利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元錳鉭礦結(jié)構(gòu)ZnTiTa2O8微波介質(zhì)陶瓷方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子陶瓷制備與應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法。本發(fā)明技術(shù)方案為：利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，包括以下步驟：1）配制Zn離子的檸檬酸水溶液；2）配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液；3）三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備。具有合成溫度低、陶瓷顆粒均勻、分散性好、物相純、粉體具有納米粒度（<50nm）并具有高比表面能，呈現(xiàn)出較高活性等顯著優(yōu)勢，較傳統(tǒng)固相法能顯著降低燒結(jié)溫度100-200℃，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，并保持其良好微波介電性能，滿足LTCC應(yīng)用需求。
【專利說明】利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元錳鉭礦結(jié)構(gòu)ZnT i Ta208微波介質(zhì)陶瓷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子陶瓷制備與應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元錳鉭礦結(jié)構(gòu)ZnTiTa2O8微波介質(zhì)陶瓷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LTCC低溫共燒陶瓷技術(shù)是于1982年由休斯公司開發(fā)的新型材料技術(shù)，它采用厚膜材料，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成，是一種可以實(shí)現(xiàn)高集成度、高性能電路封裝的技術(shù)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有:高頻無線通訊領(lǐng)域(如移動(dòng)電話，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及藍(lán)牙技術(shù)等)、航空航天工業(yè)與軍事領(lǐng)域(如通訊衛(wèi)星，探測和跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)等)、微機(jī)電系統(tǒng)與傳感技術(shù)、汽車電子等。
[0003]LTCC技術(shù)是一種多層布線的低溫共燒技術(shù)，選用的微波介質(zhì)陶瓷材料應(yīng)具備燒結(jié)溫度小于1000°C。ZnTiTa2O8陶瓷由于其特定的晶體結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出良好燒結(jié)特性與較好的微波性能。國內(nèi)外目前關(guān)于該體系研究，例如華中科技大學(xué)、臺(tái)灣成功大學(xué)及天津大學(xué)等單位，均以傳統(tǒng)固相法工藝為主，燒結(jié)ZnTiTa2O8陶瓷溫度范圍保持在1150_1200°C，微波介電性能為f廣36-41，Q.廠46，000-65，OOOGHz。為了實(shí)現(xiàn)LTCC應(yīng)用需求，廣大研究人員嘗試通過在該體系中實(shí)施材料復(fù)合思路制備固溶體或者添加第二相玻璃作為助熔劑，降低燒結(jié)溫度，工藝復(fù)雜難以控制，且往往以犧牲其微波介電性能為代價(jià)。目前關(guān)于該三元體系ZnTiTa2O8陶瓷微波介質(zhì)陶瓷采用濕化學(xué)工藝進(jìn)行精細(xì)合成國內(nèi)外一直尚未見有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是基于未來LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic )低溫共燒陶瓷技術(shù)應(yīng)用需求，克服傳統(tǒng)固相合成粉體溫度偏高、合成粉體粒度較大，不利于后續(xù)陶瓷燒結(jié)的缺點(diǎn)；提供了一種利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，采用溶膠凝膠法精細(xì)合成ZnTiTa2O8陶瓷粉體，具有合成溫度低、陶瓷顆粒均勻、分散性好、物相純、粉體具有納米粒度并具有高比表面能，呈現(xiàn)出較高活性等顯著優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，并保持其良好微波介電性能，滿足LTCC應(yīng)用需求。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，包括以下步
驟:
1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液；
2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液；
3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備；
(a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加入的摩爾量為檸檬酸的4-6倍；加熱、攪拌均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠；(b)將步驟(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，縮水形成干凝膠；
(c)將步驟(b)的干凝膠置于高溫爐中750-950°C煅燒處理，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體；
(d)將上述ZnTiTa2O8粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型；實(shí)現(xiàn)其低溫?zé)Y(jié)并測試其微波性能。
[0006]2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟I)配制Zn離子的檸檬酸水溶液包括以下步驟:
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整ZnO/Ti02/Ta205摩爾配比為l+x/1/l，其中X為:0〈X〈0.05 ;首先稱取硝酸鋅，溶于適量去離子水，或者稱量對應(yīng)化學(xué)計(jì)量比氧化鋅作為原料，加入硝酸進(jìn)行溶解，形成無色透明溶液；
(b)稱取檸檬酸，檸檬酸的摩爾比為硝酸鋅或者氧化鋅4-6倍，加入上述溶液中，促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò)合物，制成無色透明Zn離子檸檬酸水溶液。
[0007]3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液，包括以下步驟:
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，稱取二氧化鈦與氧化鉭，置于陶瓷介質(zhì)反應(yīng)釜，加入氫氟酸后密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫處理1-3小時(shí)，加速溶解，形成無色透明Ti與Ta離子的共溶HF酸溶液；
(b)上述Ti與Ta離子的HF酸溶液中，加入氨水調(diào)整PH值為8_10，促使Ti與Ta離子以鈦酸與鉭酸的形式完成沉淀；` (c)過濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為金屬離子總量4-8倍；
(d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫處理3-6小時(shí)，促使發(fā)生反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti與Ta離子進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無色透明Ti與Ta離子的混合檸檬酸水溶液。
[0008]4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-T i O2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟(a)和⑷中的烘箱高溫處理的溫度均為100-150。。。
[0009]5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備包括以下步驟:
(a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加入的摩爾量為檸檬酸用量總量的4-6倍；通過水浴60-90°C加熱8-20小時(shí)，并不斷攪拌，保證均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠；
(b)將步驟(3)(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，縮水形成干凝膠；
(c)將步驟(3)(b)的干凝膠置于馬弗爐中于750-950°C煅燒1-2小時(shí)，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體；
(d)將上述ZnTiTa2O8粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型，其中炒蠟環(huán)節(jié)中石蠟加入量重量百分比為10-15%，過篩為60-80目標(biāo)準(zhǔn)篩，成型壓力為4-10MPa ;采用中溫馬弗爐以升溫速度3-10/min，于950_1050°C保溫2_6小時(shí)可實(shí)現(xiàn)其燒結(jié)成瓷。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用價(jià)格低廉的氧化鋅，氧化鉭，二氧化鈦?zhàn)鳛樵?，替代昂貴的金屬有機(jī)物醇鹽，以無機(jī)酸進(jìn)行溶解處理，基于溶膠凝膠原理，結(jié)合水熱工藝的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)超低溫合成納米尺度的三元ZnTiTa2O8陶瓷粉體。該技術(shù)合成的微波陶瓷粉體顆粒細(xì)小、均勻，合成溫度低，形成ZnTiTa2O8陶瓷粉體具有較好的燒結(jié)特性，可以實(shí)現(xiàn)在1000°C內(nèi)燒結(jié)，同時(shí)具有良好的微波介電性能，能夠滿足LTCC領(lǐng)域微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用需求。
[0011]利用溶膠凝膠工藝在較低溫度下制備出的納米級(jí)三元穩(wěn)定ZnTiTa2O8陶瓷體系粉體。該技術(shù)合成的微波陶瓷粉體顆粒細(xì)小、均勻，分散性好，具有納米級(jí)別的尺度，具有良好的燒結(jié)特性，物相純度高，沒有任何雜質(zhì)，易燒結(jié)并具有良好微波介電性能，有望成為LTCC應(yīng)用的候選材料。
[0012]采用原料為無機(jī)金屬氧化物或者硝酸鹽，價(jià)格低廉，可以有效替代昂貴有機(jī)物以及金屬醇鹽；溶膠凝膠工藝過程化學(xué)計(jì)量比控制精確，工藝簡單，重復(fù)性好；合成三元ZnTiTa2O8介質(zhì)陶瓷物相穩(wěn)定單一，無雜相干擾；合成三元ZnTiTa2O8介質(zhì)陶瓷粉體為納米尺度，具有高比表面積、高比表面能，活性高，易燒結(jié)，能夠滿足LTCC應(yīng)用需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明溶膠凝膠工藝制備ZnTiTa2O8陶瓷工藝流程圖，
圖2為本發(fā)明Zn-T 1-Ta不同溫度煅燒后XRD結(jié)果，
圖3為本發(fā)明干凝膠750°C煅燒后TEM形貌圖，
圖4 (a-c)為本發(fā)明ZnTiTa2O8陶瓷于950_1050°C燒結(jié)條件下顯微結(jié)構(gòu)圖，
圖5為本發(fā)明ZnTiTa2O8陶瓷于950_1050°C燒結(jié)條件下XRD結(jié)果。
[0014]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
根據(jù)圖1溶膠凝膠工藝制備ZnTiTa2O8陶瓷工藝流程圖，具有以下步驟:
1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整ZnO(或者Zn (NO3) 2.6H20)/Ti02/Ta2O5摩爾配比為1+χ/1/1(0〈χ〈0.05);首先精密天平稱取Zn (NO3)2.6Η20共8.925克，溶于100ml離子水，磁力攪拌，形成無色透明溶液；
(b)稱取檸檬酸85克，加入上述溶液中進(jìn)行攪拌，促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò)合物，制成無色透明Zn離子檸檬酸水溶液；
2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，分別稱取二氧化鈦2.396克與氧化鉭
13.257克,置于陶瓷介質(zhì)反應(yīng)爸,加入100ml氫氟酸后密封,然后利用烘箱進(jìn)行高溫150°C水熱處理I小時(shí)加速溶解，形成無色透明Ti與Ta離子的共溶HF酸溶液；
(b)上述Ti與Ta離子的HF酸溶液中，加入氨水250ml調(diào)整PH值為10，促使Ti與Ta離子以鈦酸與鉭酸的形式完成沉淀；(c)過濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為230克； (d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫150°C處理3小時(shí)促使反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti與Ta離子進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無色透明Ti與Ta離子的混合檸檬酸水溶液；
3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備
(a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加量為100g ;通過水浴90°C加熱10小時(shí)，并不斷攪拌，保證均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠；
(b)將步驟(3)(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干150°C，縮水形成干凝
膠；
(c)將步驟(3)(b)的干凝膠置于馬弗爐中于750°C煅燒I小時(shí)，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體；見圖2為本發(fā)明Zn-T1-Ta不同溫度煅燒后XRD結(jié)果:附圖3為本發(fā)明干凝膠750°C煅燒后TEM形貌圖。
[0016](d)將上述ZnTiTa2O8前驅(qū)粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型，其中炒蠟環(huán)節(jié)中石蠟加入量重量百分比為15%，過篩80目進(jìn)行造粒，成型壓力為IOMPa;采用中溫馬弗爐以升溫速度10/min，于950°C保溫6小時(shí)可實(shí)現(xiàn)其燒結(jié)成瓷；經(jīng)測試其微波性能為f r=38.1，(6/=53, 200GHz ;附圖4為本發(fā)明950°C保溫6小時(shí)燒結(jié)后SEM形貌圖；附圖5為本發(fā)明950°C保溫6小時(shí)燒結(jié)后陶瓷結(jié)晶XRD圖。
[0017]實(shí)施例2
根據(jù)圖1溶膠凝膠工藝制備ZnTiTa2O8陶瓷工藝流程圖，具有以下步驟:
1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整Zn0/Ti02/Ta205摩爾配比為1+χ/1/1(0〈χ〈0.05);首先精密天平稱取Zn (NO3)2.6Η20共11.9克，溶于100ml離子水，磁力攪拌，形成無色透明溶液；
(b)稱取檸檬酸95克，加入上述溶液中進(jìn)行攪拌，促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò)合物，制成無色透明Zn離子檸檬酸水溶液；
2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，分別稱取二氧化鈦3.195克與氧化鉭
17.676克,置于陶瓷介質(zhì)反應(yīng)爸,加入90ml氫氟酸后密封,然后利用烘箱進(jìn)行高溫100°C水熱處理3小時(shí)加速溶解，形成無色透明Ti與Ta離子的共溶HF酸溶液；
(b)上述Ti與Ta離子的HF酸溶液中，加入氨水200ml調(diào)整PH值為8，促使Ti與Ta離子以鈦酸與鉭酸的形式完成沉淀；
(c)過濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為280克；
(d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫100°C處理6小時(shí)促使發(fā)生反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti與Ta離子進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無色透明Ti與Ta離子的混合檸檬酸水溶液；
3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備(a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加量為120g ;通過水浴60°C加熱15小時(shí)，并不斷攪拌，保證均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠；
(b)將步驟(3)(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干100°C，縮水形成干凝
膠；
(c)將步驟(3)(b)的干凝膠置于馬弗爐中于850°C煅燒I小時(shí)，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體；圖2為本發(fā)明Zn-T1-Ta不同溫度煅燒后XRD結(jié)果。
[0018](d)將上述ZnTiTa2O8前驅(qū)粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型，其中炒蠟環(huán)節(jié)中石蠟加入量重量百分比為12%，過篩60目進(jìn)行造粒，成型壓力為5MPa;采用中溫馬弗爐以升溫速度3/min，于100(TC保溫4小時(shí)可實(shí)現(xiàn)其燒結(jié)成瓷；經(jīng)測試其微波性能為ε r=39.8’Qf=57, 800GHz ;附圖4為本發(fā)明1000 V保溫4小時(shí)燒結(jié)后SEM形貌圖；附圖5為本發(fā)明1000°C保溫4小時(shí)燒結(jié)后陶瓷結(jié)晶XRD圖。
[0019]實(shí)施例3
根據(jù)圖1溶膠凝膠工藝制備ZnTiTa2O8陶瓷工藝流程圖，具有以下步驟:
1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整Zn0/Ti02/Ta205摩爾配比為1+x/l/l (0<x<0.05);首先精密天平稱取Zn(NO3)2.6H20共5.95克，溶于100ml離子水，磁力攪拌，形成無色透明溶液；
(b)稱取檸檬酸100克，加入上述溶液中進(jìn)行攪拌，促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò)合物，制成無色透明Zn離子檸檬酸水溶液；
2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液
(a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，分別稱取二氧化鈦1.598克與氧化鉭
8.838克,置于陶瓷介質(zhì)反應(yīng)爸,加入80ml氫氟酸后密封,然后利用烘箱進(jìn)行高溫130°C水熱處理2小時(shí)加速溶解，形成無色透明Ti與Ta離子的共溶HF酸溶液；
(b)上述Ti與Ta離子的HF酸溶液中，加入氨水190ml調(diào)整PH值為9，促使Ti與Ta離子以鈦酸與鉭酸的形式完成沉淀；
(c)過濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為300克；
(d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫130°C處理4小時(shí)促使發(fā)生水熱反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti與Ta離子進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無色透明Ti與Ta離子的混合檸檬酸水溶液；
3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備
(a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加量為150g;通過水浴80°C加熱12小時(shí)，并不斷攪拌，保證均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠；
(b)將步驟(3)(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干120°C，縮水形成干凝
膠；
(c)將步驟(3)(b)的干凝膠置于馬弗爐中于950°C煅燒I小時(shí)，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體；見圖2為本發(fā)明Zn-T1-Ta不同溫度煅燒后XRD結(jié)果。[0020](d)將上述ZnTiTa2O8前驅(qū)粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型，其中炒蠟環(huán)節(jié)中石蠟加入量重量百分比為13%，過篩60目進(jìn)行造粒，成型壓力為4MPa;采用中溫馬弗爐以升溫速度5/min，于1050°C保溫2小時(shí)可實(shí)現(xiàn)其燒結(jié)成瓷；經(jīng)測試其微波性能力ε r=40.5，Qf=60, 080GHz ;附圖4為本發(fā)明1050 V保溫2小時(shí)燒結(jié)后SEM形貌圖；附圖5為本發(fā)明1050°C保溫2小時(shí)燒結(jié)后陶瓷結(jié)晶XRD圖`。
【權(quán)利要求】
1.利用水溶性溶膠凝膠工藝精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)配制Zn離子的檸檬酸水溶液； (2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液； (3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備； (a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加入的摩爾量為檸檬酸的4-6倍；加熱、攪拌均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠； (b)將步驟(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，縮水形成干凝膠； (c)將步驟(b)的干凝膠置于高溫爐中750-950°C煅燒處理，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體； (d)將上述ZnTiTa2O8粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型；實(shí)現(xiàn)其低溫?zé)Y(jié)并測試其微波性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟I)配制Zn離子的檸檬酸水溶液包括以下步驟: (a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，調(diào)整ZnO/Ti02/Ta205摩爾配比為l+x/1/l，其中X為:0〈X〈0.05 ;首先稱取硝酸鋅，溶于適量去離子水，或者稱量對應(yīng)化學(xué)計(jì)量比氧化鋅作為原料，加入硝酸進(jìn)行溶解，形成無色透明溶液；` (b)稱取檸檬酸，檸檬酸的摩爾比為硝酸鋅或者氧化鋅4-6倍，加入上述溶液中，促使檸檬酸與Zn離子形成絡(luò)合物，制成無色透明Zn離子檸檬酸水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟2)配制Ti與Ta離子的檸檬酸水溶液包括以下步驟: (a)根據(jù)ZnTiTa2O8微波陶瓷物相的化學(xué)計(jì)量比，稱取二氧化鈦與氧化鉭，置于陶瓷介質(zhì)反應(yīng)釜，加入氫氟酸后密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫處理1-3小時(shí)，加速溶解，形成無色透明Ti與Ta離子的共溶HF酸溶液； (b)上述Ti與Ta離子的HF酸溶液中，加入氨水調(diào)整PH值為8_10，促使Ti與Ta離子以鈦酸與鉭酸的形式完成沉淀； (c)過濾上述沉淀，反復(fù)清洗數(shù)次后置于檸檬酸的水溶液中進(jìn)行磁力攪拌，形成分散均勻白色檸檬酸懸濁液，其中加入檸檬酸摩爾量為金屬離子總量4-8倍； (d)將上述白色檸檬酸懸濁液置于陶瓷介質(zhì)高壓反應(yīng)釜密封，然后利用烘箱進(jìn)行高溫處理3-6小時(shí)，促使發(fā)生反應(yīng)，促使檸檬酸與Ti與Ta離子進(jìn)行反應(yīng)形成絡(luò)合物溶解，最后形成無色透明Ti與Ta離子的混合檸檬酸水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟(a)和(d)中的烘箱高溫處理的溫度均為100-150°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法，其特征在于:所述步驟3)三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷納米前驅(qū)體的合成及陶瓷制備包括以下步驟: (a)將步驟(1)、(2)制備的Zn檸檬酸水溶液、Ti與Ta離子檸檬酸水溶液混合均勻，然后加入聚乙二醇進(jìn)行酯化，聚乙二醇加入的摩爾量為檸檬酸用量總量的4-6倍；通過水浴60-90°C加熱8-20小時(shí)，并不斷攪拌，保證均勻，獲得Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶膠； (b)將步驟(3)(a)制備的Zn-T1-Ta前驅(qū)體溶液置于烘箱內(nèi)烘干，縮水形成干凝膠； (c)將步驟(3)(b)的干凝膠置于馬弗爐中于750-950°C煅燒1-2小時(shí)，即可獲得顆粒均勻的納米級(jí)ZnTiTa2O8粉體； (d)將上述ZnTiTa2O8粉體進(jìn)行炒蠟、過篩、造粒、成型，其中炒蠟環(huán)節(jié)中石蠟加入量重量百分比為10-15%，過篩為60-80目標(biāo)準(zhǔn)篩，成型壓力為4-10MPa ;采用中溫馬弗爐以升溫速度3-10/min，于950_1050°C保溫2_6小時(shí)可實(shí)現(xiàn)其燒結(jié)成瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用溶膠凝膠法精細(xì)合成三元ZnO-Ta2O5-TiO2體系微波介質(zhì)陶瓷方法， 其特征在于:所述步驟(b)中的烘箱高溫烘干的溫度為100-150°C。
【文檔編號(hào)】C04B35/495GK103708835SQ201310195331
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】吳海濤, 楊長紅, 胡廣達(dá), 岳云龍 申請人:濟(jì)南大學(xué)