專利名稱：低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微波介質(zhì)材料，特別是一種低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(300MHz 300GHz)電路中作為介質(zhì)材料完成一種或多種功能的陶瓷材料。理想微波介質(zhì)陶瓷具有合適的介電常數(shù)(L)、高品質(zhì)因數(shù)(QXf)和趨于零的諧振頻率溫度系數(shù)(Tf)。用微波介質(zhì)陶瓷制作的諧振器、濾波器、微波集成電路基片等元器件，在移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)、軍事通信等現(xiàn)代通信技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代通信設(shè)備向小型化、集成化、高可靠性和低成本化方向發(fā)展，以低溫共燒陶瓷(Low temperature co-fired ceramic,簡(jiǎn)稱LTCC)技術(shù)為基礎(chǔ)的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)元器件微型化的重要途徑。LTCC技術(shù)除要求微波介質(zhì)材料具有良好微波介電性能外，還要求其能夠與高電導(dǎo)率、低熔點(diǎn)賤金屬Ag (960°C)電極匹配共燒。此外，隨著通信設(shè)備運(yùn)行頻率的不斷提高，系統(tǒng)損耗和發(fā)熱量隨之增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸變差。為克服頻率拓寬帶來(lái)的眾多問(wèn)題，亟需開(kāi)發(fā)高Q值和諧振頻率的低、中(15 ^ 彡25)與近零τ f值的微波介質(zhì)材料。尖晶石結(jié)構(gòu)正鈦酸鎂(Mg2TiO4)具有優(yōu)異的微波介電性能(ε r=14,Qxf=150000GHz, τ f=-50ppm/ °C ),其原料豐富、成本低廉，是一種很有發(fā)展前景的低ε P高Q值高頻用微波介質(zhì)材料，但其存在燒結(jié)溫度高(1450°C)與具有較大負(fù)Tf值(_50ppm/°C)，從而限制了其進(jìn)一步商用化。因此，降低燒結(jié)溫度并改善其Tf值有利于實(shí)現(xiàn)Mg2TiO4基介質(zhì)陶瓷的實(shí)際應(yīng)用。Belous等，報(bào)道了等價(jià)的Co替代Mg對(duì)Mg2TiO4基陶瓷微結(jié)構(gòu)與微波介電性能的影響，即0.93
+0.07CaTi03陶瓷，其ε r=17> Qxf=105000G Hz> Tf=5ppm/°C。Huang 等通過(guò) A、B 位取代提高了(MghAx)2(Ti1IBy)
O4(A=Zn、Mn、Co，B=Sn)基陶瓷的品質(zhì)因數(shù)QX f值，改善了其燒結(jié)特性(可使其燒結(jié)溫度降低約IO(TC)并選用具有正諧振頻率溫度系數(shù)材料有效調(diào)控了其值。呂文中等通過(guò)添加ZnNb2O6來(lái)改善Mg2TiO4-CaTiO3基陶瓷的燒結(jié)性能。Huang等添加0.5wt%B203可將0.92 (MgQ.95CoQ.J2TiO4-0.08 (Caa8Sra2) TiO3復(fù)合陶瓷燒結(jié)溫度降至1200°C，同時(shí)具有良好微波介電性能(ε r=18.1, Qxf=95000GHz, τ f=-5ppm/°C )。以上研究表明Mg2TiO4基材料諧振頻率得到了有效調(diào)控，但燒結(jié)溫度仍高達(dá)1200°C，無(wú)法與銀電極材料共燒，限制了材料的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于克服上述陶瓷材料燒結(jié)溫度高的缺點(diǎn)，提供一種燒結(jié)溫度低且同時(shí)保持其優(yōu)異微波介電性能的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于為上述低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷提供一種制備方法。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷用通式0.9 (Mg0 95Zn0 05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0 2) Ti0s-3.0wt.%LiF_0.8wt.%Fe203-xwt.%V205 表示的材料組成，式中χ的取值為0.5 3.0。本發(fā)明χ的取值最佳為1.5。上述低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷的制備方法由下述步驟組成:1、制備(Mg。.95Zn0.05) 2 (Ti。.8Sn0.2) O4 預(yù)燒粉按(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4的化學(xué)計(jì)量比稱取原料 MgO、ZnO、TiO2 和 SnO2，將原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇按質(zhì)量比為1: 2: 2裝入尼龍球磨罐中，充分混合球磨6小時(shí)，80 100°C干燥，1150°C預(yù)燒 3 小時(shí)，制備成(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉。2、制備(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉按(Caa8Sra2) TiO3的化學(xué)計(jì)量比稱取原料CaC03、SrCO3和TiO2,將原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇按質(zhì)量比為1: 2: 2裝入尼龍球磨罐中，充分混合球磨6小時(shí)，80 100°C干燥，1100。。預(yù)燒3小時(shí)，制備成(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉。3、制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷按0.9 (Mg0 95Zn0.05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF_0.8wt.%Fe203-xwt.%V205 的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉、(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉、LiF、Fe203和V2O5，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球和無(wú)水乙醇，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，充分混合球磨6小時(shí)，干燥，加入原料質(zhì)量5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生坯，將生坯 900 975°C燒結(jié)3 10小時(shí)，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。本發(fā)明的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，將生坯最佳在950°C燒結(jié)5小時(shí)。本發(fā)明通過(guò)在正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷中引入燒結(jié)助劑LiF-Fe2O3-V2O5,將
0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca0.8Sr0.2) TiO3 基復(fù)合陶瓷燒結(jié)溫度從 1325 °C 降至950°C，同時(shí)保持了優(yōu)異的微波介電性能，從而使該材料與銀電極共燒成為可能。這種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷所用原料來(lái)源豐富、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于低溫共燒陶瓷系統(tǒng)，GPS天線、無(wú)限局域網(wǎng)用濾波器、多層介質(zhì)諧振器等微波器件的制造。
圖1是實(shí)施例1制備的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷的掃描電鏡圖。圖2是實(shí)施例1制備的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷的X射線粉末衍射圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1以制備 0.9 (Mg0 95Zn0.05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-l.5wt.%V205表示的復(fù)合陶瓷材料為例，所用原料及制備方法如下:1、制備(Mg。.95Zn0.05) 2 (Ti。.8Sn0.2) O4 預(yù)燒粉按(Mg。.95Zn0.05) 2 (Ti。.8Sn0.2) O4 的化學(xué)計(jì)量比稱取原料 Mg04.285g、ZnO0.455g、Ti023.574g和SnO2L 686g，裝入尼龍球磨罐中，加入20g瑪瑙球、20g無(wú)水乙醇，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2,用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí),轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，裝入剛玉坩堝中1150°C預(yù)燒3小時(shí)，制備成(Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4 預(yù)燒粉。2、制備(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉按(Caa8Sra2)TiO3的化學(xué)計(jì)量比稱取原料 CaC034.226g、SrCO3L 558g 和Ti024.216g，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球20g、無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，裝入剛玉坩堝中1100°C預(yù)燒3小時(shí)，制備成(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉。3、制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0 2) Ti0s-3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe2O3-L 5wt.0ZoY2O5 的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4 預(yù)燒粉 9.123g、(Ca0 8Srtl 2)TiO3 預(yù)燒粉 0.877g、LiF0.03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.015g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉的摩爾比為 9: I, LiF, Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Znatl5)2 (Tia8Sna2) O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3預(yù)燒粉總質(zhì)量的3.0%、0.8%、1.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，用行星球磨機(jī)球·磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于950°C燒結(jié)5小時(shí),制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。所制備的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷采用Quantan200 (Holand)型環(huán)境掃描電子顯微鏡及RagukuD/Max2550 (Japan)型X射線衍射儀進(jìn)行表征，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。由圖1可見(jiàn)，所制備的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷由明暗不同的兩種晶粒組成。由圖2可見(jiàn)，所制備的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的(Caa8Sra2)TiO3相與尖晶石結(jié)構(gòu)的(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 相以及少量的第二相 Ca5Mg4 (VO4) 6 所組成。實(shí)施例2以制備0.9 (Mg0 95Zn0.05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-0.5wt.%V205表示的復(fù)合陶瓷材料為例，所用原料及制備方法如下:在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Caa8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF_0.8wt.%Fe203-0.5wt.%V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉0.877g、LiR).03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.005g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)
O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉的摩爾比為9: 1，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Zntl.J2(Tia8Sna2) O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉總質(zhì)量的 3.0%、0.8%、0.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于950°C燒結(jié)5小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。
實(shí)施例3以制備0.9 (Mg0 95Zn0.05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-3.0wt.%V205表示的復(fù)合陶瓷材料為例，所用原料及制備方法如下:在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Caa8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-3.0wt.%V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉0.877g、LiF0.03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.03g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉的摩爾比為9: 1，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Zntl.J2(Tia8Sna2) O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉總質(zhì)量的 3.0%、0.8%、3.0%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于950°C燒結(jié)5小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。實(shí)施例4在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Caa8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-l.5wt.%V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉0.877g、LiF0.03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.015g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉的摩爾比為9: 1，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Zntl.J2(Tia8Sna2) O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉總質(zhì)量的 3.0%、0.8%、1.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液 ，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于900°C燒結(jié)5小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。實(shí)施例5在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Caa8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-l.5wt.%V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉0.877g,LiF0.03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.015g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2 (Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉的摩爾比為9: 1，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Zntl.J2(Tia8Sna2) O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉總質(zhì)量的 3.0%、0.8%、1.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生坯，將生坯于925°C燒結(jié)5小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。實(shí)施例6
在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Caa8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-l.5wt.%V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉0.877g、LiF0.03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.015g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉的摩爾比為9: 1，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Zntl.J2(Tia8Sna2) O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉總質(zhì)量的 3.0%、0.8%、1.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生坯，將生坯于975°C燒結(jié)5小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。實(shí)施例7 在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按
0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Caa8Sr0.2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-l.5wt.%V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉
0.877g、LiF0.03g、Fe2O30.008g 和 V2O50.015g，裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉的摩爾比為9: 1，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Zntl.J2(Tia8Sna2) O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3 預(yù)燒粉總質(zhì)量的 3.0%、0.8%、1.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生坯，將生坯于950°C燒結(jié)3小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。實(shí)施例8在實(shí)施例1的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟3中，按
0.9 (Mg0 95Zn0 05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0 2) Ti03_3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe203-l.5wt 0M2O5 的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4 預(yù)燒粉 9.123g、(Ca0.8Sr0.2)TiO3 預(yù)燒粉 0.877g、LiF0.003g、Fe2O30.008g 和 V2O50.015g,裝入尼龍球磨罐中，(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉與(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉的摩爾比為 9: I，LiF、Fe2O3和V2O5的加入量分別是(Mga95Znatl5)2 (Tia8Sna2) O4預(yù)燒粉與(Caa8Sra2) TiO3預(yù)燒粉總質(zhì)量的3.0%、0.8%、1.5%，加入瑪瑙球20g和無(wú)水乙醇20g，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于950°C燒結(jié)10小時(shí)。其他步驟與實(shí)施例1相同，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。對(duì)比實(shí)施例1以制備0.9(Mg0.95Zn0.05)2(Ti0.8Sn0.2)04-0.1 (Caa8Sra2)TiO3 表示的復(fù)合陶瓷材料為例，所用原料及制備方法如下:按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca0.8Sr0.2) TiO3 的摩爾比稱取(Ca0.8Sr0.2)TiO3預(yù)燒粉0.877g和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉9.123g，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球20g、無(wú)水乙醇20g，預(yù)燒粉與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生坯，將生坯于1275°C燒結(jié)5小時(shí)，制備成正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉的制備方法與實(shí)施例1相同。對(duì)比實(shí)施例2在對(duì)比實(shí)施例1 中，按 0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca0.8Sr0.2) TiO3 的摩爾比稱取(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉 0.877g 和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉 9.123g，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球20g、無(wú)水乙醇20g，預(yù)燒粉與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10_、厚度為5_的圓柱形生還,將生還于1300°C燒結(jié)5小時(shí),制備成正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉的制備方法與實(shí)施例1相同。對(duì)比實(shí)施例3在對(duì)比實(shí)施例1 中，按 0.9 (Mg。.95Zn0.05) 2 (Ti。.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca。.8Sr0.2) TiO3 的摩爾比稱取(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉 0.877g 和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉 9.123g，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球20g、無(wú)水乙醇20g，預(yù)燒粉與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于1325°C燒結(jié)5小時(shí),制備成正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉的制備方法與實(shí)施例1相同。 對(duì)比實(shí)施例4在對(duì)比實(shí)施例1 中，按 0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca0.8Sr0.2) TiO3 的摩爾比稱取(Caa8Sra2)TiO3 預(yù)燒粉 0.877g 和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉 9.123g，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球20g、無(wú)水乙醇20g，預(yù)燒粉與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，用行星球磨機(jī)球磨6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，置于烘箱內(nèi)80 100°C干燥4小時(shí)，加入0.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還于1350°C燒結(jié)5小時(shí),制備成正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉和(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉的制備方法與實(shí)施例1相同。為了證明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用閉腔諧振法，用ZVB20矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(由德國(guó)羅德&施瓦茨公司生產(chǎn))，對(duì)實(shí)施例1 8制備的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷、對(duì)比實(shí)施例1 4制備的正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷進(jìn)行微波介電性能測(cè)試，樣品的諧振頻率溫度系數(shù)在20 80°C溫度范圍內(nèi)測(cè)試，TE015諧振模的頻率在7.5 9.5GHz范圍內(nèi)，測(cè)試結(jié)果與公開(kāi)號(hào)為CN102815937A、發(fā)明名稱為“一種MgTiO3基介質(zhì)陶瓷及其制備方法”中實(shí)施例1制備的MgTiO3基介質(zhì)陶瓷(1.5wt.%AST-MgTi03基介質(zhì)陶瓷)、現(xiàn)有文獻(xiàn) 艮道的(Mga95Ca0.05) Ti03+5mo1.%V205 (Effect of additives on microwave dielectricproperties in low-temperature firing(Mg, Ca)Ti03based ceramics, Ferroelrctrics., 201:255-62, 1997.)、0.86Mg2Ti04-0.14CaTi03-4wt.%ZnNb06 (Microwave dielectricproperties of the (1-X)Mg2TiO4 - XCaTiO3 - y wt.%ZnNb206ceramics system, Ceram.1nt., 37:1515 - 9, 2011.)> (Mg0 95Ca0 05)Ti03+10wt.LBSCPhase Evolution and DielectricProperties of MgTiO3 - CaTiO3-Based Ceramic Sintered with Lithium BorosilicateGlass for Application to Low Temperature Co-Fired Ceramics, J.Am.Ceram.Soc.，88:2461 - 5，2005.)陶瓷材料的微波介電性能進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表I。表I不同陶瓷材料的微波介電性能對(duì)比表
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷，其特征在于:該復(fù)合陶瓷用通式0.9 (Mg0 95Zn0.05) 2 (Ti0 8Sn0 2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0 2) Ti0s-3.0wt.%LiF_0.8wt.%Fe203-xwt.%V205 表示的材料組成，式中χ的取值為0.5 3.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷，其特征在于:所述通式中χ的取值為1.5。
3.—種權(quán)利要求1低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于它由下述步驟組成:(1)制備(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉 按(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4的化學(xué)計(jì)量比稱取原料MgO、Zn。、TiO2和SnO2，將原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇按質(zhì)量比為1: 2: 2裝入尼龍球磨罐中，充分混合球磨6小時(shí)，80 100°C干燥，1150°C預(yù)燒 3 小時(shí)，制備成(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4 預(yù)燒粉； (2)制備(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉 按(Caa8Sra2)TiO3的化學(xué)計(jì)量比稱取原料CaC03、SrCO3和TiO2，將原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇按質(zhì)量比為1: 2: 2裝入尼龍球磨罐中，充分混合球磨6小時(shí)，80 100°C干燥，1100。。預(yù)燒3小時(shí)，制備成(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉； (3)制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷 按 0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2 (Ti0.8Sn0.2) O4-0.1 (Ca0 8Sr0 2) Ti0s-3.0wt.%LiF_0.8wt.%Fe203-xwt %V205的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Znatl5)2(Tia8Sna2)O4預(yù)燒粉、(Caa8Sra2)TiO3預(yù)燒粉、LiF、Fe2O3和V2O5,裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球和無(wú)水乙醇,原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2: 2，充分混合球磨6小時(shí)，干燥，加入原料質(zhì)量5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生坯，將生坯900 975°C燒結(jié)3 10小時(shí)，制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于:所述的制備低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷步驟(3 )中，按0.9 (Mg0.95Zn0.05) 2(Ti0.8Sn0.2)O4-0.1 (Ca0 8Sr0 2)Ti03-3.0wt.%LiF_0.8wt.%Fe203-xwt.%V205 的化學(xué)計(jì)量比稱取原料(Mga95Zntl.J2 (Tia8Sna2)04 預(yù)燒粉、(Ca。.決。.2)1103預(yù)燒粉、LiF、Fe203 和 V2O5，裝入尼龍球磨罐中，加入瑪瑙球和無(wú)水乙醇，原料與瑪瑙球、無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: 2: 2，充分混合球磨6小時(shí)，干燥，加入原料質(zhì)量5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙烯醇水溶液，造粒，過(guò)120目篩，用粉末壓片機(jī)在4MPa壓力下壓制成直徑為10mm、厚度為5mm的圓柱形生還,將生還950°C燒結(jié)5小時(shí)， 制備成低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷。
全文摘要
一種低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷，用通式0.9(Mg0.95Zn0.05)2(Ti0.8Sn0.2)O4-0.1(Ca0.8Sr0.2)TiO3-3.0wt.%LiF-0.8wt.%Fe2O3-xwt.%V2O5表示的材料組成，式中x的取值為0.5～3.0。本發(fā)明低溫?zé)Y(jié)正鈦酸鎂基復(fù)合陶瓷的燒結(jié)溫度可降至900～975℃,克服了陶瓷材料諧振頻率溫度系數(shù)偏大的缺點(diǎn)，保證了材料的溫度穩(wěn)定性。本發(fā)明制備方法所用原料豐富、成本低廉，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于低溫共燒陶瓷系統(tǒng)、GPS天線、無(wú)限局域網(wǎng)用濾波器、多層介質(zhì)諧振器等微波器件的制造。
文檔編號(hào)C04B35/63GK103193478SQ20131012897
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者劉鵬, 姚國(guó)光 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)