專利名稱：近零諧振頻率溫度系數(shù)的鈮基微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種以氧化物為基礎的以成分為特征的陶瓷化合物，更確切地說，是關于一種以鈮基復合鈣鈦礦化合物為主要成分的陶瓷化合物。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是微波器件的核心材料。最近十幾年來，由于微波技術(shù)設備向小型化與集成化，尤其是向民用產(chǎn)品的大產(chǎn)量、低價格化方向的快速發(fā)展，使得微波介質(zhì)陶瓷的研究與實用化迅速發(fā)展。應用于微波電路的介質(zhì)陶瓷，應滿足如下介電特性的要求(1)高的相對介電常數(shù)εr以減小器件尺寸，一般要求εr≥20；(2)高的品質(zhì)因子Q以降低噪音，一般要求Qf≥3000GHz；(3)接近零的諧振頻率溫度系數(shù)τf以保證器件的溫度穩(wěn)定性，一般要求-5ppm/℃≤τf≤5ppm/℃。
Ba(Co1/3Nb2/3)O3微波介質(zhì)陶瓷(εr≈32，Qf＝63000GHz，τf＝-13ppm/℃)的品質(zhì)因子高，成本低，主要應用于用于微波高頻段(8GHz以上)的領域。但是它的主要缺點是(1)諧振頻率溫度系數(shù)絕對值偏大；(2)燒結(jié)溫度高達1450℃左右。這限制了它的使用，一般需要通過摻入其他組分的材料來調(diào)節(jié)其諧振頻率溫度系數(shù)或降低燒結(jié)溫度以達到使用要求。如《歐洲陶瓷協(xié)會會刊》(Journal of the European Ceramic Society)在2003年的一篇文章《微波諧振器用的低成本、高性能Ba(Zn1/3Nb2/3O3)基材料的開發(fā)》(Development of low cost，highperformance Ba(Zn1/3Nb2/3O3)based materials for microwave resonator applications)中報道，采用具有正溫度系數(shù)的Ba(Zn1/3Nb2/3)O3(τf＝30ppm/℃)和負溫度系數(shù)的Ba(Co1/3Nb2/3)O3形成固溶體化合物陶瓷，當Ba(Zn1/3Nb2/3)O3的摻入量為60mol％時，就得到了τf為零的微波介質(zhì)陶瓷材料(εr＝35.6，Qf＝86000 GHz，τf＝0±3ppm/℃)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有Ba(Co1/3Nb2/3)O3微波介質(zhì)陶瓷諧振頻率溫度系數(shù)偏大并且燒結(jié)溫度高的缺點，通過摻入CaTiO3和MnO2材料而獲得一種近零諧振頻率溫度系數(shù)、較低燒結(jié)溫度并且具有較高品質(zhì)因子的微波介質(zhì)陶瓷；同時提供Ba(Co1/3Nb2/3)O3基微波介質(zhì)陶瓷的組成配方和制造該介質(zhì)陶瓷產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的近零諧振頻率溫度系數(shù)的鈮基微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于由氧化物形式的Ba、Co、Nb、Ca、Ti和Mn組成，其化學式為
(1-x)BaO·0.33(1-x)CoO·0.33(1-x)Nb2O5·xTiO2·xCaO·yMnO2，式中x＝0-0.1，y＝0-0.05。
所述的微波介質(zhì)陶瓷，其組份摩爾份量比為BaO 100CoO 33.33Nb2O533.33CaO0-11.11TiO20-11.11MnO20-5。
本發(fā)明所述陶瓷(1-x)BaO·0.33(1-x)CoO·0.33(1-x)Nb2O5·xTiO2·xCaO·yMnO2(式中x＝0-0.1，y＝0-0.05)的制備方法，包括如下步驟1、以純度99％BaCO3，99％CoO和99.99％Nb2O5為起始原料，在1100-1200℃保溫2-4小時，合成Ba(Co1/3Nb2/3)O3粉料；2、以純度99％CaCO3和99％TiO2為起始原料，在1200-1300℃保溫4-8小時，合成CaTiO3粉料；3、然后按(1-x)Ba(Co1/3Nb2/3)O3-x CaTiO3-yMnO2(x＝0-0.1，y＝0-0.05)的配比，將Ba(Co1/3Nb2/3)O3、CaTiO3和MnO2粉料濕磨混合，烘干后加入濃度為5-10％的聚乙烯醇水溶液，加入量占粉末總重量的2-20％，然后于壓力為150-300Mpa壓制成型，在溫度為1300-1400℃高溫爐中燒成，制成微波介質(zhì)陶瓷。
所述的微波介質(zhì)陶瓷制備方法，其燒成時間為4-24小時。
本發(fā)明克服了Ba(Co1/3Nb2/3)O3微波介質(zhì)陶瓷諧振頻率溫度系數(shù)偏大并且燒結(jié)溫度高的缺點，通過摻入CaTiO3和MnO2而獲得了一種近零諧振頻率溫度系數(shù)、較低燒結(jié)溫度并且具有較高品質(zhì)因子的微波介質(zhì)陶瓷。
具體實施例方式
本發(fā)明采用固相反應法制造(1-x)Ba(Co1/3Nb2/3)O3-x CaTiO3-yMnO2近零諧振頻率溫度系數(shù)的鈮基微波介質(zhì)陶瓷。
本發(fā)明以純度99％BaCO3，99％CoO和99.99％Nb2O5為起始原料，按Ba(Co1/3Nb2/3)O3的化學比配料，在無水乙醇中研磨12小時后烘干，在1100-1200℃保溫2-4小時合成Ba(Co1/3Nb2/3)O3粉料；以純度99％CaCO3和99％TiO2為起始原料，按CaTiO3的化學比配料，在無水乙醇中研磨24小時后烘干，1200-1300℃保溫4-8小時合成CaTiO3粉料。按(1-x)Ba(Co1/3Nb2/3)O3-x CaTiO3-yMnO2(x＝0-0.1，y＝0-0.05)配料，然后以蒸餾水為研磨介質(zhì)再濕磨24小時左右。烘干后的物料加入濃度為5-10％的聚乙烯醇水溶液，加入量占粉末總重量的2-20％，然后用150-300Mpa的壓力壓制成型，于1300-1400℃燒成4-24小時。制得的微波介質(zhì)陶瓷，可用于制作微波介質(zhì)濾波器、諧振器等。
實施例1-3第一步Ba(Co1/3Nb2/3)O3的合成取BaCO363.65g、CoO8.06g、Nb2O528.29g在無水乙醇中研磨12小時后烘干，然后在1100℃保溫2小時合成Ba(Co1/3Nb2/3)O3。
第二步CaTiO3的合成取CaCO355.61g、TiO244.39g在無水乙醇中研磨24小時后烘干，然后在1250℃保溫6小時合成CaTiO3。
第三步按表1中比例取Ba(Co1/3Nb2/3)O3、CaTiO3粉料及MnO2，濕磨24小時。烘干后的物料加入濃度為5％的聚乙烯醇水溶液5g造粒，然后用200MPa的壓力壓制成型，于溫度1350℃燒成6小時，制得微波介質(zhì)陶瓷，其在8GHz左右的介電性能檢測結(jié)果見表2表1微波介質(zhì)陶瓷的組成

表2微波介質(zhì)陶瓷8GHz下的介電性能

本發(fā)明的創(chuàng)新在于選擇合適的Ba(Co1/3Nb2/3)O3、CaTiO3粉料及MnO2配比，制成廣泛用于各種介質(zhì)諧振器、濾波器等各種微波器件的制造，滿足移動通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要的近零諧振頻率溫度系數(shù)的鈮基微波介質(zhì)陶瓷。
權(quán)利要求
1.近零諧振頻率溫度系數(shù)的鈮基微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，由氧化物形式的Ba、Co、Nb、Ca、Ti和Mn組成，其化學式為(1-x)BaO·0.33(1-x)CoO·0.33(1-x)Nb2O5·xTiO2·xCaO·yMnO2，式中x＝0-0.1，y＝0-0.05。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，其組份摩爾份量比為BaO 100CoO 33.33Nb2O533.33CaO 0-11.11TiO2O-11.11MnO20-5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波介質(zhì)陶瓷制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)以純度99％BaCO3，99％CoO和99.99％Nb2O5為起始原料，在1100-1200℃保溫2-8小時合成Ba(Co1/3Nb2/3)O3粉料；(2)以純度99％CaCO3和99％TiO2為起始原料，1200-1300℃保溫2-10小時合成CaTiO3粉料；(3)按(1-x)Ba(Co1/3Nb2/3)O3-x CaTiO3-yMnO2(x＝0-0.1，y＝0-0.05)的配比，將Ba(Co1/3Nb2/3)O3、CaTiO3和MnO2粉料濕磨混合，烘干后加入濃度為3-15％的聚乙烯醇水溶液，加入量占粉末總重量的2-20％，然后于壓力為150-300Mpa壓制成型，在溫度為1300-1400℃高溫爐中燒成，制成微波介質(zhì)陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的燒成時間為4-24小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種近零諧振頻率溫度系數(shù)的鈮基微波介質(zhì)陶瓷，由氧化物形式的Ba、Co、Nb、Ca、Ti和Mn組成，其化學式為(1－x)BaO·0.33(1－x)CoO·0.33(1－x)Nb
文檔編號C04B35/622GK101081736SQ20061009530
公開日2007年12月5日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者田中青, 伍光鳳, 張微 申請人:重慶工學院