專利名稱：一種鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷的的液相制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷的液相制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷(MWDC)是指應(yīng)用于微波頻段電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，具有高介電常數(shù)、低介電損耗和頻率系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，既可以滿足通信機(jī)的可移動(dòng)性、便攜性、小型化、微型化的要求，又可以滿足在微波范圍內(nèi)具有高性能、高可靠性工作特性的要求，是現(xiàn)代通信廣泛使用的諧振器、濾波器、振蕩器、介質(zhì)基板等微波元器件的關(guān)鍵材料。研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的微波介質(zhì)陶瓷材料，開發(fā)微波元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工技術(shù)以及快速檢測技術(shù)，促進(jìn)我國微波介質(zhì)陶瓷高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，成為事關(guān)國家長遠(yuǎn)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略性、前沿性和高瞻性高技術(shù)問題。由于微波介質(zhì)陶瓷在介電性能上日益嚴(yán)格的要求，使得原有的合成技術(shù)越來越難于滿足要求。近年來發(fā)展起來的液相合成技術(shù)以其特有的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于制備陶瓷粉體，但是由于五氧化二鈮不溶于水難溶于酸的性質(zhì)使得對以五氧化二鈮為原料制備鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷的研究收效甚少，總體來說，在本發(fā)明之前，人們尚沒有掌握以五氧化二鈮為原料的簡單易行，成本較低的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，能夠以較低的成本采用液相法制備出純相的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料，通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，包括下列各步驟
(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為5 20 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物，在200 500°C下熔融2 他，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并調(diào)節(jié)pH值至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；
(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為0.7 5 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅，并加水配成濃度0. 5 2mol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為 500 3000 1加入分散劑，再以0. 5 2mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為9. 4 9. 6，在溫度為50 70°C，轉(zhuǎn)速為300 600rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；
(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在600 90(TC下進(jìn)行預(yù)燒， 然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加粘結(jié)劑和助燒劑，在850 1050°C下進(jìn)行燒結(jié)，即得到鈮酸鋅(ZnNb2O6)微波介質(zhì)陶瓷粉料。所述步驟(1)中調(diào)節(jié)pH值是用lmol/L的鹽酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述步驟(2)的分散劑為離子型分散劑，如十二烷基苯磺酸鈉、單寧、十二烷基硫酸鈉中的一種或幾種。所述步驟(3)的粘結(jié)劑為常規(guī)粘結(jié)劑，如PVB、PVA或PP，加入量為預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%。所述步驟(3)的助燒劑為常規(guī)助燒劑，如CuO、Bi2O3或V2O5,加入量為預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%。本發(fā)明以五氧化二鈮和硫酸鋅為原料，以氫氧化鉀為沉淀劑，以聚合物為分散劑， 采用液相并加沉淀法制備粒度均勻的純相鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。按照一定的化學(xué)配比投料在不同的熱處理溫度下得到SiNb2O6和Si3Nb2O8兩種純相的粉料，由此粉料加入適粘結(jié)劑和助燒劑后進(jìn)行燒結(jié)制得性能優(yōu)異的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷。該方法具有生產(chǎn)成本低，工藝簡單，粒徑分布均勻，可控性好的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1
(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為5 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物，在500 V下熔融6h，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為 1. 5至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；
(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為2.8 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅，并加水配成濃度0.5mol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為1000 1 加入離子型分散劑單寧和十二烷基硫酸鈉，再以0. 5mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用 NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為9. 4，在溫度為60°C，轉(zhuǎn)速為400rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；
(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在600(TC下進(jìn)行預(yù)燒4h，然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%的常規(guī)粘結(jié)劑PVA和預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%的常規(guī)助燒劑CuO，在850°C下進(jìn)行燒結(jié)4h，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。實(shí)施例2
(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為10 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物10g，在450°C 下熔融4h，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH 值為1. 5至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；
(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為0.7 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅， 并加水配成濃度lmol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為500 1加入離子型分散劑十二烷基苯磺酸鈉，再以0. 67mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為9. 5，在溫度為50°C，轉(zhuǎn)速為300rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；
(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在750°C下進(jìn)行預(yù)燒4h，然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%的常規(guī)粘結(jié)劑PVB和預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%的常規(guī)助燒劑Bi2O3，在950°C下進(jìn)行燒結(jié)4h，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。實(shí)施例3
(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為20 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物，在200°C下熔融8h，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；
(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為5 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅， 并加水配成濃度2mol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為3000 1加入離子型分散劑十二烷基硫酸鈉，再以2mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液 PH為9. 6，在溫度為70°C，轉(zhuǎn)速為600rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；
(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在90(TC下進(jìn)行預(yù)燒，然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%的常規(guī)粘結(jié)劑PP和預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%的常規(guī)助燒劑V2O5，在1050°C下進(jìn)行燒結(jié)，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。實(shí)施例4
(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為15 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物，在500°C下熔融2h，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；
(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為4 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅， 并加水配成濃度1.5mol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為2000 1加入離子型分散劑十二烷基苯磺酸鈉、單寧和十二烷基硫酸鈉，再以1. 5mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為9. 6，在溫度為60°C，轉(zhuǎn)速為600rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；
(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在90(TC下進(jìn)行預(yù)燒，然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%的常規(guī)粘結(jié)劑PVA和預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%的常規(guī)助燒劑Bi2O3，在1000°C下進(jìn)行燒結(jié)，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。實(shí)施例5
(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為18 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物，在300°C下熔融3h，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；
(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為3 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅， 并加水配成濃度2mol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為800 1加入離子型分散劑單寧，再以2mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為9. 5，在溫度為70°C，轉(zhuǎn)速為500rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；
(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在80(TC下進(jìn)行預(yù)燒，然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%的常規(guī)粘結(jié)劑PP和預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%的常規(guī)助燒劑CuO，在900°C下進(jìn)行燒結(jié)，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。
權(quán)利要求
1.一種鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，其特征在于包括下列各步驟(1)按Nb2O5與KOH的質(zhì)量比為5 20 1，將Nb2O5與KOH混合后的混合物，在200 500°C下熔融2 8h，冷卻后加入混合物質(zhì)量的2倍的去離子水進(jìn)行溶解，并調(diào)節(jié)pH值至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；(2)按Si離子與Nb離子的摩爾比為0.7 5 2，稱取步驟(1)所得可溶性鈮鹽和硫酸鋅，并加水配成濃度0. 5 2mol/L的混合鹽溶液，然后按所加水與分散劑的體積比為 500 3000 1加入分散劑，再以0. 5 2mL/min的進(jìn)料速度加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為9. 4 9. 6，在溫度為50 70°C，轉(zhuǎn)速為300 600rpm下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；(3)將步驟(2)所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，在600 90(TC下進(jìn)行預(yù)燒， 然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加粘結(jié)劑和助燒劑，在850 1050°C下進(jìn)行燒結(jié)，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，其特征在于所述步驟(1)中調(diào)節(jié)pH值是用lmol/L的鹽酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，其特征在于所述步驟(2)的分散劑為離子型分散劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，其特征在于所述步驟(3)的粘結(jié)劑為常規(guī)粘結(jié)劑，加入量為預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的0. 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，其特征在于所述步驟(3)的助燒劑為常規(guī)助燒劑，加入量為預(yù)燒后的沉淀物質(zhì)量的1. 5%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料的液相制備方法，將Nb2O5與KOH混合后，先熔融，冷卻后加入混合物去離子水進(jìn)行溶解，并調(diào)節(jié)pH值至生成沉淀，再將沉淀過濾，洗滌，得到可溶性鈮鹽；稱取可溶性鈮鹽和硫酸鋅，并加水配成混合鹽溶液，然后加入分散劑，再加入反應(yīng)釜中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH，在一定條件下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；將所得沉淀物進(jìn)行洗滌、過濾、干燥，研磨后，預(yù)燒，然后在預(yù)燒后的沉淀物中添加粘結(jié)劑和助燒劑，再進(jìn)行燒結(jié)，即得到鈮酸鋅微波介質(zhì)陶瓷粉料。該方法具有生產(chǎn)成本低，工藝簡單，粒徑分布均勻，可控性好的特點(diǎn)。
文檔編號C04B35/495GK102531601SQ201210055058
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者丁耀民, 代建清, 夏井兵, 李國福, 陳文國 申請人:昆明理工大學(xué)