一种C0G温度稳定型陶瓷介质材料及其制备方法

本发明涉及陶瓷介质材料领域，具体地，本发明涉及一种c0g温度稳定型陶瓷介质材料及其制备方法。

背景技术：

1、微波通迅是现代通信技术的重要组成部分。与普通无线电波相比微波具有频率高、波长短、抗干扰能力强等特点，适于作大容量、高质量、远距离通信的信号载体。另一方面由于微波通信采用的是无线通信方式，无需敷设线路、资金投入少、建设周期短、受自然环境和地形条件的影响小、抗灾害性能力强，与其它通信方式相比具有明显的优越性。近年来便携式移动电话、车载电话、卫星直播电视(sldtv)、全球卫星定位系统(gps)和军用制导系统等微波通信系统得到了迅速发展，小型化、频率高端化、集成化、高品质化和低成本化己成为微波技术发展的必然趋势。

2、目前，用于制备c0g陶瓷电容器的陶瓷介电常数较小，一般不超过100。在介电常数超过100的介质材料中，一部分是以铋基烧绿石体系为基础的材料，烧绿石材料本征介电损耗高(～10-3)；另一部分是以具有钨青铜结构的bao-ln2o3-tio2体系(简称blt体系)为基础的陶瓷材料，其中，ln2o3以la2o3、sm2o3、nd2o3为主，报道的介电常数可以达到80-90，温度系数<±30ppm/℃，通过掺杂pb离子可以将材料介电常数提升至100以上，但不符合rohs标准。并且blt体系陶瓷的烧结温度普遍较高(＞1400℃)，致密化烧结难度大，不利于大批量生产。目前，普遍采用的方法是选择低熔点玻璃或氧化物作为烧结助剂，来实现陶瓷的低温致密烧结，随之带来的是陶瓷的介电常数下降、介电损耗增加以及介电温度特性的改变。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高介电低损耗c0g温度稳定型陶瓷介质材料及其制备方法。该高介电低损耗c0g温度稳定型陶瓷介质材料具有高的介电常数，低的介电损耗以及高绝缘电阻。同时，本发明的方法在无添加传统玻璃料或助烧剂的情况下有效降低了具有钨青铜结构的blt体系材料的烧结温度，同时优化了陶瓷材料的整体介电性能。

2、具体地，根据本发明实施例的高介电低损耗c0g温度稳定型陶瓷介质材料的介电常数在150～160，介电损耗不大于0.0004，介电常数温度系数为-30ppm/℃～+30ppm/℃，介电常数温度系数满足c0g型介质陶瓷规格要求。

3、在本发明的第一方面，本发明提出了一种陶瓷介质材料。根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料包含baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、tio2以及dy2o3或ho2o3或er2o3。发明人发现引入dy2o3或ho2o3或er2o3中的一种用作陶瓷介质材料的原材料，该陶瓷介质材料具有高的介电常数，低的介电损耗以及高绝缘电阻，且符合c0g型介质陶瓷规格要求。

4、根据本发明的实施例，上述陶瓷介质材料还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：

5、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料按摩尔百分比由以下原料制成:

6、15摩尔％～16摩尔％的baco3和/或bao；

7、2摩尔％～10摩尔％的nd2o3；

8、5摩尔％～10摩尔％的bi2o3；

9、55摩尔％～70摩尔％的tio2；以及

10、0.5摩尔％～5摩尔％的dy2o3或ho2o3或er2o3。发明人发现，控制上述各原料在上述添加范围内，其具有较高介电常数，较低的介电损耗以及高绝缘电阻，且符合c0g型介质陶瓷规格要求。

11、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料按摩尔百分比由以下原料制成:

12、15摩尔％的baco3和/或bao；

13、8.75摩尔％的nd2o3；

14、7摩尔％的bi2o3；

15、67.5摩尔％的tio2；以及

16、1摩尔％～3摩尔％的dy2o3或ho2o3或er2o3。发明人发现，控制上述各原料在上述添加范围内，可制备得到具有更高介电常数，更低的介电损耗以及更高绝缘电阻的c0g型介质陶瓷材料。

17、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料按摩尔百分比由以下原料制成:

18、15摩尔％的baco3和/或bao；

19、8.75摩尔％的nd2o3；

20、7摩尔％的bi2o3；

21、67.5摩尔％的tio2；以及

22、1.75摩尔％的dy2o3或ho2o3或er2o3。发明人发现，控制上述各原料在上述添加范围内，可制备得到具有更高介电常数，更低的介电损耗以及更高绝缘电阻的c0g型介质陶瓷材料。

23、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料的介电常数为150～160。该陶瓷介质材料的介电常数高且满足c0g型介质陶瓷规格要求。

24、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料的介电损耗不大于0.0004。该陶瓷介质材料的介电损耗低且满足c0g型介质陶瓷规格要求。

25、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料的介电常数温度系数为-30ppm/℃～+30ppm/℃。该陶瓷介质材料的介电常数温度系数满足c0g型介质陶瓷规格要求。

26、在本发明的另一方面，本发明还提出了一种制备陶瓷介质材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

27、(1)将baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、tio2以及dy2o3或ho2o3或er2o3进行第一混合处理，以便得到混合料；

28、(2)将所述混合料进行预烧处理，以便得到预烧料；

29、(3)将所述预烧料与粘结剂进行第二混合处理、排胶处理，以便得到陶瓷生坯；

30、(4)将所述陶瓷生坯进行烧结处理，以便得到所述陶瓷介质材料。根据本发明实施例的方法在无添加传统玻璃料或助烧剂的情况下有效降低了具有钨青铜结构的blt体系材料的烧结温度，同时优化了陶瓷材料的整体介电性能。根据本发明实施例的方法制备获得的陶瓷介质材料具有高介电常数，低的介电损耗以及高绝缘电阻，且符合c0g型介质陶瓷规格要求。

31、根据本发明的实施例，上述方法还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：

32、根据本发明的实施例，所述baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、tio2以及dy2o3或ho2o3或er2o3的摩尔比为(15摩尔％～16摩尔％)：(2摩尔％～10摩尔％)：(5摩尔％～10摩尔％)：(55摩尔％～70摩尔％)：(0.5摩尔％～5摩尔％)。发明人发现，在该摩尔比范围内制备得到的陶瓷介质材料具有较高介电常数，较低的介电损耗以及较高绝缘电阻，且符合c0g型介质陶瓷规格要求。

33、根据本发明的实施例，所述baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、tio2以及dy2o3或ho2o3或er2o3的摩尔比为15摩尔％：8.75摩尔％：7摩尔％：67.5摩尔％：(1摩尔％～3摩尔％)。发明人发现，在该摩尔比范围内制备得到的陶瓷介质材料具有更高介电常数，更低的介电损耗以及更高绝缘电阻，且符合c0g型介质陶瓷规格要求。

34、根据本发明的实施例，所述baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、tio2以及dy2o3或ho2o3或er2o3的摩尔比为15摩尔％：8.75摩尔％：7摩尔％：67.5摩尔％：1.75摩尔％。发明人发现，在该摩尔比范围内制备得到的陶瓷介质材料具有更高介电常数，更低的介电损耗以及更高绝缘电阻，且符合c0g型介质陶瓷规格要求。

35、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料的介电常数为150～160。该陶瓷介质材料的介电常数高且满足c0g型介质陶瓷规格要求。

36、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料的介电损耗不大于0.0004。该陶瓷介质材料的介电损耗低且满足c0g型介质陶瓷规格要求。

37、根据本发明的实施例，所述陶瓷介质材料的介电常数温度系数为-30ppm/℃～+30ppm/℃。该陶瓷介质材料的介电常数温度系数满足c0g型介质陶瓷规格要求。

38、根据本发明的实施例，所述第一混合处理是通过球磨烘干的方式进行的。

39、根据本发明的实施例，所述球磨的转速为150r/min～400r/min。发明人发现，转速过低无法均匀混合，转速过高粉料易团聚。

40、根据本发明的实施例，所述球磨的时间为6h～24h。发明人发现，该时间范围内可以得到质量优异的混合粉料。

41、根据本发明的实施例，所述烘干的温度为90℃～200℃。发明人发现，烘干温度影响烘干效率，该温度范围内，烘干效率佳。根据本发明的实施例，所述烘干的时间为1～6h，例如1～5h或2～6h。发明人发现，在该时间范围内，烘干效率佳。

42、根据本发明的实施例，所述预烧处理的温度为900℃～1200℃。该温度范围为合成主晶相的适合温度。

43、根据本发明的实施例，所述预烧处理的时间为1h～6h。发明人发现，该时间范围内，得到的预烧粉料的质量优异。

44、根据本发明的实施例，所述预烧处理的升温速率为2℃/min～10℃/min。发明人发现，该速率下，得到的预烧粉料的质量更优异。

45、根据本发明的实施例，所述排胶处理的温度为500℃～600℃。该温度下可以更有效除去陶瓷生坯中的粘结剂。

46、根据本发明的实施例，所述排胶处理的时间为2h～6h。该时间下可以更有效除去陶瓷生坯中的粘结剂。

47、根据本发明的实施例，所述排胶处理的升温速率为0.5℃/min～5℃/min。该速率下可以更有效除去陶瓷生坯中的粘结剂。

48、根据本发明的实施例，所述粘结剂选自聚乙烯醇水溶液和/或聚乙烯醇缩丁醛酯乙醇溶液。发明人发现，采用这两种粘结剂用于粉料颗粒间粘结，便于后续压片成型。根据本发明的实施例，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为5wt％-8wt％。发明人发现，该浓度范围内便于后续压片成型。

49、根据本发明的实施例，所述聚乙烯醇缩丁醛酯乙醇溶液的浓度为5wt％-8wt％。发明人发现，该浓度范围内便于后续压片成型。

50、根据本发明的实施例，所述预烧料与所述粘结剂的质量比为4：1～6：1。发明人发现，该比例范围内便于后续压片成型。

51、根据本发明的实施例，所述第二混合处理后、所述排胶处理前进一步包括造粒处理和压片处理。

52、根据本发明的实施例，所述烧结处理的温度为1200℃～1280℃。该温度下可以更有效地提高c0g型介质陶瓷材料的介电常数和降低介电损耗。

53、根据本发明的实施例，所述烧结处理的时间为3h～7h。该时间下可以更有效地提高c0g型介质陶瓷材料的介电常数和降低介电损耗。

54、根据本发明的实施例，所述烧结处理的升温速率为2℃/min～10℃/min。该速率下可以更有效地提高c0g型介质陶瓷材料的介电常数和降低介电损耗。

55、在本发明的另一方面，本发明还提出了一种制备上述陶瓷材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

56、s100：将baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、dy2o3或ho2o3或er2o3以及tio2混合球磨烘干；

57、该步骤中，按摩尔占比称量baco3和/或bao、nd2o3、bi2o3、dy2o3或ho2o3或er2o3以及tio2混合均匀，然后加入球磨罐进行湿法球磨，球磨的转速为150r/min～400r/min，时间为6h～24h，获得混合均匀的粉料，然后将粉料在温度为90℃～200℃的条件下烘干，从而得到混合料。需要说明的是，球磨是本领域常规操作，本领域技术人员可根据实际对球磨的具体参数进行选择，例如球磨采用的分散剂包括无水乙醇或高纯水，球磨介质包括氧化锆球、钢球等。

58、s200：将混合粉料预烧；

59、该步骤中，将s100得到的混合料在温度为900℃～1200℃下进行预烧，预烧时间为1h～6h，预烧的升温速率为2℃/min～10℃/min，从而得到预烧料。通过对预烧温度和时间以及预烧升温速率的控制，使原料颗粒致密化，具有一定的反应活性。

60、s300：将预烧料与粘结剂混合，再造粒、压片、排胶；

61、该步骤中，将s200得到的预烧料和粘接剂混合，过筛后获得粒料，对粒料进行造粒、压片和排胶，从而得到陶瓷生坯。进一步地，排胶温度为500℃～600℃，时间为2h～6h，排胶的升温速度为0.5℃/min～5℃/min，从而可以除去陶瓷生坯中的粘结剂。具体地，粘结剂包括5wt％-8wt％的聚乙烯醇水溶液和5wt％-8wt％的聚乙烯醇缩丁醛酯乙醇溶液中至少之一。

62、s400：将陶瓷生坯烧结；

63、该步骤中，将s300得到的陶瓷生坯进行烧结，从而得到c0g型介质陶瓷材料。进一步地，烧结的温度为1200℃～1280℃，时间为3h～7h，烧结的升温速率为2℃/min～10℃/min。

64、由此，采用该方法可以制备得到高介电常数和低介电损耗的c0g型介质陶瓷材料，且该c0g型介质陶瓷材料的介电常数温度系数为-30ppm/℃～+30ppm/℃，满足c0g型介质陶瓷规格要求，同时，该方法在无添加传统玻璃料或助烧剂的情况下有效降低了具有钨青铜结构的blt体系材料的烧结温度，同时优化了陶瓷材料的整体介电性能。

65、在本发明的再一方面，本发明还提出了前面所述的陶瓷介质材料或根据前面所述方法制备获得的陶瓷介质材料在通讯、雷达或电子领域中的应用。该应用包括但不限于叠层天线、介质天线、滤波器和谐振器等。