專利名稱：一種微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電子信息材料與元器件領(lǐng)域的，尤其涉及一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)移動(dòng)電話、車載電話、便攜式手提電腦等移動(dòng)設(shè)備小型化、輕便化、低功耗、高性能等要求日益加強(qiáng)。這就要求電子元器件繼續(xù)向著微型化、高集成化、高可靠性、低成本、和片式化方向發(fā)展。近年來，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，開展與高電導(dǎo)率低熔點(diǎn)賤金屬 Cu (10600C ) ^ Ag(9600C )共燒的介質(zhì)陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，簡(jiǎn)稱LTCC)成為研究的熱點(diǎn)。作為L(zhǎng)TCC材料，不僅要求合適的介電常數(shù)、低的介電損耗與小的諧振頻率溫度系數(shù)，更要求材料能在較低的燒結(jié)溫度下燒結(jié)(950°C以下)，以便能與高電導(dǎo)率的銅或銀金屬內(nèi)電極共燒。但是，目前大多數(shù)高頻介質(zhì)陶瓷存在燒結(jié)溫度高(1200°C以上)、材料低溫化與介電性能不能兼容等問題，真正能用來作為L(zhǎng)TCC材料的介質(zhì)陶瓷材料很少。目前報(bào)道較多的低燒結(jié)溫度材料有SiO-TiO2系、BiNbO4系和Bi2O3-SiO-Nb2O5系等介質(zhì)陶瓷材料。但這些低燒結(jié)溫度介質(zhì)陶瓷材料存在容量溫度系數(shù)偏大、介電損耗高、與銀電極發(fā)生界面反應(yīng)等問題。Li1+x_yNblT3yTix+4y03系微波介質(zhì)陶瓷具有適中的燒結(jié)溫度(1100°C左右)、高的介電常數(shù)、可調(diào)的容量溫度系數(shù)和較低的損耗，是一種性能優(yōu)異的LTCC材料。但目前此類微波介質(zhì)陶瓷粉體通常采用固相法制備，粉體的粒徑較大，均勻性和燒結(jié)性較差。但截至目前，尚未見用溶膠-凝膠法合成該系統(tǒng)納米粉體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服ΙΑ+ ΝΙνχ_3;Γυ3系微波介質(zhì)陶瓷通常采用固相法制備的納米粉體的粒徑較大、均勻性和燒結(jié)性較差的缺點(diǎn)，提供一種采用溶膠-凝膠工藝制備LinyNb1T3yTixt4yO3系微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的方法，最終獲得顆粒均勻、高穩(wěn)定納米粉體，以便使Ι^1+”％_χ_3;Γυ3系微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度降低到950°C以下，并能與高電導(dǎo)率的銀金屬內(nèi)電極共燒。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，具有如下步驟(1)原料組分及其摩爾百分比含量為L(zhǎng)i1^yNVrfyTU3,其中0. 05 < χ < 0. 2，0 < y < 0. 15，按此化學(xué)計(jì)量比，配制相關(guān)溶液；(2)將硝酸鋰溶于無水乙醇，加熱磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋰溶液；(3)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后將硝酸鋰溶液滴加到鈦酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力攪拌，得到澄清的鈦鋰混合溶液；(4)配制鈮的檸檬酸水溶液
(a)將Nb2O5放入氫氟酸中，60 90°C水浴加熱4 12小時(shí)至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，確保其全部生成鈮酸沉淀；(c)抽濾洗滌上述沉淀，然后將鈮酸加入檸檬酸的水溶液中，60 90°C水浴加熱使得鈮酸完全溶解于檸檬酸的水溶液，得到鈮的檸檬酸水溶液，其中鈮離子與檸檬酸的摩爾比為1 2 1 6；(5)步驟(4)制得的鈮的檸檬酸水溶液中加入乙二醇，加熱攪拌2 10h，溫度為 50 90°C。檸檬酸與乙二醇的摩爾為1 1 1 4 ；(6)將步驟(3)配置的鈦鋰混合溶液加入到步驟(5)配置的鈮的檸檬酸水溶液中， 加熱至40 70°C，攪拌6 10小時(shí)，得鋰鈮鈦溶膠；(7)將鋰鈮鈦溶膠置于80°C磁力攪拌機(jī)上攪拌12 M小時(shí)，可形成粘稠狀的透明凝膠；再將凝膠于烘箱中100 120°C烘干，形成干凝膠；(8)將干凝膠置于高溫爐中，于650 850°C熱處理，得到ΙΑ+Χι%_χ_3; χ+4 03納米粉體。所述步驟(6)優(yōu)選的加熱溫度至70°C攪拌8小時(shí)。所述步驟(7)優(yōu)選的攪拌時(shí)間為18小時(shí)，優(yōu)選的烘干時(shí)間為100°C。所述步驟⑶優(yōu)選的熱處理溫度為750°C。本發(fā)明的有益效果是采用溶膠-凝膠工藝方法，在低于固相法的成相溫度200 300°C條件下制備出Li^yNb1T3yTixt4yO3納米粉體，該納米粉體顆粒尺寸細(xì)小，平均粒徑為 80nm,且純度高，制備工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉。另外，該納米粉體活性高，燒結(jié)特性好，可實(shí)現(xiàn)ΙΛ+Χ1%_Χ_3 Χ+4 03微波介質(zhì)陶瓷的低溫?zé)Y(jié)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所用原料均采用市售的分析純?cè)希唧w實(shí)施例如下。實(shí)施例1(1)原料組分及其摩爾百分比含量為L(zhǎng)iNba6Tia5O3，按此化學(xué)計(jì)量比，配制相關(guān)溶液；(2)稱取硝酸鋰6. 894克溶于無水乙醇，加熱磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋰溶液；(3)稱取鈦酸四丁酯17. 016克溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌20分鐘，得到鈦酸四丁酯溶液；然后將硝酸鋰溶液滴加到鈦酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力攪拌30分鐘， 得到澄清的鈦鋰混合溶液；(4)配制鈮的檸檬酸水溶液(a)稱取7. 974克Nb2O5放入氫氟酸中，70°C水浴加熱8小時(shí)至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，確保其全部生成鈮酸沉淀；(c)抽濾洗滌上述沉淀，然后將鈮酸加入檸檬酸的水溶液中，80°C水浴加熱使得鈮酸完全溶解于檸檬酸的水溶液，得到鈮的檸檬酸水溶液，其中鈮離子與檸檬酸的摩爾比為 1 4；(5)步驟(4)制得的鈮的檸檬酸水溶液中加入乙二醇，加熱攪拌證，溫度為80°C。 檸檬酸與乙二醇的摩爾為1 3;
(6)將步驟(3)配置的鈦鋰混合溶液加入到步驟(5)配置的鈮的檸檬酸水溶液中， 加熱至70°C攪拌8小時(shí)，得鋰鈮鈦溶膠；(7)將鋰鈮鈦溶膠置于80°C磁力攪拌機(jī)上攪拌18小時(shí)，形成粘稠狀的透明凝膠； 再將凝膠于烘箱中10(TC烘干，形成干凝膠；(8)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于650°C進(jìn)行煅燒處理；制得均勻的 LiNba6Tia5O3納米粉體；采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測(cè)試該納米粉體顆粒的平均粒徑為50nm。實(shí)施例2(1)原料組分及其摩爾百分比含量為L(zhǎng)iu25Nba 525Tia 525O3,按此化學(xué)計(jì)量比，配制相關(guān)溶液；(2)稱取硝酸鋰7. 067克溶于無水乙醇，加熱磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋰溶液；(3)稱取鈦酸四丁酯17. 867克溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌20分鐘，得到鈦酸四丁酯溶液；然后將硝酸鋰溶液滴加到鈦酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力攪拌30分鐘， 得到澄清的鈦鋰混合溶液；(4)配制鈮的檸檬酸水溶液(a)稱取6. 977克Nb2O5放入氫氟酸中，70°C水浴加熱8小時(shí)至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，確保其全部生成鈮酸沉淀；(c)抽濾洗滌上述沉淀，然后將鈮酸加入檸檬酸的水溶液中，80°C水浴加熱使得鈮酸完全溶解于檸檬酸的水溶液，得到鈮的檸檬酸水溶液，其中鈮離子與檸檬酸的摩爾比為 1 4。(5)步驟(4)制得的鈮的檸檬酸水溶液中加入乙二醇，加熱攪拌證，溫度為80°C。 檸檬酸與乙二醇的摩爾為1 3。(6)將步驟(3)配置的鈦鋰混合溶液加入到步驟(5)配置的鈮的檸檬酸水溶液中， 加熱至70°C攪拌8小時(shí)，得鋰鈮鈦溶膠。(7)將鋰鈮鈦溶膠置于80°C磁力攪拌機(jī)上攪拌18小時(shí)，形成粘稠狀的透明凝膠； 再將凝膠于烘箱中10(TC烘干，形成干凝膠；(8)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于750 °C進(jìn)行煅燒處理；制得均勻的 Li 1.025Nb0.S25Ti0.S25O3納米粉體；采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測(cè)試該納米粉體顆粒的平均粒徑為70nm。實(shí)施例3(1)原料組分及其摩爾百分比含量為L(zhǎng)iNba5Tia 625O3,按此化學(xué)計(jì)量比，配制相關(guān)溶液；(2)稱取硝酸鋰6. 894克溶于無水乙醇，加熱磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋰溶液；(3)稱取鈦酸四丁酯21. 27克溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌20分鐘，得到鈦酸四丁酯溶液；然后將硝酸鋰溶液滴加到鈦酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力攪拌30分鐘，得到澄清的鈦鋰混合溶液；(4)配制鈮的檸檬酸水溶液
(a)稱取6. 645克Nb2O5放入氫氟酸中，70°C水浴加熱8小時(shí)至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，確保其全部生成鈮酸沉淀；(c)抽濾洗滌上述沉淀，然后將鈮酸加入檸檬酸的水溶液中，80°C水浴加熱使得鈮酸完全溶解于檸檬酸的水溶液，得到鈮的檸檬酸水溶液，其中鈮離子與檸檬酸的摩爾比為 1 4；(5)步驟(4)制得的鈮的檸檬酸水溶液中加入乙二醇，加熱攪拌證，溫度為80°C。 檸檬酸與乙二醇的摩爾為1 3;(6)將步驟(3)配置的鈦鋰混合溶液加入到步驟(5)配置的鈮的檸檬酸水溶液中， 加熱至70°C攪拌8小時(shí)，得鋰鈮鈦溶膠。(7)將鋰鈮鈦溶膠置于80°C磁力攪拌機(jī)上攪拌18小時(shí)，形成粘稠狀的透明凝膠； 再將凝膠于烘箱中10(TC烘干，形成干凝膠；(8)將干凝膠置于箱式高溫電爐中，于850°C進(jìn)行煅燒處理，制得均勻的 LiNba5Tia 625O3納米粉體；采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(JE0L-7600F，Japan)測(cè)試該納米粉體顆粒的平均粒徑為lOOnm。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，具有如下步驟(1)原料組分及其摩爾百分比含量為L(zhǎng)i1YyNb1HyTih4yO3，其中0.05 < X < 0. 2，0 < y < 0. 15，按此化學(xué)計(jì)量比，配制相關(guān)溶液；(2)將硝酸鋰溶于無水乙醇，加熱磁力攪拌30分鐘，使其溶解，得到硝酸鋰溶液；(3)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四丁酯溶液；然后將硝酸鋰溶液滴加到鈦酸四丁酯溶液中，并在70°C下磁力攪拌，得到澄清的鈦鋰混合溶液；(4)配制鈮的檸檬酸水溶液(a)將Nb2O5放入氫氟酸中，60 90°C水浴加熱4 12小時(shí)至Nb2O5全部溶解；(b)往上述溶液中加入氨水，確保其全部生成鈮酸沉淀；(c)抽濾洗滌上述沉淀，然后將鈮酸加入檸檬酸的水溶液中，60 90°C水浴加熱使得鈮酸完全溶解于檸檬酸的水溶液，得到鈮的檸檬酸水溶液，其中鈮離子與檸檬酸的摩爾比為 1 2 1 6 ；(5)步驟(4)制得的鈮的檸檬酸水溶液中加入乙二醇，加熱攪拌2 10h，溫度為50 90°C。檸檬酸與乙二醇的摩爾為1 1 1 4;(6)將步驟C3)配置的鈦鋰混合溶液加入到步驟( 配置的鈮的檸檬酸水溶液中，加熱至40 70°C，攪拌6 10小時(shí)，得鋰鈮鈦溶膠；(7)將鋰鈮鈦溶膠置于80°C磁力攪拌機(jī)上攪拌12 M小時(shí)，可形成粘稠狀的透明凝膠；再將凝膠于烘箱中100 120°C烘干，形成干凝膠；(8)將干凝膠置于高溫爐中，于650 850°C熱處理，得到ΙΑ+Χ1%_Χ_3;Ι Χ+4 03納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)優(yōu)選的加熱溫度至70°C攪拌8小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(7)優(yōu)選的攪拌時(shí)間為18小時(shí)，優(yōu)選的烘干時(shí)間為100°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，其特征在于，所述步驟(8)優(yōu)選的熱處理溫度為750°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波介質(zhì)陶瓷納米粉體的制備方法，步驟為(1)原料組分及其摩爾百分比含量為L(zhǎng)i1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3，其中0.05＜x＜0.2，0＜y＜0.15(2)配置硝酸鋰溶液(3)配置鈦酸四丁酯溶液；再將硝酸鋰溶液滴加到鈦酸四丁酯溶液中，得到鈦鋰混合溶液(4)配制鈮的檸檬酸水溶液(5)鈮的檸檬酸水溶液中加入乙二醇，加熱攪拌(6)將鈦鋰混合溶液加入鈮的檸檬酸水溶液中，得到鋰鈮鈦溶膠(7)將鋰鈮鈦溶膠磁力攪拌，形成透明凝膠；再將凝膠烘干，形成干凝膠；(8)干凝膠于650～850℃熱處理，得到Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3納米粉體。該納米粉體顆粒尺寸細(xì)小，平均粒徑為80nm，且純度高，制備工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉，粉體活性高，燒結(jié)特性好，可實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)陶瓷的低溫?zé)Y(jié)。
文檔編號(hào)C04B35/626GK102167594SQ20111002462
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者張平, 李玲霞, 王洪茹 申請(qǐng)人:天津大學(xué)