本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種新型低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代移動通信的迅速發(fā)展，推動著各類微波移動通信終端設(shè)備向小型化、輕量化、多功能化及低成本化的方向快速發(fā)展。微波介電陶瓷對于制造更小的器件和提高微波集成電路的封裝密度非常有效。用于制作介質(zhì)諧振器等基礎(chǔ)和關(guān)鍵材料的介質(zhì)陶瓷，須滿足以下條件：較高的相對介電常數(shù)(εr)以提高集成度，較低介電損耗(介電損耗正切角tanδ)以提高工作頻率，趨近于零的諧振頻率溫度系數(shù)(τf)以提高溫度穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)ltcc技術(shù)的多層結(jié)構(gòu)，要求微波介質(zhì)材料能與高導(dǎo)電率和廉價(jià)的銀電極(961℃)實(shí)現(xiàn)共燒。因此，要求對于使用在微波元器件上的微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度要在950℃以下。通常添加低熔點(diǎn)氧化物或玻璃燒結(jié)助劑以降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度是最常見的一種降低燒結(jié)溫度的方法。lanbo4是一種具有優(yōu)越微波介電性能的新型的微波介質(zhì)材料，介電常數(shù)約為20，q×f值約50000，諧振頻率溫度系數(shù)為10ppm/℃，但是燒結(jié)溫度為1325℃。其較高的燒結(jié)溫度限制了其在ltcc上的應(yīng)用。本發(fā)明采用傳統(tǒng)固相法，通過在預(yù)燒陶瓷粉末中添加燒結(jié)助劑，制備出低溫?zé)Y(jié)的lanbo4微波介質(zhì)陶瓷，使其滿足在ltcc技術(shù)的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有l(wèi)anbo4系微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度過高、限制了其在ltcc上應(yīng)用的缺陷，提供一種以la2o3、nb2o5為主要原料，外加少量的bacu(b2o5)玻璃作為燒結(jié)助劑，使lanbo4系微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度降低至950℃以下，同時(shí)保持其優(yōu)異的微波介電性能。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
一種低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)式為lanbo4，在此基礎(chǔ)上外加質(zhì)量百分比為0.5％～3％的bacu(b2o5)燒結(jié)助劑；
所述bacu(b2o5)燒結(jié)助劑由baco3,cuo和h3bo3混合煅燒制得；
該低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)lanbo4系微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有如下步驟：
(1)將la2o3,nb2o5原料，按化學(xué)式lanbo4進(jìn)行配料，將粉料放入球磨罐中，加入分散劑，加入氧化鋯球，在球磨機(jī)上球磨6～10小時(shí)；
(2)將步驟⑴球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，待原料干燥后，過篩，獲得顆粒均勻的粉料；
(3)將步驟⑵混合均勻的粉料于975℃～1050℃預(yù)燒3小時(shí)；
(4)在步驟⑶預(yù)燒后的陶瓷粉料放入球磨罐中，外加質(zhì)量百分比為0.5％～3％的bacu(b2o5)燒結(jié)助劑，再加入去離子水和氧化鋯球，在球磨機(jī)上球磨6～10小時(shí)；烘干后在陶瓷粉料中外加8％重量百分比的粘合劑進(jìn)行造粒，過80目篩，再用粉末壓片機(jī)成型為坯體；
(5)將在步驟⑷的坯體于925℃～975℃燒結(jié)，保溫4～6小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷。
所述步驟(1)的la2o3,nb2o5原料的質(zhì)量純度大于99.9％。
所述步驟(3)的預(yù)燒溫度為1000℃。
所述步驟(1)、步驟(4)球磨工藝的原料、去離子水與磨球的質(zhì)量比為1:16:15。
所述步驟(4)的外加bacu(b2o5)燒結(jié)助劑由baco3,cuo和h3bo3按化學(xué)計(jì)量比稱重，按料：去離子水：磨球＝1:16:15的比例加入球磨罐中，球磨6h，烘干后在800℃下煅燒3h制備得到。
所述步驟(4)的外加bacu(b2o5)的質(zhì)量百分比為1％。
所述步驟(4)的粉末壓片機(jī)的壓力為8mpa。
所述步驟(4)的坯體直徑為10mm，厚度為5mm。
所述步驟(5)的燒結(jié)溫度為925℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。
本發(fā)明以lanbo4微波介質(zhì)陶瓷為基礎(chǔ)，外加0.5％～3％的bacu(b2o5)玻璃作為燒結(jié)助劑，使lanbo4系微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度由1325℃降低至925℃，制備出介電常數(shù)為21.2，品質(zhì)因數(shù)22,600ghz，諧振頻率溫度系數(shù)為10.01ppm/℃的微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明的制備工藝簡單，過程無污染，是一種很有前途的ltcc微波介質(zhì)材料。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用純度大于99.9％的化學(xué)原料la2o3,nb2o5，制備lanbo4微波介質(zhì)陶瓷。
具體實(shí)施例如下。
實(shí)施例1
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為0.5％的bacu(b2o5)-0.1g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例2
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為1％bacu(b2o5)-0.2g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例3
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為2％bacu(b2o5)-0.4g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例4
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為3％bacu(b2o5)-0.6g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例5
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為0.5％bacu(b2o5)-0.1g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于950℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例6
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為1％bacu(b2o5)-0.2g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于950℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例7
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為2％bacu(b2o5)-0.4g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于950℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例8
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為3％bacu(b2o5)-0.6g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于950℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例9
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為0.5％bacu(b2o5)-0.1g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于975℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例10
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為1％bacu(b2o5)-0.2g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于975℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例11
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為2％bacu(b2o5)-0.4g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于975℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例12
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分lanbo4，稱la2o3-11.0142g、nb2o5-8.9858g配料，共20g；混合粉料加入球磨罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于110℃溫度條件下烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將顆粒均勻的粉料于1000℃煅燒3小時(shí)；
4.將煅燒后的粉料放入球磨罐中，稱取質(zhì)量百分比為3％bacu(b2o5)-0.6g,再加入去離子水和氧化鋯球，二次球磨6小時(shí)，出料后在110℃溫度條件下烘干，過40目篩；然后加入8％重量百分比的粘合劑作進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以8mpa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于975℃燒結(jié)，保溫4小時(shí)，制得低溫?zé)Y(jié)高品質(zhì)因數(shù)鈮酸鑭系微波介質(zhì)陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
本發(fā)明具體實(shí)施例的檢測方法如下:
1.借助agilent8720es網(wǎng)絡(luò)分析儀，采用開始搶平行板法測量所制備圓柱形陶瓷材料的節(jié)電常數(shù)，將測試夾具放入especmc-710f型高低溫循環(huán)溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測量，溫度范圍為25-85℃測試頻率在6-15ghz范圍內(nèi)。
2.采用閉式腔法測量所制備圓柱形陶瓷樣品的品質(zhì)因數(shù)。
本發(fā)明具體實(shí)施例的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)及介電性能檢測結(jié)果詳見表1。
表1