本發(fā)明涉及新材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料及其制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：微波介質(zhì)材料作為一種新型電子材料，在現(xiàn)代通信中被用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)天線、介質(zhì)導(dǎo)波回路等，廣泛應(yīng)用于微波技術(shù)的許多領(lǐng)域?？捎糜谝苿?dòng)通訊、衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等方面。鉍基焦綠石體系材料尤以鉍鋅鈮(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7（簡(jiǎn)寫(xiě)為BZN）為代表的一類立方焦綠石結(jié)構(gòu)材料，由于其高介電常數(shù)，低介電損耗，電阻率高，介電常數(shù)溫度系數(shù)可調(diào)及燒結(jié)溫度低，并且其介電性能隨組成組分的不同可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，使之成為應(yīng)用于MLCC等多種電子元器件的一類新的非常有前途的介電材料，由此引發(fā)了目前國(guó)際上對(duì)焦綠石介電材料，特別是鉍基焦綠石介電材料的廣泛研究。研究表明，鉍基焦綠石的組分和介電性能可在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，其性能對(duì)組分變化敏感。通過(guò)改變?cè)嘏浔瓤梢詫?duì)性能進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料及其制備方法及應(yīng)用，所制得的材料具有高介電常數(shù)、介電常數(shù)對(duì)溫度變化敏感的特點(diǎn)，適合微波諧振器型無(wú)線無(wú)源溫度傳感器使用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料，該材料的通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+mwt.%Bi2O3，其中，m表示Bi2O3以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加，且m的取值為3.0～4.0。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的m的取值為3.3～3.7。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的m的取值為3.5。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：該材料所采用的原料為分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+mwt.%Bi2O3，其中，m表示Bi2O3以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)添加，且m的取值為3.0～4.0，準(zhǔn)確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球?yàn)榻橘|(zhì)，無(wú)水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無(wú)水乙醇=1g：3～4g：1.2～1.5ml，濕法球磨16～20h，將得到的漿料烘干，過(guò)60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中890～960℃的溫度下預(yù)燒結(jié)3～4h；（3）將預(yù)燒結(jié)后的混合粉料加入無(wú)水乙醇作為介質(zhì)，再次濕法球磨16～20h，將得到的漿料烘干，過(guò)80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質(zhì)量的2～3%的質(zhì)量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，過(guò)40～60目篩，再在7～10MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進(jìn)行排膠，接著在氧氣氣氛中以3～5℃/min的速度升溫至1135～1220℃保溫3～5h進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到成品。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟（1）中，粉料：氧化鋯球：無(wú)水乙醇=1g：3.5g：1.2ml。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟（2）中，在空氣氣氛中925℃的溫度下燒結(jié)3.5h。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟（4）中，聚乙烯醇溶液的添加量為再次球磨的混合粉料質(zhì)量的2.5%。作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟（5）中，在氧氣氣氛中以4℃/min的速度升溫至1170℃保溫4h進(jìn)行燒結(jié)。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料在制備微波諧振器型無(wú)線無(wú)源溫度傳感器方面的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明材料的預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)溫度適中，只需要1135～1220℃就可以燒結(jié)致密化，在節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，還減少了對(duì)環(huán)境的污染；采用固相法燒結(jié)，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化批量大生產(chǎn)；介電常數(shù)εr為177.8～225.4，介電損耗tanδ為2.4～3.3×10-6，Q×f0為3025～3338GHz，電容溫度系數(shù)τC為-436.0～-484.7×10-6/℃，不僅具備優(yōu)于傳統(tǒng)鉍基焦綠石材料的優(yōu)異介電性能，而且具有高介電常數(shù)、介電常數(shù)對(duì)溫度變化敏感的特點(diǎn)，適合微波諧振器型無(wú)線無(wú)源溫度傳感器使用。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1本發(fā)明實(shí)施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.0wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式準(zhǔn)確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球?yàn)榻橘|(zhì)，無(wú)水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無(wú)水乙醇=1g：3g：1.5ml，濕法球磨16h，將得到的漿料烘干，過(guò)60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中890℃的溫度下預(yù)燒結(jié)4h；（3）將預(yù)燒結(jié)后的混合粉料加入無(wú)水乙醇作為介質(zhì)，再次濕法球磨20h，將得到的漿料烘干，過(guò)80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質(zhì)量的2%的質(zhì)量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，過(guò)60目篩，再在7MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進(jìn)行排膠，接著在氧氣氣氛中以5℃/min的速度升溫至1135℃保溫5h進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到成品。實(shí)施例2本發(fā)明實(shí)施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.2wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式準(zhǔn)確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球?yàn)榻橘|(zhì)，無(wú)水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無(wú)水乙醇=1g：4g：1.2ml，濕法球磨20h，將得到的漿料烘干，過(guò)60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中960℃的溫度下預(yù)燒結(jié)3h；（3）將預(yù)燒結(jié)后的混合粉料加入無(wú)水乙醇作為介質(zhì)，再次濕法球磨16h，將得到的漿料烘干，過(guò)80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質(zhì)量的3%的質(zhì)量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，過(guò)40目篩，再在10MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進(jìn)行排膠，接著在氧氣氣氛中以3℃/min的速度升溫至1220℃保溫3h進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到成品。實(shí)施例3本發(fā)明實(shí)施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料的制備方法與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4本發(fā)明實(shí)施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.8wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料的制備方法與實(shí)施例2相同。實(shí)施例5本發(fā)明實(shí)施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+4.0wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式準(zhǔn)確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球?yàn)榻橘|(zhì)，無(wú)水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無(wú)水乙醇=1g：3.5g：1.2ml，濕法球磨18h，將得到的漿料烘干，過(guò)60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中925℃的溫度下預(yù)燒結(jié)3.5h；（3）將預(yù)燒結(jié)后的混合粉料加入無(wú)水乙醇作為介質(zhì)，再次濕法球磨18h，將得到的漿料烘干，過(guò)80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質(zhì)量的2.5%的質(zhì)量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，過(guò)40目篩，再在9MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進(jìn)行排膠，接著在氧氣氣氛中以4℃/min的速度升溫至1170℃保溫4h進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻得到成品。對(duì)比例1在實(shí)施例3的通式基礎(chǔ)上，采用鋅元素取代其中的鉬元素，即通式為Bi1.4(Mg0.85Zn0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相應(yīng)地，原料MoO3替換為ZnO，其制備方法與實(shí)施例3相同。對(duì)比例2在實(shí)施例3的通式基礎(chǔ)上，采用鋅元素取代其中的鎂元素，即通式為Bi1.2(Zn0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相應(yīng)地，原料MgO替換為ZnO，其制備方法與實(shí)施例3相同。對(duì)比例3在實(shí)施例3的通式基礎(chǔ)上，采用鋅元素取代其中的鎂元素和鉬元素，即通式為Bi1.4ZnNb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相應(yīng)地，原料MgO、MoO3替換為ZnO，其制備方法與實(shí)施例3相同。通過(guò)成品表面被銀，利用Agilent4278A測(cè)試上述實(shí)施例和對(duì)比例所制得的制品的介電性能，測(cè)得的各成品的介電性能如表1所示（1MHz下）。同時(shí)，還對(duì)各例制得的成品的介電常數(shù)隨溫度變化而發(fā)生的變化進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。表1各例的介電性能項(xiàng)目εrtanδ（×10-6）Q×f0（GHz）τC（×10-6/℃）實(shí)施例1177.83.33025-452.5實(shí)施例2182.73.13101-458.1實(shí)施例3200.82.83236-479.3實(shí)施例4208.62.43258-484.7實(shí)施例5225.42.63338-436.0對(duì)比例1140.53.73012-386.6對(duì)比例2156.23.32841-408.7對(duì)比例3121.33.92699-357.5表2各例的介電常數(shù)隨溫度的變化項(xiàng)目實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5對(duì)比例1對(duì)比例2對(duì)比例3-50℃183.8189.0207.2215.3231.5146.5162.5127.6-25℃181.9186.9205.0213.0229.4144.6160.3125.60℃179.7184.9202.9210.8227.5142.4158.3123.525℃177.8182.7200.8208.6225.4140.5156.2121.350℃175.7180.7198.7206.4223.4138.6154.1119.475℃173.6178.6196.6204.2221.5136.5152.0117.3100℃171.7176.5194.4202.0219.6134.3149.9115.1125℃169.6174.4192.2199.8217.6132.2147.8113.0150℃167.5172.2190.1197.5215.7130.0145.6110.8由表1和表2可以看出：本發(fā)明實(shí)施例1～5制得的材料的介電常數(shù)εr、介電損耗tanδ、Q×f0、電容溫度系數(shù)τC均明顯優(yōu)于對(duì)比例1～3，說(shuō)明本發(fā)明材料是在鉬元素和鎂元素共同取代鋅元素的作用下才具有的優(yōu)異的電學(xué)性能；材料的介電常數(shù)εr為177.8～225.4，介電損耗tanδ為2.4～3.3×10-6，Q×f0為3025～3338GHz，電容溫度系數(shù)τC為-436.0～-484.7×10-6/℃，不僅具備優(yōu)于傳統(tǒng)鉍基焦綠石材料的優(yōu)異介電性能，而且具有高介電常數(shù)、介電常數(shù)對(duì)溫度變化敏感的特點(diǎn)，適合微波諧振器型無(wú)線無(wú)源溫度傳感器使用。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3