[发明专利]一种钡锌钽系微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波介质材料制造技术领域，特别涉及一种钡锌钽系微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和通信技术的不断进步，尤其是移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统GPS、蓝牙技术以及无线局域网WLA等现代通信的飞速发展，对小型化、高性能化的微波电路和微波器件的需求量日益增加；在微波通讯中微波介质陶瓷是不可或缺的关键元件且应用十分广泛；目前综合性能最优的微波介质陶瓷以钽为主要组成。钽微波介质陶瓷具有超高的品质因素，在国外被唯一地用作10GHz以上高频微波元件；由于钽资源在国外稀缺，导致钽微波介质陶瓷价格昂贵，难以广泛使用。我国钽矿产的储量在世界居第1位，在我国发展含钽微波介质陶瓷产业具有强大的资源优势。

另一方面，低温共烧陶瓷LTCC技术通过采用独特的材料体系，使烧结温度降低，可与金属导体共烧，从而提高了电子器件性能；由于LTCC微波元器件有较低的介质损耗、较高可达40GHz的工作频率、体积小，以及在恶劣环境下都有可靠稳定的表现，已开始广泛应用于通讯、汽车电子、航天、消费电子及国防的控制系统中。为了采用LTCC技术制造微波介质元件，实现微波陶瓷的低温烧结是关键。目前，国内LTCC陶瓷制造以传统的合成和烧结的工艺为主，通过添加大量的玻璃相来降低烧结温度。由于玻璃相通常较大地损害材料性能，使得我国LTCC元件性能低，质量差；目前还没有见过烧结温度在1000℃附近，具有高品质因素的钡锌钽系微波介质陶瓷的报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种钡锌钽系微波介质陶瓷及其制备方法，其材料组成特征在于，所述微波介质陶瓷的化学组成为：Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃—XMO，其中M代表Co、Cu、2/3B，其摩尔比为Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃∶MO＝1∶X，X＝0.001～0.02；所述MO为CoO，CuO和B₂O₃中的至少一种。

其制备方法的制备步骤如下：

1)以纯度99％以上的硝酸钡、硝酸锌、钽酸乙酯、硝酸钴、硝酸铜和硼酸为起始原料。按化学表达式Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃—XMO将一定比例的硝酸钡、硝酸锌、钽酸乙酯和柠檬酸溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，其中加入的柠檬酸的量与金属离子的总摩尔比为1.5:1。然后将硝酸钴、硝酸铜和硼酸的至少一种按一定比例加入，溶解；

2)在80℃环境下将氨水缓慢加入步骤1所配制的溶液中并持续搅拌，形成pH值达到5-8之间的透明溶胶；

3)将步骤2配制的溶胶置于120℃的烘箱中烘干，直至形成干凝胶；

4)将步骤3获得的干凝胶在700-900℃下煅烧，得到粉末；

5)将步骤4合成的粉末经过湿磨、烘干后加入聚乙烯醇水溶液，造粒，压制成型，然后在高温炉中烧成，烧成温度为1000～1500℃，即制成微波介质陶瓷。

本发明制备的微波介质陶瓷具有如下特征，其介电常数为20-40之间，具有高的品质因数Q×f值27000～110000GHz，谐振频率温度系数小-10-10ppm/℃，可在1000～1500℃的不同烧结温度下烧结；有望广泛应用于各种微波器件的制造。

具体实施方式

本发明提出一种钡锌钽系微波介质陶瓷及其制备方法。所述微波介质陶瓷的化学组成为：Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃--XMO(M代表Co、Cu、2/3B)，其摩尔比为Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃∶MO＝1∶X，X＝0.001～0.02。