[发明专利]一种镧离子取代钕离子以改善微波介电特性的铌酸钕陶瓷

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种镧离子取代钕离子以改善微波介电特性的铌酸钕陶瓷及其制备方法。

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，主要在工作于微波频段的雷达和全球定位系统。

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。基于其他研究人员的研究，铌酸钕陶瓷属于类钙钛矿白钨矿结构，具有适当的介电常数ε_r(19.6)，近零的谐振频率温度系数τ_f(-24ppm/℃)，品质因数Q×f(33000GHz)。而这三个参数都不能很好的满足微波器件的应用要求。

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的研究的报道较少。本发明采用传统固相法，以镧离子对钕离子进行取代，在其介电常数基本保持不变的基础上，提高了铌酸钕陶瓷的品质因数并且改善了其谐振频率温度系数。

发明内容

本发明的目的，是为进一步提高铌酸钕陶瓷的微波介电性能，提供一种以Nd₂O₃、Nb₂O₅为主要原料，并以适量的镧离子取代钕离子，制备出品质因数Q×f较高和近零温度系数的铌酸钕微波介质陶瓷。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种镧离子取代钕离子以改善微波介电特性的铌酸钕陶瓷，其组成为(Nd_1-xLa_x)NbO₄，其中，摩尔数x为0<x≤0.1；

上述铌酸钕陶瓷的制备方法，具有以下步骤：

(1)将Nd₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅原料，按化学式(Nd_1-xLa_x)NbO₄，其中0<x≤0.1进行配料；按原料：去离子水：磨球＝1：16：15的比例加入聚酯罐中，在球磨机上球磨6～12小时后，将原料置于干燥箱中于80～130℃烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

(2)将步骤(1)混合均匀的粉料在900～1000℃煅烧4小时；

(3)将步骤(2)煅烧后的陶瓷粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球后，在球磨机上球磨6-12小时；在烘干后在陶瓷粉料中外加重量百分比为6～8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，过80目筛，再用粉末压片机成型为坯体；

(4)将步骤(3)的坯体于1225～1300℃烧结，保温2～5小时，制得铌酸钕陶瓷；

(5)测试微波介质陶瓷的微波介电性能。

所述步骤(1)的Nd₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅原料的纯度大于99.9％。

所述步骤(2)的预烧温度为900℃。

所述步骤(1)的化学式(Nd_1-xLa_x)NbO₄，其中x＝0.05。

所述步骤(4)的烧结温度为1250℃，保温4小时。