專利名稱：一種鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電陶瓷組合物及制備方法，具體地說，是一種鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
高頻介電陶瓷是一類用于現(xiàn)代信息技術(shù)中作為微波電子元器件的材料，用該陶瓷材料制成的多層陶瓷電容器(MLC)以及諧振器、濾波器、雙工器、介質(zhì)天線與介質(zhì)波導(dǎo)等器件可廣泛應(yīng)用于移動通信、衛(wèi)星通信以及諸如運載系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航、雷達(dá)測控、電子對抗、預(yù)警系統(tǒng)、機載短波電臺、有源相控陣?yán)走_(dá)中的T/R組件等軍事領(lǐng)域。隨著電子信息設(shè)備及器件的小型化，集成化，要求高頻介電陶瓷材料具有盡可能高的介電常數(shù)(ε≥110甚至更高)、更低的損耗以及很小的介電常數(shù)溫度系數(shù)。為實現(xiàn)高頻高介熱穩(wěn)定陶瓷材料的開發(fā)應(yīng)用，國內(nèi)外現(xiàn)研究得較多的是鋇釹鈦(BaO-Nd2O3-TiO2)系統(tǒng)介電陶瓷。例如，Kolar.D等人對BaO-Nd2O3-TiO2-Bi2O3系統(tǒng)進(jìn)行了研究，獲得了介電常數(shù)為70～90，介質(zhì)損耗tanδ在3×10-4以下，介電常數(shù)溫度系數(shù)為-25ppm/k的微波介電陶瓷(Kolar.Det al.，High Stability，Low Loss Dielectrics in the System BaO-Nd2O3-TiO2-Bi2O3，F(xiàn)erroelectrics，v 27，n 1-4，1980，p 269-72)。該介質(zhì)瓷料雖然介質(zhì)損耗和介電常數(shù)溫度系數(shù)均較小，但介電常數(shù)卻不理想，達(dá)不到100；美國專利5,376,603(1994-12-27)實施例2公開了一種鋇釹鈦系微波介電陶瓷的制備方法，該材料的介電常數(shù)為112～113，最大Q2MHz值為3730，介電常數(shù)溫度系數(shù)未提及，從該專利所揭示的陶瓷材料性能來看，其雖具有較高的介電常數(shù)(＞110)，但損耗較大，這可從Q值≯3800即可得知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高介電常數(shù)(＞100)、低損耗(tanδ＜3×10-4)、介電常數(shù)溫度系數(shù)αε小(-30～+20ppm/℃)的高頻陶瓷介質(zhì)，該介質(zhì)可制造適于電子信息設(shè)備及器件小型化、集成化應(yīng)用的高頻高介熱穩(wěn)定型MLC電容器。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是設(shè)計了一種鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)，它按重量百分比，由下述成份組成BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％。
在上述方案中，其優(yōu)選的組成為按重量百分比，BaCO319.2～19.9％，TiO235.0～37.8％，Nd2O326.3～29.7％，Bi2O312.6～19.5％；所述成份BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均為分析純試劑。
本發(fā)明還提供了一種上述鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)的制備方法，它按下述步驟進(jìn)行
(1)按重量百分比，BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％配料，用氧化鋯球加去離子水混合球磨4小時后于120℃干燥，然后過250孔/cm2分樣篩，放入電爐中預(yù)燒，按11℃/min的升溫速率加熱至1000℃，保溫2小時，即制得熔塊；(2)將上述熔塊用氧化鋯球加去離子水球磨5小時后于120℃干燥，然后過250孔/cm2分樣篩，加入6～7wt％的石蠟造粒，在60～80Mpa壓強下壓制成圓片生坯，最后放入電爐中燒成，先按3℃/min的升溫速率加熱至500℃，再按3～4℃/min的升溫速率加熱至1180～1220℃，保溫4小時，冷卻后即制得陶瓷介質(zhì)。
上述步驟(1)中配料，優(yōu)選的配比為按重量百分比，BaCO319.2～19.9％，TiO235.0～37.8％，Nd2O326.3～29.7％，Bi2O312.6～19.5％；所述配料組分BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均采用分析純試劑。
本發(fā)明的鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)，在一個寬的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)(1180～1220℃)，其介電常數(shù)ε均大于100，介質(zhì)損耗很小(tanδ＜3×10-4)，并且具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能(αε在-30～+20ppm/℃之內(nèi))；如果在燒結(jié)過程中將燒結(jié)溫度控制在一較為精確的范圍內(nèi)，則陶瓷介質(zhì)將獲得極其優(yōu)良的性能，在所述優(yōu)選組成配比范圍內(nèi)，其介電常數(shù)最大值可達(dá)120，介質(zhì)損耗最小值為1.9×10-4(Q1MHz＞5000)，介電常數(shù)溫度系數(shù)絕對值的最小值僅為1.044ppm/℃。本發(fā)明的有益效果在下面具體實施方式
中將還要進(jìn)一步的闡述。


圖1為本發(fā)明陶瓷介質(zhì)試樣的介電常數(shù)ε與燒結(jié)溫度T的關(guān)系。
圖2為本發(fā)明陶瓷介質(zhì)試樣的介電常數(shù)溫度系數(shù)αε與燒結(jié)溫度T的關(guān)系。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述實例1(1)按重量百分比BaCO319.2％，TiO235.0％，Nd2O326.3％，Bi2O319.5％配料50g(所用四種原料均為分析純試劑)，用氧化鋯球加去離子水混合球磨4小時，在干燥箱中于120℃烘干后過250孔/cm2分樣篩，然后放入電爐中預(yù)燒，按11℃/min的升溫速率加熱至1000℃，保溫2小時，即制得熔塊；(2)將預(yù)燒好的熔塊打碎，用氧化鋯球加去離子水球磨5小時，在干燥箱中于120℃烘干后過250孔/cm2分樣篩，然后加入6～7wt％的石蠟造粒，在60～80Mpa壓強下壓制成φ15mm×2mm的圓片生坯，最后放入電爐中燒成，先按3℃/min的升溫速率加熱至500℃，再按3～4℃/min的升溫速率加熱至1180～1220℃，保溫4小時，冷卻后即制得陶瓷介質(zhì)。
將燒結(jié)好的陶瓷介質(zhì)再燒滲銀電極，焊接引線，做成電容器試樣；用HewlettPackard4278A Capacitance Meter在1MHz下測其電容量C(pf)和損耗角正切值tanδ，并計算介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε；用GZ-ESPEC恒溫箱和HM27002型電容器C-T特性測試儀測量其介電常數(shù)溫度系數(shù)αε。
實例2
按重量百分比BaCO319.9％，TiO237.8％，Nd2O329.7％，Bi2O312.6％配料50g(所用四種原料均為分析純試劑)，其余制備工藝與實例1的條件相同，所得到的陶瓷介質(zhì)其電容器試樣的制備方法及測試條件均與實例1相同。
實例3按重量百分比BaCO319.6％，TiO237.3％，Nd2O327.9％，Bi2O315.2％配料50g(所用四種原料均為分析純試劑)，其余制備工藝與實例1的條件相同，所得到的陶瓷介質(zhì)其電容器試樣的制備方法及測試條件均與實例1相同。
根據(jù)本發(fā)明上述3個組成的實施例，在此特別要強調(diào)的是，為了獲得燒結(jié)溫度與組成性能的對應(yīng)關(guān)系，本發(fā)明將燒結(jié)溫度范圍分成5個點，即1180℃、1190℃、1200℃、1210℃和1220℃，取實例1～實例3干壓圓片生坯各一片為一組，在每個燒成溫度點同時進(jìn)行燒成，然后制成電容器試樣，實例1組成代號為A；實例2組成代號為B；實例3組成代號為C，測其性能，將測試結(jié)果繪成曲線圖，如圖1、圖2所示，圖中各實例組成及介電性能與燒結(jié)溫度的關(guān)系一目了然，以下結(jié)合附圖予以說明由圖1所示，組成A～C在1180～1220℃燒結(jié)范圍內(nèi)均能獲得100以上的介電常數(shù)；其中組成A在1200℃燒結(jié)取得ε最大值119.7866，此時其αε為-25.1894，tanδ為2.8，該組成在溫度系數(shù)和損耗控制得很好的基礎(chǔ)上大幅度提高了介電常數(shù)；組成B在1220℃燒結(jié)取得最大值110.9587；組成C在1200℃燒結(jié)取得最大值115.7532。
組成A～C的介質(zhì)損耗在1180～1220℃燒結(jié)范圍內(nèi)均在3×10-4以下，最大值不超過2.8×10-4，因此省略了圖示。
由圖2所示，組成A在1180～1220℃燒結(jié)范圍內(nèi)，其介電常數(shù)溫度系數(shù)在-30～+20ppm/℃之間，在1220℃燒結(jié)時其αε達(dá)絕對值最小值3.19836，此時的ε為106.252，tanδ為2.36，介電性能相當(dāng)優(yōu)異；由圖2可看出，組成B在1180～1220℃燒結(jié)范圍內(nèi)，其αε在-20～+12ppm/℃之間，尤其是在1180～1200℃燒結(jié)范圍內(nèi)，其αε在-5～0ppm/℃之間，當(dāng)燒結(jié)溫度為1190℃時，其αε達(dá)到絕對值最小值1.044，這時的ε和tanδ分別為102.9375、1.9×10-4(Q1MHz＞5000)，綜合介電性能極佳，因此，如想獲得熱穩(wěn)定性非常好的陶瓷介質(zhì)，按該組成制成的園片生坯，其燒成溫度最好為1180～1200℃；組成C在1180～1220℃燒結(jié)范圍內(nèi)，其αε在-17～+3ppm/℃之間，熱穩(wěn)定性也異常優(yōu)異，當(dāng)燒結(jié)溫度為1210℃時，其αε達(dá)絕對值最小值2.3782，這時的ε為106.326，tanδ為2.06×10-4(Q1MHz＞4800)，綜合介電性能也非常優(yōu)異。
本發(fā)明的鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)，由于其熱穩(wěn)定性好、損耗小、介電常數(shù)大，因此可用于制造高頻、高介、熱穩(wěn)定型MLC，該類電容器在軍用電子設(shè)備中可作為高頻濾波器、浪涌輸入電路、前置放大器、電源倍壓電路、充放電，耦合，隔直流等電路中；此外，用本發(fā)明陶瓷介質(zhì)制造的高頻、高介、熱穩(wěn)定型MLC還可廣泛應(yīng)用于移動通信、無繩電話、衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)、程控交換機、微波集成電路以及表面組裝技術(shù)(SMT)的電子設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)，其特征是，它按重量百分比，由下述成份組成BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)，其特征是，它按重量百分比，由下述成份組成BaCO319.2～19.9％，TiO2為35.0～37.8％，Nd2O3為26.3～29.7％，Bi2O3為12.6～19.5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)，其特征是，所述成份BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均為分析純試劑。
4.一種鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)的制備方法，其特征是，它按下述步驟進(jìn)行(1)按重量百分比，BaCO319～20％，TiO235～38％，Nd2O326～30％，Bi2O312～20％配料，用氧化鋯球加去離子水混合球磨4小時后于120℃干燥，然后過250孔/cm2分樣篩，放入電爐中預(yù)燒，按11℃/min的升溫速率加熱至1000℃，保溫2小時，即制得熔塊；(2)將上述熔塊用氧化鋯球加去離子水球磨5小時后于120℃干燥，然后過250孔/cm2分樣篩，加入6～7wt％的石蠟造粒，在60～80Mpa壓強下壓制成圓片生坯，最后放入電爐中燒成，先按3℃/min的升溫速率加熱至500℃，再按3～4℃/min的升溫速率加熱至1180～1220℃，保溫4小時，冷卻后即制得陶瓷介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)的制備方法，其特征是，所述步驟(1)中的配料是按重量百分比，BaCO319.2～19.9％，TiO235.0～37.8％，Nd2O326.3～29.7％，Bi2O312.6～19.5％進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)的制備方法，其特征是，所述配料組分BaCO3、TiO2、Nd2O3和Bi2O3均采用分析純試劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋇釹鈦系陶瓷介質(zhì)及其制備方法，它按重量百分比，由下述成分組成BaCO
文檔編號C04B35/622GK1746132SQ200510014548
公開日2006年3月15日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者吳順華, 李媛, 趙康健 申請人:天津大學(xué)