晶粒发育完整及晶粒的自身净化，有利于增加介电常数和介质损耗的降低。从而使本专利技术提供的介质陶瓷具有较佳的介电性能εγ=100-150(1-100MHz),tanS=0.01-0.03％(1MHz),tanδ≤0.1％(100MHz),Tε(Δc/c)=0-±4％(-40-+85℃)，烧结温度为≤900℃。由此可见，本专利技术具有以下几个特点(1)采用单独或复合添加低熔点的物质，如LiF、CuO、V2O5、H3BO3及Pb3O4使烧结温度≤900℃。并有较宽烧结温度范围(60-80℃)。(2)采用二价碳酸盐，如BaCO3、SrCO3、CaCO3取代ZnO使制成的介质陶瓷材料在降低烧结温度的同时，可调节介质陶瓷的高频介电常数、电容温度系数和介质损耗。(3)无论是低熔点添加物或取代Zn的二价元素化合物，添加范围广，对性能影响不大，而且采用普通陶瓷制备工艺，所以工艺过程亦易掌握。下面结合实施例进一部说明本专利技术实质和显著的进步。实施例1组份为NbO5/239.75mol％,ZnO 20.5 mol％,BiO3/239.75 mol％.,LiF1.0 wt％。合成温度850℃(保温2-8小时)，烧结温度840-900℃.得出的介电性能如下密度(g/cm3)=6.70-6.80显气孔率(％)&lt;0.3介电常数εγ=130-140(1-100MHz)tanδ=0.03％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)Δc/c=-4.0％(-40-+85℃)实施例2组份为NbO5/239.0mol％,ZnO 16.0 mol％,BiO3/239.0 mol％,CaCO36.0mol％,LiF1.0 wt％, CuO 0.2wt％,V2O50.2wt％.合成温度850℃(保温2-8小时)，烧结温度820-900℃.得出的介电性能如下密度(g/cm3)=6.75-6.85显气孔率(％)＜0.3介电常数εγ=120-130(1-100MHz)tanδ=0.01％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)Δc/c=-4.0％(-40-+85℃)实施例3组份为NbO5/239.0mol％,ZnO 10.0 mol％,BiO3/239.0 mol％,CaCO310.0mol％,SrCO32.0mol％,LiF1.0 wt％,H3BO3o.5wt％,Pb3O41.5wt％.合成温度850℃(保温2-8小时)，烧结温度820-900℃.得出的介电性能如下密度(g/cm3)=6.70-6.80显气孔率(％)＜0.3介电常数εγ=100-110(1-100MHz)tanδ=0.01％(1MHz)tanδ≤0.1％(100MHz)Δc/c=-2.0％(-40-+85℃)实施例4组份为NbO5/235.3mol％,ZnO13.3mol％,BiO3/243.4 mol％,CaCO36.0mol％,BaCO32mol％,LiF1.0 wt％,CuO0.2wt％,Pb3O41.0wt％,V2O50.2wt％.合成温度850℃(保温2-8小时)，烧结温度820-900℃。介电性能介于前述范围。权利要求1.一种1-100MHz高频用介质陶瓷材料，由Nb2O5-ZnO-Bi2O3三元系组成，其特征在于该组成区域的范围为NbO5/235.0-41.0mol％，ZnO20.0-25.0mol％，BiO3/238.0-44.0mol％。2.权利要求1所述的介质陶瓷材料的制备工艺，其特征在于(1)烧结助剂用低熔点添加物，单独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频用（１－１００ＭＨｚ）介质陶瓷材料，由Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］－ＺｎＯ－Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］三元系组成，其特征在于该组成区域的范围为：ＮｂＯ↓［５／２］ ３５．０－４１．０％，ＺｎＯ ２０．０－２５．０ｍｏｌ％，ＢｉＯ↓［３／２］ ３８．０－４４．０（ｍｏｌ％）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚尧，赵梅瑜，王依琳，吴文骏，金行运，周恩济，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]