一种高温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种高温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。化学通式为NdNb1‑x(AB)xO4，A＝Mg

A High Temperature Sintered Microwave Dielectric Ceramic Material and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of electronic ceramics and its manufacturing, and relates to a high temperature sintered microwave dielectric ceramics material and a preparation method thereof. The general chemical formula is NdNb1_x(AB)xO4, A=Mg

【技术实现步骤摘要】
一种高温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种高温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
继BaO-TiO2二元陶瓷系统的微波介电性能首次报道，研究者们极力探索适用于各通信频段的微波介质陶瓷材料。作为移动通信系统中的重要部件，微波介质陶瓷按其介电常数分类可分为：高介电常数微波介质陶瓷(εr≥70)，中等介电常数微波介质陶瓷(30≤εr<70)和低介电常数微波介质陶瓷(εr<30)。现有报道的微波介电陶瓷通常通过离子取代改性和形成复相陶瓷的方法来获得令人满意的性能。在考虑掺杂位置和取代离子的离子半径、极化率和电负性差异后，选取合适的离子对陶瓷基料取代改性可以调节其介电常数、提高品质因数和得到近零的谐振频率温度系数。而复相陶瓷主要是采用两类具有相反谐振频率温度系数的陶瓷，根据混合对数规则，以期获得高温度稳定的微波介质陶瓷。在众多微波介质陶瓷中，稀土铌酸盐陶瓷是近年来兴起的一类ABO4体系中的一类典型代表。其中，NdNbO4陶瓷的微波介电性能于2006年首次报道(εr＝19.6、Q×f＝33000GHz、τf＝-24ppm/℃)，但其较低的品质因数和较大的谐振频率温度系数限制了该陶瓷的应用范围。而NdNb1-x(AB)xO4(A＝Mg2+,Al3+,Si4+,Zr4+；B＝W6+,Mo6+；x＝0～0.07mol)陶瓷在1225℃～1300℃烧结下，能够使得品质因数有较大的提升且能保证较低的谐振频率温度系数，例如在1250℃烧结，εr＝19.2、Q×f＝55282GHz、τf＝-11.36ppm/℃(A＝Zr4+，B＝W6+,x＝0.04)。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，为改善NdNbO4陶瓷的品质因数，提高其温度稳定性，本专利技术提供了一种高温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，实现了NdNbO4的优良改性。该高温烧结微波介质陶瓷材料的化学通式为NdNb1-x(AB)xO4，A＝Mg2+、Al3+、Si4+、Zr4+，B＝W6+、Mo6+，x＝0～0.07，其中AB的具体组合为Mg1/4W3/4,Al1/3W2/3,Zr1/2W1/2,Mg1/4Mo3/4,Al1/3Mo2/3,Zr1/2Mo1/2,通过固相烧结法制得。其所有离子取代改性后的陶瓷均为纯相单斜褐钇铌矿NdNbO4固溶体，介电常数小于20，34000GHz≤Q×f≤60000GHz，-42ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃。上述高温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法如下：步骤1：氧化钕(Nd2O3)、碱式碳酸镁((MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)和氧化钼(MoO3)按照化学式NdNb1-x(AB)xO4(A＝Mg2+,Al3+,Si4+,Zr4+；B＝W6+,Mo6+；x＝0～0.07)进行配料,其中(AB)的具体组合为(Mg1/4W3/4),(Al1/3W2/3),(Zr1/2W1/2),(Mg1/4Mo3/4),(Al1/3Mo2/3),(Zr1/2Mo1/2)。步骤2：将步骤1配好的粉体装入尼龙球磨罐，锆球和去离子水作为研磨介质，按照粉料、锆球、去离子水质量比为1:5:1.5～1:5:2进行球磨，行星球磨4～7小时，取出后在80～120℃烘箱中烘干，以40～60目筛网过筛，后在900～1100℃大气气氛中预烧2～4小时合成晶相(NdNbO4相)；步骤3：将步骤2预烧后的粉体，以粉体、锆球、去离子水质量比为1：5:0.8～1:5:1.5进行球磨，行星球磨混合3～6小时，取出烘干后，添加剂量占原料总质量的2～5％的PVA溶液作为粘结剂造粒，压制成型，最后在1225℃～1300℃大气气氛中烧结2～6小时，即可制得NdNbO4基的高温烧结微波介质陶瓷材料。本专利技术采用复合掺杂，按比例将异价A、B(A＝Mg2+,Al3+,Si4+,Zr4+；B＝W6+,Mo6+)原子等价取代NdNbO4中的Nb离子，考虑各离子半径、电负性、和极化率，选用的离子组合为(Mg1/4W3/4)5+、(Al1/3W2/3)5+、(Zr1/2W1/2)5+、(Mg1/4Mo3/4)5+、(Al1/3Mo2/3)5+、(Zr1/2Mo1/2)5+和(Si1/2Mo1/2)5+,最终制备得到有限固溶体，该固溶体的总晶格能大于未取代的NdNbO4晶格能，使得晶体结构更加稳定，从而改善了其品质因数和频率温度系数。其制备方法为固相烧结法，工艺简单。综上所述，本专利技术同时改善了NdNbO4陶瓷的品质因数和温度稳定性，介电常数小于20，34000GHz≤Q×f≤60000GHz，-42ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃。附图说明图1(a)对应实施例1、2、3、4号的XRD衍射图谱，(b)对应实施例1、5、6、7、8号的XRD衍射图谱；图2为实施例1，2，3，4号样品对应于(a),(b),(c),(d)的SEM图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术材料组成按化学式NdNb1-x(AB)xO4(A＝Mg2+,Al3+,Si4+,Zr4+；B＝W6+,Mo6+；x＝0～0.07)进行配比，由固相反应即可制得本专利技术材料,其中(AB)的具体组合为(Mg1/4W3/4),(Al1/3W2/3),(Zr1/2W1/2),(Mg1/4Mo3/4),(Al1/3Mo2/3),(Zr1/2Mo1/2)。NdNb1-x(AB)xO4的制造原料为:氧化钕(Nd2O3)、碱式碳酸镁((MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)和氧化钼(MoO3)。通过固相反应法即可获得本材料，具体步骤同上述步骤一样。具体实施例的成分和微波介电性能如下从上表格数据可以看出，未进行离子取代的样品(1号)的微波介电性能接近文献报道性能，按一定摩尔比例的异价A、B(A＝Mg2+,Al3+,Si4+,Zr4+；B＝W6+,Mo6+)原子等价取代NdNbO4中的Nb离子后，其品质因数得到大幅提升，频率温度系数在-42ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃范围内波动。其微波介电性能最佳的组合为εr＝19.2、Q×f＝55282GHz、τf＝-11.36ppm/℃(A＝Zr4+，B＝W6+,x＝0.04)。该实验结果表明对NdNbO4陶瓷的Nb位进行离子取代后，能够有效改善该陶瓷的品质因数和谐振频率温度系数。图1展示了本专利技术陶瓷材料进行不同组合的离子取代后其最佳的烧结温度下烧结后的XRD衍射图谱，图1(a)对应样品1、2、3和4号，(b)为1、5、6、7和8号样品。从图1(a)和(b)可以看出，对不同组分的陶瓷样品，在其最佳烧结温度下，该样品均呈现出单一的纯相单斜褐钇铌矿NdNbO4(JCPDS#32-0680)，且进行离子取代后的样品的衍射峰都存在一定的偏移。为探讨不同组合的离子取代对样品的晶粒生长的影响，从SEM图(图2，(a),(b),(c),(d)分别对应于1，2，3，4号样品)可以看出，不同的离子取代后，使得未取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于：化学通式为NdNb1‑x(AB)xO4，A＝Mg2+、Al3+、Si4+、Zr4+，B＝W6+、Mo6+，x＝0～0.07，其中AB的具体组合为Mg1/4W3/4,Al1/3W2/3,Zr1/2W1/2,Mg1/4Mo3/4,Al1/3Mo2/3,Zr1/2Mo1/2,通过固相烧结法制得；其所有离子取代改性后的陶瓷均为纯相单斜褐钇铌矿NdNbO4固溶体，介电常数小于20，34000GHz≤Q×f≤60000GHz，‑42ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃。

【技术特征摘要】
1.一种高温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于：化学通式为NdNb1-x(AB)xO4，A＝Mg2+、Al3+、Si4+、Zr4+，B＝W6+、Mo6+，x＝0～0.07，其中AB的具体组合为Mg1/4W3/4,Al1/3W2/3,Zr1/2W1/2,Mg1/4Mo3/4,Al1/3Mo2/3,Zr1/2Mo1/2,通过固相烧结法制得；其所有离子取代改性后的陶瓷均为纯相单斜褐钇铌矿NdNbO4固溶体，介电常数小于20，34000GHz≤Q×f≤60000GHz，-42ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃。2.如权利要求1所述高温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：步骤1、氧化钕Nd2O3、碱式碳酸镁(MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O、二氧化锆ZrO2、二氧化硅SiO2、氧化铝Al2O3、氧化钨WO3、氧化铌Nb2O5和氧化钼MoO3按照化学式NdNb1-x(AB)xO4，A＝Mg2+、Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩竹，杨鸿程，杨鸿宇，张树人，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51