[发明专利]一种铌酸盐微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种以ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈为化学式的中温烧结、具有中介电常数的微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着材料科学的快速发展，器件进一步小型化和高品质化的要求仍为未来的主旋律，但由于目前各频段对信号质量的需求不同，因此对于应用中微波介质材料实现器件小型化来说，重点是保证介质材料具有高的品质因数。而除此之外，优化材料的谐振频率温度系数，也是材料应用方面的重要课题。

微波介质材料以其系列化的介电常数(ε)、较高的品质因数(Qf)、相对较小的谐振频率温度系数(τ_f)被广泛应用于制作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波等微波无源器件，满足了移动通讯、卫星通讯和军用雷达等发展的要求。这些无源器件在小型化、高品质化方面相较传统的无源器件有较大的提升。

ZnZrNb₂O₈作为一种新型微波介质陶瓷材料，因其具有适中的介电常数，较高的Qf值而受到广泛关注。纯相的ZnZrNb₂O₈材料的微波介电性能为：Qf＝61000GHz，ε_r＝30，τ_f＝-52×10^-6/℃。其现有技术的缺点是，品质因数有待进一步提高，温度系数不可调节。

发明内容

本发明的目的，是为了进一步提高ZnZrNb₂O₈介质陶瓷材料的品质因数，并在一定程度上提升其温度稳定性，以适应电子信息技术高频化和数字化的发展方向。以ZnO、ZrO₂、Nb₂O₅、MnO₂为原料，采用简单固相法，制备一种具有高品质因数的ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈微波介质陶瓷材料。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种铌酸盐微波介质陶瓷材料，合成物表达式为：ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈，其中x＝0.02～0.2；

该铌酸盐微波介质陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将ZnO、ZrO₂、Nb₂O₅、MnO₂按化学计量式ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈，其中x＝0.02～0.2进行配料；将粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球后，球磨4～8小时；

(2)将步骤(1)球磨后的原料放入干燥箱中，于80～120℃烘干，然后过40目筛；

(3)将烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于950℃煅烧5～8小时；

(4)在步骤(3)煅烧后的粉料中外加0.9％～1.1％的聚乙烯醇作为粘合剂进行造粒，将混合后的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨9～12小时后烘干过筛，再用粉末压片机以4～8MPa的压力压制成坯体；

(5)将步骤(4)的坯体于1100℃～1200℃烧结，保温2～8小时，制成具有中介电常数的微波介质陶瓷。

所述步骤(1)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为600转/分。

所述步骤(1)的粉料与去离子水和锆球的质量比为1︰1︰1。

所述步骤(4)的坯体直径为10mm，厚度为5mm。

所述步骤(5)的优选的烧结温度为1150℃。

本发明通过简单固相合成法制备出一种新型的微波介质陶瓷材料ZnZr_1-xMn_xNb₂O₈(x＝0.02～0.2)。其介电常数ε_r为28.359～25.2946，品质因数Q×f为38906～57678GHz，谐振频率温度系数τ_f为-25.14～-7.76×10^-6/℃。制备工艺简单，采用中温烧结，节约了时间成本和能源成本，应用前景广泛。

具体实施方式