專利名稱：具有ba溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及電子信息材料與元器件技術領域，特別是涉及一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料及其制備方法。
背景技術：
近年來，移動通信、衛星通信、全球衛星定位系統(GPS)、藍牙技術以及無線局域網(WLA)等現代通信業都得到了飛速發展。這種飛速發展極大的帶動了現代通信相關元器件的需求。對各類軍用民用整機的震蕩、耦合、濾波、旁路電路中所需要的微波諧振器、濾波器、振蕩器、移相器、微波電容器以及微波基板等元器件，有著龐大的市場需求。微波陶瓷電 容器等微波元器件由于體積小、質量輕、性能穩定、價格便宜等優點，發展得相當迅速，其市場也迅速擴大，并且在現代通信工具的微型化、片式化、集成化起著舉足輕重的作用。目前，微波陶瓷電容器已經成為了電容器市場的重要組成，全球市場的需求量增長速度近15%。市場需求巨大，產業化市場前景非常廣闊。對于射頻、微波多層陶瓷電容器來說，還要求具備以下性能高耐壓、大電流、大功率、超高Q值、穩定溫度系數，超低等效串聯電阻ESR等。MgTiO3具有優異的介電性能并符合BA特性溫度系數的要求，在13GHz下ε r=18, Qf = 160000GHz, TCC=IOOppm/°C。但是MgTiO3的燒結溫度區間窄，較難合成，而且燒結過程易生成二鈦酸鎂(MgTi2O5)。此外還存在燒結溫度高(1400°C以上)，燒結耗能大，使用的銀鈀內電極成本高昂等缺點，因此在實際生產使用中，制約了產品的生產條件，不利于產業化大規模生產。對于MgTiO3,作為BA溫度特性的微波電容器瓷質，需要保證MgTiO3的合成過程中，減少二鈦酸鎂的出現，并且拓寬燒結溫度區間。同時降低燒結溫度以降低生產成本，適應產業化生產的需要。這也成為本發明提供的技術方向。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料及其制備方法，尤其是符合BA溫度特性微波介質材料及其制備方法，該材料可以有效改善燒結區間并提高品質因素，使得陶瓷能夠在較低溫度燒結下，保持良好介電性能的同時，擁有符合BA特性的溫度系數。為了解決上述問題，本發明公開了一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料，包括70-86%摩爾的MgTiO3,8-14%摩爾的Mg2SiO4, 2-10%摩爾的摻雜元素和2-14%摩爾的LMZBS助熔劑。進一步地，所述瓷粉含有2-10%的摻雜元素，包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO，1-5%的 CoO，0-0. 3% 的 Nb2O5 和 1-3% 的 Al2O3。進一步地，所述LMZBS助熔劑包括10-40%摩爾百分比的Li2O, 5_20%摩爾百分比的MgO，5-20%摩爾百分比的ZnO，10-35%摩爾百分比的B2O3和10-45%摩爾百分比的SiO2。進一步地，所述摻雜元素和助熔劑元素的組成形式為氫氧化物，氧化物，碳酸化合物和/或化合物。本發明還公布了一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料制備方法，包括按照化學計量配比主瓷粉(MgCO3)4 · Mg(OH)2 · 5H20 =TiO2=I :5和(MgCO3)4 · Mg(OH)2 · 5H20 Si02=2 5 ；加入2-10%的摻雜元素，摻雜元素包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO, 1-5%的CoO,0-0. 3%的Nb2O5和1-3%的Al2O3,以去離子水為介質，球磨24小時后，在1100°C下溫度煅燒2-4小時；按照化學計量配比LMZBS助熔劑，具體的摩爾百分比是10-40%的Li2O, 5-20%的MgO, 5-20%的ZnO，10-35%的B2O3,10-45%的SiO2，將配比后氧化物混合后以去離子水為介質，球磨4-6小時后，放入高溫爐中以800°C煅燒，然后冷卻后粉碎；
球磨后已合成的主粉體，按化學計量比例加入摩爾比為90-98%的主粉體和2-15%的助熔劑，按照粉料與球磨介質重量比I :2加入去離子水，混合后球磨6-8個小時；烘干后獲得所制備的微波介質陶瓷粉末。進一步地，所述摻雜元素和助熔劑元素的組成形式為氫氧化物，氧化物，碳酸化合物和/或化合物。綜上，本發明提供的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料及其制備方法，以鈦酸鎂微波介電陶瓷為基礎，調節鎂與鈦的比例，使二鈦酸鎂相消失，摻雜Nb，Co, Al和Mn等元素以提高品質因素，燒結性能和絕緣電阻，減少電容器的老化，使得該陶瓷能夠在保持良好介電性能的同時，符合BA溫度特性。
圖I是本發明的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料制備方法的流程圖。
具體實施例方式本發明提供了一種符合BA溫度特性的鈦酸鎂體系微波介質材料。該材料以MgTiO3，利用Mg2SiO4調節燒結溫度區間和介電性能，摻雜元素錳、鈷、鈮和鋁來提高材料的燒結特性，介電性能和機械性能等，使用LMZBS助熔劑降低燒結溫度。本方案所述的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料，包括70-86%摩爾的MgTiO3,8-14%摩爾的Mg2SiO4, 2-10%摩爾的摻雜元素和2-14%摩爾的LMZBS助熔劑。進一步地，所述瓷粉含有2-10%的摻雜元素，包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO，1-5%的 CoO，0-0. 3% 的 Nb2O5 和 1-3% 的 Al2O3。進一步地，所述LMZBS助熔劑包括10-40%摩爾百分比的Li2O, 5_20%摩爾百分比的MgO，5-20%摩爾百分比的ZnO，10-35%摩爾百分比的B2O3和10-45%摩爾百分比的SiO2。進一步地，所述摻雜元素和助熔劑元素的組成形式為氫氧化物，氧化物，碳酸化合物和/或化合物。參見圖1，本方案的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料制備方法，包括步驟SlOl，按照化學計量配比主瓷粉(MgCO3) 4 · Mg (OH) 2 · 5H20 =TiO2=I 5和(MgCO3)4 · Mg(OH)2 · 5H20 Si02=2 5 ；步驟S102，加入2-10%的摻雜元素，摻雜元素包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO，1-5%的Co0，0-0. 3%的Nb2O5和1-3%的Al2O3,以去離子水為介質，球磨24小時后，在1100°C下溫度煅燒2-4小時；步驟S 103，按照化學計量配比LMZBS助熔劑，具體的摩爾百分比是10_40%的Li2O, 5-20%的Mg0，5-20%的ZnO，10-35%的B2O3,10-45%的SiO2，將配比后氧化物混合后以去離子水為介質，球磨4-6小時后，放入高溫爐中以800°C煅燒，然后冷卻后粉碎；步驟S104，球磨后已合成的主粉體，按化學計量比例加入摩爾比為90-98%的主粉體和2-15%的助熔劑，按照粉料與球磨介質重量比I :2加入去離子水，混合后球磨6-8個小時；步驟S105，烘干后獲得所制備的微波介質陶瓷粉末。優選的，所述摻雜元素和助熔劑元素的組成形式為氫氧化物，氧化物，碳酸化合物和/或化合物
下面結合具體實例對本發明做進一步的闡述將堿式碳酸鎂、二氧化鈦、二氧化硅按摩爾比(MgCO3)4 · Mg(OH)2 · 5H20 =TiO2=I 5和(MgCO3)4 .Mg(OH)2 · 5H20 Si02=2 5配制后，再加入摻雜元素包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO, 1-5%的CoO, 0-0. 3%的Nb2O5和1-3%的Al2O3,充分混合球磨24小時后，與摩爾百分比是 10-40% 的 Li2O, 5-20% 的 MgO, 5-20% 的 ZnO, 10-35% 的 B2O3,10-45% 的 SiO2 的 LMZBS 助熔劑再次球磨4-6小時后在80(TC下溫和煅燒2-4小時。將粉碎篩過的粉末造粒后壓片，在1100±50° C下燒結2-4小時。產品配方組成見表1，助熔劑組成配方見表2，得到產品性能如表3
編 MgTiO3 Mg2SiO4 摻雜元素助熔劑比例助熔劑方案
號Co Mn Nb Al
I 70140.5 0.2 0.3 6 93
I 7213I 0.2 0.3 6 7.55
37410U 0.2 0.4 3.9 IO5
476I!2 0.2 0.5 3 7.32
578102.5 0.2 0.5 4 4J~4
68073 0.2 0.4 3 6.42
78093 0.2 0.6 4 3.23
88283.5 0.2 0.3 2 44
98455 0.2 0.1 3.7 2I
108660.5 0.2 0.3 I 5I表I產品配方組成
權利要求
1.一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料，其特征在于，包括70-86%摩爾的MgTiO3,8-14%摩爾的Mg2SiO4, 2-10%摩爾的摻雜元素和2-14%摩爾的LMZBS助熔劑。
2.如權利要求I所述的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料，其特征在于，所述瓷粉含有2-10%的摻雜元素，包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO，1-5%的Co0，0_0. 3%的Nb2O5和 1-3% 的 A1203。
3.如權利要求I所述的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料，其特征在于，所述LMZBS助熔劑包括10-40%摩爾百分比的Li2O, 5-20%摩爾百分比的MgO，5-20%摩爾百分比的ZnO，10-35%摩爾百分比的B2O3和10-45%摩爾百分比的SiO2。
4.如權利要求I所述的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料，其特征在于，所述摻雜元素和助熔劑元素的組成形式為氫氧化物，氧化物，碳酸化合物和/或化合物。
5.一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料制備方法，其特征在于，包括 按照化學計量配比主瓷粉(MgCO3)4^Mg(OH)2 · 5H20:Ti02=l :5和(MgCO3)4 · Mg(OH)2 · 5H20 Si02=2 5 ； 加入2-10%的摻雜元素，摻雜元素包括摩爾分數為0-0. 8%的MnO，1-5%的Co0，0_0. 3%的Nb2O5和1-3%的Al2O3,以去離子水為介質，球磨24小時后，在1100°C下溫度煅燒2-4小時； 按照化學計量配比LMZBS助熔劑，具體的摩爾百分比是10-40%的Li2O, 5-20%的MgO，5-20%的ZnO，10-35%的B2O3,10-45%的SiO2，將配比后氧化物混合后以去離子水為介質，球磨4-6小時后，放入高溫爐中以800°C煅燒，然后冷卻后粉碎； 球磨后已合成的主粉體,按化學計量比例加入摩爾比為90-98%的主粉體和2-15%的助熔劑，按照粉料與球磨介質重量比I :2加入去離子水，混合后球磨6-8個小時； 烘干后獲得所制備的微波介質陶瓷粉末。
6.如權利要求5所述的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料制備方法，其特征在于，所述摻雜元素和助熔劑元素的組成形式為氫氧化物，氧化物，碳酸化合物和/或化合物。
全文摘要
本發明提供了一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料及其制備方法，涉及電子信息材料與元器件技術領域，具體的具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料包括70-86%摩爾的MgTiO3，8-14%摩爾的Mg2SiO4，2-10%摩爾的摻雜元素和2-14%摩爾的LMZBS助熔劑。本發明所要解決的技術問題是提供一種具有BA溫度特性的鈦酸鎂系微波介質材料及其制備方法，使得陶瓷能夠在較低溫度燒結下，能夠保持高品質因素，良好可靠性的同時，擁有穩定的溫度系數。
文檔編號C04B35/63GK102964121SQ20121053346
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者陳仁政, 楊喻欽, 李凱 申請人:北京元六鴻遠電子技術有限公司