一种低温烧结改性NiO-Ta2O5基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，具体为一种低温烧结改性NiO

【技术实现步骤摘要】
一种低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着移动通讯不断向高频化方向发展，电子元器件诸如介质滤波器、介质谐振器天线、介质波导等的重要性凸显，而微波介质陶瓷能够在300MHz～300GHz范围内发挥功能性，是目前被广泛用于制备上述电子元器件的关键基础性材料。
[0003]传统的微波设备重量大且昂贵，通讯行业发展至今，要求电路系统所占空间要尽可能小。作为一种新型的三维集成封装互联技术，低温共烧陶瓷(LTCC)技术因其满足高频应用，为制备内嵌电极的陶瓷模块或整体电路提供了可靠的解决方案，因此开发应用于LTCC技术的陶瓷体系成为该领域研究的重点。
[0004]具有四方Tri
‑
rutile晶体结构的NiO
‑
Ta2O5陶瓷材料在1400℃下的微波介电性能为：ε
r
＝25，Q
×
f＝31200GHz，τ
f
＝26ppm/℃，但由于过高的烧结温度导致无法与LTCC技术中的Ag或Cu电极共烧(与Ag电极共烧需不超过950℃；与Cu电极共烧需不超过1000℃且在还原气氛下进行)，且谐振频率温度系数τ
f
值也较大(τ
f
值介于
±
10ppm/℃代表温度稳定性优异)。截至目前也并未发现有针对NiO
‑
Ta2O5陶瓷的低温烧结探索。因此，降低NiO
‑
Ta2O5基陶瓷的烧结温度并保持微波介电性能是亟需关注的重点。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题或不足，为解决现有NiO
‑
Ta2O5陶瓷因烧结温度过高导致无法与LTCC技术中的Ag或Cu电极共烧的问题，本专利技术提供了一种低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料及其制备方法，在保持优异的微波介电性能的同时实现了低温烧结，其温度稳定，可广泛应用于LTCC

[0006]本专利技术提供的一种低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料，其化学通式为：
[0007](1.587y
‑
0.198xy)ZnO
‑
(2.597y
‑
0.324xy)CuO
‑
(1
‑
x)NiO
‑
(1.855y
‑
0.231xy)B2O3‑
3xSnO2‑
(1
‑
x)Ta2O5‑
(0.284y
‑
0.035xy)V2O5；其中0.1≤x≤0.2；0.03≤y≤0.09；经由固相法制备获得；晶体类型为NiTa2O6结构；
[0008]该微波介质陶瓷材料的烧结温度为875～950℃，850～900℃大气气氛中预烧；介电常数为17～21，品质因数Q
×
f值为14000～23000GHz，谐振频率温度系数为5～10ppm/℃。
[0009]作为优选，当x＝0.15且y＝0.06时，在925℃烧结温度下材料的介电常数为20.2，品质因数Q
×
f值为22417GHz，谐振频率温度系数为8.7ppm/℃，可广泛用于LTCC

[0010]上述低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：将ZnO、CuO、NiO、B2O3、SnO2、Ta2O5与V2O5粉料按化学通式(1.587y
‑
0.198xy)ZnO
‑
(2.597y
‑
0.324xy)CuO
‑
(1
‑
x)NiO
‑
(1.855y
‑
0.231xy)B2O3‑
3xSnO2‑
(1
‑
x)Ta2O5‑
(0.284y
‑
0.035xy)V2O5；(x＝0.1～0.2；y＝0.03～0.09)进行配料；
[0012]步骤2：将步骤1配好的粉体装入球磨罐，以氧化锆球和去离子水，按照粉料：氧化锆球：去离子水质的量比为1:5～7:3～5进行球磨，行星球磨6～8小时，取出后在80～120℃烘箱中烘干，以40～60目筛网过筛，后在850～900℃大气气氛中预烧3～5小时；
[0013]步骤3：将步骤2预烧后的粉体，再次按照粉体：锆球：去离子水质量比为1:4～6:1～3进行球磨，行星球磨混合3～6小时，取出烘干后，向得到的粉体中添加聚乙烯醇溶液进行剂造粒；
[0014]步骤4：将步骤3制得陶瓷生料压制成型，在600～650℃排胶后在875～950℃大气气氛中烧结4～6小时后，即可制得低温烧结的改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料。
[0015]本专利技术不同于现有领域报道技术：也即通过向预烧后的NiO
‑
Ta2O5材料中添加CuO、V2O5、B2O3等氧化物作为烧结助剂，在液相作用下实现低温烧结成瓷的目的，而是以离子掺杂改性为指导依据，不仅考虑到以相近半径的离子进行取代以实现固溶体陶瓷的制备，如Zn
2+
取代Ni
2+
离子，V
5+
取代Ta
5+
离子，(Ni
1/3
Ta
2/3
)
4+
复合离子被Sn
4+
取代，不同离子之间的协同作用反而使综合微波介电性能得到提升；同时选择的掺杂氧化物仍具有低熔点的性质，因此可以实现改善较低温度下合成NiO
‑
Ta2O5材料主晶相的目的，并使该陶瓷材料保持优异微波介电性能的同时仍能降低烧结温度。
[0016]本专利技术提供一种可低温烧结的改性NiO
‑
Ta2O5基陶瓷材料，其化学通式为(1.587y
‑
0.198xy)ZnO
‑
(2.597y
‑
0.324xy)CuO
‑
(1
‑
x)NiO
‑
(1.855y
‑
0.231xy)B2O3‑
3xSnO2‑
(1
‑
x)Ta2O5‑
(0.284y
‑
0.035xy)V2O5，通过调节各原料的摩尔含量，直接一次合成了具有低温烧结、温度稳定且微波介电性能优异的NiO
‑
Ta2O5基陶瓷材料，可广泛应用于LTCC

附图说明
[0017]图1对应实施例3的XR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料化学通式为：(1.587y
‑
0.198xy)ZnO
‑
(2.597y
‑
0.324xy)CuO
‑
(1
‑
x)NiO
‑
(1.855y
‑
0.231xy)B2O3‑
3xSnO2‑
(1
‑
x)Ta2O5‑
(0.284y
‑
0.035xy)V2O5；其中0.1≤x≤0.2；0.03≤y≤0.09；经由固相法制备获得；晶体类型为NiTa2O6结构；该微波介质陶瓷材料的烧结温度为875～950℃，850～900℃大气气氛中预烧；介电常数为17～21，品质因数Q
×
f值为14000～23000GHz，谐振频率温度系数为5～10ppm/℃。2.根据权利要求1所述的一种低温烧结改性NiO
‑
Ta2O5基微波介质陶瓷材料，其特征在于：当x＝0.15且y＝0.06时，在925℃烧结温度下材料的介电常数为20.2，品质因数Q
×
f值为22417GHz，谐振频率温度系数为8.7ppm/℃。3.一种低温烧结改性NiO
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：邢孟江，曲明山，杨鸿宇，孙成礼，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：