镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷及其制备方法。将Nb

Mg Zr NB Sn w microwave dielectric ceramics and its preparation

The invention relates to a magnesium zirconium niobium tin tungsten microwave dielectric ceramic and a preparation method thereof. Will Nb

【技术实现步骤摘要】
镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷及其制备方法
本专利技术属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，涉及一种以镁锆铌系统微波介质陶瓷为基础，以少量复合离子取代铌离子，来制备镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷及新颖的制备方法。
技术介绍
现代移动通信的迅速发展，推动着各类微波移动通信终端设备向小型化、轻量化、多功能化及低成本化的方向快速发展。微波介质陶瓷为现代移动通讯、卫星通讯和军用雷达所用谐振器、滤波器、介质基板等微波元器件的关键材料。微波介质陶瓷对于制造更小的器件和提高微波集成电路的封装密度非常有效。用于制作介质谐振器、滤波器等器件的介质陶瓷，须满足以下条件：较高的相对介电常数(εr)以实现器件的小型化和提高集成度，较低介电损耗(介电损耗正切角tanδ)以提高选频特性，趋近于零的谐振频率温度系数(τf)以提高温度稳定性。由电介质理论可知，材料的介电常数与Q×f值通常呈现负相关关系，即介电常数的提高往往伴随着Q×f值的下降，因而同时具有较大介电常数和高品质因数的材料体系十分缺乏。另一方面，尽管目前微波介质陶瓷得到了广泛的研究，一系列新型微波介质材料也不断涌现，但是关于具有低介电常数(20<εr<35)和高品质因数的介质陶瓷体系的研究较少。钨锰铁矿结构的镁锆铌系统(MgZrNb2O8)系陶瓷是近年来新开发的新型低损耗微波介质陶瓷，具有良好的微波介电性能引起人们的广泛关注，具有小型化、高稳定、廉价及集成化等优点。由于陶瓷微波介电性能与材料结构、微结构等因素密切相关且介电损耗主要起源于陶瓷内部缺陷如晶界，气孔等微结构因素，通过优化微结构则蕴含着陶瓷微波介电性能进一步改善的可能。为此，本专利技术围绕MgZrNb2O8陶瓷B位离子改性调控其微结构和微波介电性能，开发出一种微波介质陶瓷及其制备方法，结果表明：微量复合离子(Sn1/2W1/2)5+置换Nb5+离子能有效地调控MgZrNb2O8陶瓷的晶粒尺寸和微观形貌，从而在MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8材料中获得微波介电性能进一步的提升。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种新颖的微波介质陶瓷。本专利技术制备的MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8陶瓷在微波频段下的介电常数εr为23.7～24.8，品质因数Q×f值在测试频率为6～8GHz时为78378.4～93346.3GHz，谐振频率温度系数τf为-46.7～-50.6ppm/℃，0.03≤x≤0.15；在基站通信、卫星通信等领域有极大的应用价值。本专利技术的另一目的在于提供上述微波介质陶瓷的制备方法。为了达到上述的目的，本专利技术采取以下技术方案：(1)将Nb2O5、SnO2、WO3原料，按化学式MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8，其中0.03≤x≤0.15进行配料，按原料：去离子水：氧化锆球质量比为2:16:15～2:18:13的比例加入球磨罐中，在球磨机上球磨6～8小时，获得球磨后的原浆；(2)将步骤(1)球磨后的原浆置于100～110℃温度条件下烘干，待干燥后，过40～80目筛，获得颗粒均匀的粉料；(3)将步骤(2)混合均匀的粉料装入坩埚后置于高温炉中，在900℃～1000℃预烧2～4小时，获得预烧后的粉体；(4)将步骤(3)预烧后的粉体与MgO、ZrO2按化学计量比配料，放入球磨罐中，加入去离子水与氧化锆球，在球磨机上二次球磨6～8小时，获得球磨后的浆液；(5)将步骤(4)球磨后的浆液置于100～110℃温度干燥箱中烘干，烘干后过40～80目筛，获得颗粒均匀的混合物，；(6)将步骤(5)混合均匀的混合物装入坩埚后置于高温炉中，在1000℃～1100℃煅烧2～4小时，获得预烧后的陶瓷晶体；(7)在步骤(6)预烧后的陶瓷晶体放入球磨罐中，加入去离子水与氧化锆球，在球磨机上三次球磨6～8小时，并于100～110℃温度干燥箱中烘干；烘干后在陶瓷粉料中外加8％重量百分比的石蜡进行造粒，过40～80目筛，再用粉末压片机压成坯体；(8)将步骤(7)的坯体于1260℃～1320℃烧结4～6小时，制得镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷。本专利技术在MgZrNb2O8陶瓷中通过控制复合离子(Sn1/2W1/2)5+置换Nb5+离子的含量，以及在烧结过程中控制粉体形核长大程度，从而影响陶瓷微结构中晶粒尺寸及微观形貌，最后实现微波介电性能调控改善的目的。在制备前，原料需要研磨至一定的细度，研磨时，可将原料放入球磨罐，加入氧化锆球磨介质和去离子水连续球磨8小时。进一步地，步骤(1)步骤(4)中，选用Nb2O5、SnO2、WO3、MgO和ZrO2的纯度≥99.99％。进一步地，步骤(1)、步骤(4)和步骤(7)中，球磨机为行星式球磨机。进一步地，步骤(7)中，粉末压片机的压力为4～8Mpa；坯体为直径10mm，厚度1～5mm的圆柱体。进一步地，步骤(8)中，生坯的烧结气氛为空气环境，升温速率为1～5℃/min，烧结完成后随炉冷却。通过网络分析仪测试微波介质陶瓷的微波介电性能，本专利技术制备的MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8陶瓷在微波频段下的介电常数εr为23.7～24.8，品质因数Q×f值在测试频率为6～8GHz时为78378.4～93346.3GHz，谐振频率温度系数τf为-46.7～-50.6ppm/℃。一种微波介质陶瓷在通信领域中的应用。与现有文献中报道的MgZrNb2O8陶瓷性能相比(S.D.Ramarao,V.R.K.Murthy.CrystalstructurerefinementandmicrowavedielectricpropertiesofnewlowdielectriclossAZrNb2O8(A:Mn,Zn,MgandCo)ceramics.ScriptaMater.29(2013)274-277)，本专利技术的有益效果在于：本专利技术所制备的MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8陶瓷仅需通过微量的复合离子部分置换铌离子，就能获得极其优异的微波介电性能(εr＝23.7～24.8，Q×f＝78378.4～93346.3GHz)。类比于现有文献中报道的MgZrNb2O8陶瓷的微波介电性能(εr＝9.6，Q×f＝58500GHz)，介电常数和Q×f值都显著提高，可广泛应用于f≥8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。另外，本专利技术制备工艺简单，过程无污染，是一种很有前途的微波介质材料。附图说明图1为MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8陶瓷粉末XRD衍射图谱：x＝0.03(实施例1)；x＝0.06(实施例2)；x＝0.09(实施例3)；x＝0.12(实施例4)；x＝0.15(实施例5)。图1说明：通过XRD谱图分析，所有实施例可以与MgZrNb2O8陶瓷的标准PDF卡片(ICDD#48-0329)很好地匹配，并且没有检测到第二相，这表明形成具有P2/c单斜晶系黑钨矿结构。图2为MgZrNb2-x(Sn1/2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷，其化学表达式为：MgZrNb

【技术特征摘要】
1.镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷，其化学表达式为：MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8，其中0.03≤x≤0.15，所述陶瓷在微波频段下，介电常数εr为23.8～24.7，品质因数Q×f值在测试频率为6～8GHz时为78378～93346.3GHz，谐振频率温度系数τf为-46.7～-50.6ppm/℃。


2.权利要求1的镁锆铌锡钨系微波介质陶瓷的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)将Nb2O5、SnO2、WO3原料，按化学式MgZrNb2-x(Sn1/2W1/2)xO8(0.03≤x≤0.15)进行配料，按原料：去离子水：氧化锆球质量比为2:16:15～2:18:13的比例加入球磨罐中，在球磨机上球磨6～8小时，获得球磨后的原浆；
(2)将步骤(1)球磨后的原浆置于100～110℃温度干燥箱中烘干，烘干后过40～80目筛，获得颗粒均匀的粉料；
(3)将步骤(2)混合均匀的粉料装入坩埚后置于高温炉中，在900℃～1000℃预烧2～4小时，获得预烧后的粉体；
(4)将步骤(3)预烧后的粉体与MgO、ZrO2按化学计量比配料，放入球磨罐中，加入去离子水与氧化锆球，在球磨机上二次球磨6～8小时，获得球磨后的浆液；
(5)将步骤(4)球磨后的浆液置于100～110℃温度干燥箱中烘干，烘干后过4...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖谧，何苏苏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12