專利名稱：可低溫?zé)Y(jié)微波介電陶瓷Li₃VO₄及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及在微波頻率使用的介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波元器件，以及陶瓷電容器或溫度補償電容器的介電陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF和SHF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，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片和介質(zhì)導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足如下介電特性的要求:(1)系列化介電常數(shù)L以適應(yīng)不同頻率及不同應(yīng)用場合的要求；(2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或介質(zhì)損耗tan S以降低噪音，一般要求Qf彡3000 GHz; (3)諧振頻率的溫度系數(shù)^盡可能小以保證器件具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求_10/°C彡if彡+10 ppm/°C。國際上從20世紀30年代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)。根據(jù)相對介電常數(shù)e r的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發(fā)和正在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為4類。(I)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，主要代表是Al203-Ti02、Y2BaCuO5, MgAl2O4和Mg2SiO4等，其e ^彡20，品質(zhì)因數(shù)QXf > 50000GHz，x ; ^ 10 ppm/° C。主要用于微波基板以及高端微波元器件。(2)低e r和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5, BaO-ZnO-Ta2O5或BaO-MgO-Nb2O5, BaO- ZnO-Nb2O5系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其e =25 30，Q= (I 2) X 104(在f 彡10 GHz下)，Tf^O0主要應(yīng)用于f 彡8 GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機中作為介質(zhì)諧振器件。(3)中等L和Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi409、Ba2Ti9O2tl和(Zr、Sn) TiO4等為基的 MWDC 材料，其 Er = 35 40，Q= (6 9) XlO3 (在 f=3 一4GHz 下)，x; ^ 5ppm/° C。主要用于4 8 GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。(4)高L而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8 4GHz頻率范圍內(nèi)民用移動通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點。80年代以來，Kolar, Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO — Ln2O3 — TiO2系列(Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡稱BLT系)、復(fù)合韓欽礦結(jié)構(gòu)CaO —Li2O一Ln2O3一TiO2系列、鉛基系列材料、CahLn2xjZ3TiO3系等聞e j 微波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO— Nd2O3— TiO2材料介電常數(shù)達到90，鉛基系列(Pb，Ca)ZrO3介電常數(shù)達到105。以上這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300° C，不能直接與Ag和Cu等低熔點金屬共燒形成多層陶瓷電容器。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)(Low TemperatureCo-fired Ceramics, LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國內(nèi)外的研究人員對一些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復(fù)合材料體系，因低熔點玻璃相具有相對較高的介質(zhì)損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗。因此研制無玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當(dāng)前研究的重點。在探索與開發(fā)新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中，固有燒結(jié)溫度低的Li基化合物、Bi基化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關(guān)注與研究，其中大量的探索研究集中在Li基二元或三元化合物上，并且開發(fā)出了如Li2Ti03、Li2MoO4和Li2MTi3O8 (M=Mg或Zn)等系列性能良好的微波介質(zhì)陶瓷等，但是可低燒的超低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷體系仍然比較有限，這在很大程度上限制了低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的發(fā)展。文獻[宋秀芹等，中國有色金屬學(xué)報，2000，10 (4):591-595]報道了 Li基釩酸鹽Li3VO4的合成與離子導(dǎo)電特性，考慮到目前還沒有關(guān)于Li3VO4陶瓷的微波介電性能的研究報道，我們對Li3VO4陶瓷進行了燒結(jié)特性與微波介電性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該陶瓷具有優(yōu)異的綜合微波介電性能同時燒結(jié)溫度低于950° C，可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的技術(shù)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有超低介電常數(shù)、低損耗與良好的熱穩(wěn)定性，同時可低溫?zé)Y(jié)的微波介電陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的組成為Li3V04。本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為:
(I)將純度為99.9%以上的Li2CO3和V2O5的原始粉末按Li3VO4的組成稱量配料。(2)將步驟(I)原料濕式球磨`混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在700°C大氣氣氛中預(yù)燒6小時。(3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在76(T790°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占粉末總量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷在760_790°C燒結(jié)良好，其介電常數(shù)達到17 18，品質(zhì)因數(shù)Qf值高達59000-74000GHZ，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價值。
具體實施例方式實施例:
表I示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個具體實施例及其微波介電性能。其制備方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進行微波介電性能的評價。本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足移動通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。表1:
權(quán)利要求
1.一種釩酸鹽作為可低溫?zé)Y(jié)微波介電陶瓷的應(yīng)用，其特征在于所述釩酸鹽的組成為=Li3VO4 ； 所述釩酸鹽的制備方法步驟為: (1)將純度為99.9%以上的Li2CO3和V2O5的原始粉末按Li3VO4的組成稱量配料； (2)將步驟(I)原料濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在700°C大氣氣氛中預(yù)燒6小時； (3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在76(T790°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占粉末總量 的3%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可低溫?zé)Y(jié)微波介電陶瓷Li3VO4及其制備方法。介電陶瓷材料的組成為Li3VO4。(1)將純度為99.9%以上的Li2CO3和V2O5的原始粉末按Li3VO4的組成稱量配料；(2)將步驟(1)原料濕式球磨混合12小時，溶劑為蒸餾水，烘干后在700℃大氣氣氛中預(yù)燒6小時；(3)在步驟(2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在760~790℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，劑量占粉末總量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷在760-790℃燒結(jié)良好，其介電常數(shù)達到17～18，品質(zhì)因數(shù)Qf值高達59000-74000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價值。
文檔編號C04B35/495GK103145419SQ201310108898
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者方亮, 鄧婧, 唐瑩 申請人:桂林理工大學(xué)