專(zhuān)利名稱(chēng)：溶膠-凝膠法低溫合成超細(xì)ZnO-SiO₂微波介質(zhì)陶瓷粉體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超細(xì)ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備方法，尤其是涉 及溶膠-凝膠法低溫合成超細(xì)ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體的方法，屬于 材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，高頻化與微型化已經(jīng)成為目前先進(jìn)電子元 器件的基本特征。隨著陶瓷元器件體積的進(jìn)一步縮小，片式多層器件結(jié)構(gòu) 中的介質(zhì)層也越來(lái)越薄，因此未來(lái)制備超薄介質(zhì)層的一個(gè)重要途徑就是采 用超細(xì)粉體甚至納米級(jí)粉體。Guo.Y等在《J .Eur. Ceram. Soc》，2006， 26:16-18 "Characterization and dielectric behavior of willemite and TiO2-doped willemite ceramics at millimeter-wave frequency，，一文首次公開(kāi)了 ZnO-Si02微波介質(zhì)陶f(shuō):的冷等 靜壓制備方法和微波性能，由于其優(yōu)良的微波性能引起廣大科研工作者的 關(guān)注。隨后，《J. Am. Ceram. Soc》，2007， 90:3127-3130. Nguyen N.H等人 在"Effect of Zn/Si ratio on the microstructural and microwave dielectrics properties of Zn2Si04 ceramics"—文采用固相法及非化學(xué)計(jì)量比制備Zri2Si04 陶瓷和微波性能，非化學(xué)計(jì)量比可消除過(guò)量的ZnO對(duì)Zn2Si04陶瓷」微波性 能的影響，明顯改善了品質(zhì)因數(shù)gx/。但至今為止，尚未見(jiàn)有采用濕化學(xué) 方法(含溶膠-凝膠法)制備超細(xì)Zn2Si04陶瓷以滿足陶瓷器件小型化的報(bào) 道。溶膠-凝膠法是一種應(yīng)用的較為廣泛和成熟的制備超細(xì)粉體的濕化學(xué) 方法，能夠得到比表面積大、活性大的高純超細(xì)粉體，已廣泛應(yīng)用于各類(lèi) 電子陶瓷粉體的制備。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種從微波器件小型化對(duì)微波介質(zhì)陶瓷材料粉體超細(xì)化的要求出發(fā)，利用溶膠-凝膠法制備超細(xì)ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體的方 法，通過(guò)凝膠過(guò)程以及分散劑的空間位阻作用，并經(jīng)過(guò)加熱煅燒使有機(jī)物 分解和鋅鹽離子發(fā)生氧化反應(yīng)形成晶相，從而在較低溫度下獲得超細(xì) ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體。溶膠-凝膠法低溫合成超細(xì)ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備方法， 包括以下步驟(1) 將鋅鹽溶于無(wú)水乙醇中，形成鋅鹽無(wú)水乙醇溶液；(2) 將正硅酸乙酯溶于無(wú)水乙醇溶液中，形成正硅酸乙酯乙醇溶液；(3 )將鋅鹽無(wú)水乙醇溶液和正硅酸乙酯乙醇溶液按鋅:硅的摩爾比為 2:1的比例攪拌混合，加入適量無(wú)水乙醇，使混合溶液中鋅鹽的濃度控制 在0.5 lmol/l;再加入去離子水，促進(jìn)水解過(guò)程，去離子水:正硅酸乙酯的 摩爾比調(diào)至0~8;加入硝酸或丙烯酸中的至少一種將混合溶液pH值調(diào)至 1~3;以混合溶液的重量為100%計(jì)，加入1 10。/。的分散劑聚乙二醇PEG;(4) 將上述制得的混合溶液攪拌均勻，密封，置于10 4(TC環(huán)境中， 得到均勾無(wú)色透明的凝膠；將凝膠在80 10(TC下烘干成為松脆的干凝膠；(5) 將上述松脆的干凝膠研磨，放入高鋁坩堝中，在600 1000。C煅 燒，得到白色的ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體。所述的鋅鹽為Zn(N03)2'6H20、 Zn(CH3COOH)2'2H20、 ZnCl2。 采用上述工藝，可以得到粒徑在100~200nm且分散良好的超細(xì) ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體，該超細(xì)粉體燒結(jié)成瓷后具有較高的gx/值， 與傳統(tǒng)固相法合成微米粉體燒結(jié)成瓷后的gx/值相比，有顯著改善；而且 其燒結(jié)溫度相對(duì)于固相法所得微米粉體的燒結(jié)溫度下降了 100~150°C?？?用于制備超薄流延薄膜及微型片式多層微波器件，具有極大的工業(yè)應(yīng)用價(jià) 值。本發(fā)明的制備方法具有以下特點(diǎn)(1) 釆用Zn(N03)2'6H20、 Zn(CH3COOH)2'2H20、 ZnCl2等鋅鹽為原 料，價(jià)格便宜且原料易得；(2) 采用濕化學(xué)方法使鋅、硅元素均勻分布在溶膠中，利用凝膠過(guò)程以及分歉劑的空間位阻作用，使最終產(chǎn)物的化學(xué)成份均勻而且煅燒后得到的粉體粒徑細(xì)??；(3 )可在800。C煅燒后得到超細(xì)ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體，大大 降低了 ZnO-Si02粉體的合成溫度，得到的超細(xì)粉體粒徑在100-200nm之 間可調(diào)，且分散良好；(4 )該方法合成的超細(xì)ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷可以在1250。C燒結(jié)成 瓷，比傳統(tǒng)固相法合成微米ZnO-Si02粉體的燒結(jié)溫度U400。C)下降了 約150。C;該納米粉體燒結(jié)成瓷后具有較高的Qx/值，比傳統(tǒng)固相法合成 微米粉體燒結(jié)成瓷后的gx/值提高20%。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 實(shí)施例1:稱(chēng)取lmol的Zn(N03)2.6H20溶于475毫升無(wú)水乙醇中，形成濃度約 為2.0mol/l的硝酸鋅無(wú)水乙醇溶液；將0.5mol的正硅酸乙酯與110毫升無(wú) 水乙醇混合，形成正硅酸乙酯乙醇溶液；將上述兩溶液混合，攪拌均勻， 加入550毫升無(wú)水乙醇，使鋅的濃度為0.8mol/l。然后加入3mo1去離子水、 8克濃度為65~68%的濃硝酸、20克PEG400，'溶液的pH值為1.5。將上述混合溶液攪拌均勻后，靜置于30。C的水浴中，得到無(wú)色透明的 凝膠，將凝膠取出放入托盤(pán)中，在8(TC下干燥24小時(shí)，得到松脆物質(zhì)。將上述松脆物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在800。C煅燒1小時(shí)，得到 白色的ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體。該材料經(jīng)TEM電鏡與激光粒度分析，粉體平均粒徑在100~200nm 之間，粒子的介軟性好；XRD分析表明該納米粉體的主晶相為Zn2Si04。將上述在800。C煅燒得到的納米粉體研磨、造粒、壓成直徑18mm、 高度8 ~ 9mm的圓塊，在125(TC燒結(jié)30min，其孩t波介電性能為sr= 6.14, Qf=67500GHz。實(shí)施例2:稱(chēng)取0.5mol的Zn(CH3COOH)2'2H20溶于320毫升無(wú)水乙醇中，形成 濃度約為1.511101/1的醋酸鋅無(wú)水乙醇溶液；將0.2511101的正硅酸乙酯與115 毫升無(wú)水乙醇混合，形成正硅酸乙酯乙醇溶液；將上述兩溶液混合，攪拌 均勻，加入400毫升無(wú)水乙醇，使鋅的濃度為0.6mol/l。然后加入2mol 去離子水、3克濃度為65~68%的濃硝酸和4克丙烯酸、10克PEG1000, 溶液的pH值為2.將上述混合溶液攪拌均勻后，靜置于35-C的水浴中，得到無(wú)色透明的 凝膠，將凝膠取出放入托盤(pán)中，在9(TC下干燥24小時(shí)，得到松脆物質(zhì)。將上述松脆物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在85(TC煅燒1小時(shí)，得到 白色的ZnO-Si02微波介質(zhì)陶瓷粉體。該材料經(jīng)TEM電4竟與激光粒度分析，4分體平均粒徑在120~180nm 之間，粒子的^i:性好；XRD分析表明該納米粉體的主晶相為Zn2Si04。將上述在85(TC煅燒得到的納米粉體研磨、造粒、壓成直徑18mm、 高度8 ~ 9mm的圓塊，在1250'C燒結(jié)30min，其微波介電性能為:sr = 6.32， Qf=70300GHz。實(shí)施例3:稱(chēng)取0.5mol的Zncl2溶于115毫升無(wú)水乙醇中，形成濃度約為4mol/l 的硝酸鋅無(wú)水乙醇溶液；將0.25mol的正硅酸乙酯與110毫升無(wú)水乙醇混 合，形成正硅酸乙酯乙醇溶液；將上述兩溶液混合，攪拌均勻，加入250 毫升無(wú)水乙醇，使鋅的濃度為1.0mol/l。然后加入lmol去離子水、2.5克 濃度為65~68%的濃硝酸、8克PEG1000,溶液的pH值為2.5.將上述混合溶液攪拌均勻后，靜置于3(TC的水浴中，得到無(wú)色透明的 凝膠，將凝膠取出放入托盤(pán)中，在8(TC下干燥24小時(shí)，得到松脆物質(zhì)。將述松脆物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在800。C煅燒1小時(shí)，得到 白色的ZnO-Si02微波介質(zhì)陶資粉體。該材料經(jīng)TEM電鏡與激光粒度分析，粉體平均粒徑在150~280nm 之間，粒子的M性好；XRD分析表明該納米粉體的主晶相為Zn2Si04。將上述在80(TC煅燒得到的納米粉體研磨、造粒、壓成直徑18mm、高度8 ~ 9mm的圓塊，在1250。C燒結(jié)30min,其微波介電性能為& = 6.25， Qf=65300GHz。
權(quán)利要求
1、一種利用溶膠-凝膠法低溫合成超細(xì)ZnO-SiO2微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備方法，包括以下步驟(1)將鋅鹽溶于無(wú)水乙醇中，形成鋅鹽無(wú)水乙醇溶液；(2)將正硅酸乙酯溶于無(wú)水乙醇溶液中，形成正硅酸乙酯乙醇溶液；(3)將鋅鹽無(wú)水乙醇溶液和正硅酸乙酯乙醇溶液按鋅∶硅的摩爾比為2∶1的比例混合，加入無(wú)水乙醇，使混合溶液中鋅鹽的濃度控制在0.5～1mol/l；再加入去離子水，促進(jìn)水解過(guò)程，去離子水∶正硅酸乙酯的摩爾比調(diào)至0～8；加入硝酸或丙烯酸中的至少一種將混合溶液pH值調(diào)至1～3；以混合溶液的重量為100％計(jì)，加入1～10％的分散劑聚乙二醇PEG；(4)將上述制得的混合溶液攪拌均勻，密封，置于10～40℃環(huán)境中，得到均勻無(wú)色透明的凝膠；將凝膠在80～100℃下烘干成為松脆的干凝膠；(5)將上述松脆的干凝膠研磨，放入高鋁坩堝中，在600～1000℃煅燒，得到白色的ZnO-SiO2微波介質(zhì)陶瓷粉體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的鋅鹽為 Zn(N03)2.6H20或Zn(CH3COOH)22H20或ZnCl2。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溶膠-凝膠法低溫合成超細(xì)ZnO-SiO₂微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備方法，包括將鋅鹽和正硅酸乙酯分別溶于無(wú)水乙醇中，形成鋅鹽乙醇溶液和正硅酸乙酯乙醇溶液；按鋅硅的摩爾比為2∶1將上述兩溶液攪拌混合，加入適量無(wú)水乙醇，使混合溶液中鋅鹽的濃度控制在0.5～1mol/l；加入去離子水促進(jìn)水解聚合；滴加硝酸和丙烯酸中的至少一種調(diào)節(jié)pH值；加入適量的分散劑克服粉體團(tuán)聚；所得溶液攪拌均勻、密封靜置后得到凝膠，所得凝膠干燥煅燒，得到本發(fā)明的超細(xì)ZnO-SiO₂微波介質(zhì)陶瓷粉體。本發(fā)明方法能在800～850℃低溫條件煅燒合成粒徑在80～200nm可調(diào)的超細(xì)粉體，粉體燒結(jié)后具有優(yōu)良的微波性能。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101224984SQ20081005963
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者史靈杭, 張啟龍, 輝 楊, 鄒佳麗 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)