[发明专利]一种改善微波介电特性的钽离子取代铌酸钕陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷组合物，具体的说，是涉及一种改善微波介电特性的改性铌酸钕陶瓷。

背景技术

随着微波通信技术的发展，微波介质材料引起了人们越来越多的关注，而能够应用于微波器件中的材料主要应该满足以下三个参数，分别为高的介电常数、高的品质因数和近零的谐振频率温度系数，而且这三个参数与材料所做成器件的尺寸、工作频率和热稳定性相对应。在实际应用方面，主要工作于微波频段的雷达和全球定位系统（GPSs）。

稀土铌酸盐(LnNbO₄)是一系列结构、相变特性和物理性质类似的微波介质材料，其中的Ln包括La至Lu的全部稀土元素。铌酸盐材料是重要的电子材料，具有优良的光电性能和非线性光学性能、良好的光学效应和电学性能以及变晶相界等独特性质，是一种很有研究和应用价值的多功能材料，其目前主要用于制造电容器和光电子器件。

当Ln被Nd替代时即为铌酸钕（NdNbO₄）陶瓷。基于研究人员的研究，铌酸钕陶瓷属于类钙钛矿白钨矿结构，具有较低的介电常数ε_r（19.6）、对温度变化较敏感的谐振频率温度系数τ_f（-24ppm/℃）和频带范围较低的品质因数Q×f（33000GHz）。其中介电常数较低不利于器件的小型化，谐振频率温度系数对温度变化较敏感不利于器件性能的稳定性，品质因数较低将对NdNbO₄材料在高频，微波通信方面的应用产生阻碍。

因此，微波介电性能制约着铌酸钕陶瓷的应用，但目前对其制备方法和改性研究的报道较少。

发明内容

本发明要解决的是目前微波介电性能制约铌酸钕陶瓷应用的技术问题，提供一种改善微波介电特性的钽离子取代铌酸钕陶瓷，采用传统固相法，以钽离子对钕离子进行取代，在介电常数得到适当提高，谐振频率温度系数没有受到明显影响的同时，使品质因数获得较大提高，从而能够改善铌酸钕陶瓷的微波介电性能。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种改善微波介电特性的钽离子取代铌酸钕陶瓷，其原料组分及摩尔比为Nd₂O₃:Nb₂O₅:Ta₂O₅=1:(1-x):x,x=0.02-0.1mol；并且，采用下述方法制备：

（1）将Nd₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅原料按照1:(1-x):x的摩尔比进行混合配料，其中x=0.02-0.1mol；

（2）步骤（1）得到的混合原料、去离子水、磨球加入到聚酯罐中并置于球磨机上球磨6～12小时，80～130℃下烘干，过40目筛，得颗粒均匀的粉料；

（3）步骤（2）得到的粉料于950～1050℃温度下预烧4小时；

（4）步骤（3）预烧后的陶瓷粉料、去离子水、磨球加入到聚酯罐中并置于球磨机上球磨6～12小时，80～130℃下烘干；

（5）步骤（4）烘干后的陶瓷粉料中加入其重量6～8%的石蜡进行造粒，过80目筛，粉末压片机压制成生坯；

（6）步骤（5）得到的生坯于1250～1300℃烧结，保温2～5小时，得钽离子取代铌酸钕陶瓷。

优选地，步骤（1）中所述Nd₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅原料的纯度均大于99.9%。

优选地，x=0.06mol。

优选地，步骤（2）和步骤（4）中所述磨球为二氧化锆球。

优选地，步骤（3）中的预烧温度为1000℃。

优选地，步骤（6）中烧结温度为1275℃，保温时间为4小时。

本发明的有益效果是：