[发明专利]一种介电常数可调中低介电常数氮化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种介电常数可调中低介电常数氮化硅陶瓷及其制备方法，所述氮化硅陶瓷由Si₃N₄、Al₂O₃、Nd₂O₃以及BaTiO₃四种起始原料烧结而成，在起始原料中，Al₂O₃和Nd₂O₃合计的质量百分比为5～10%，BaTiO₃的质量百分比为20%以下，优选为5～20%。本发明中，BaTiO₃用以调控介电常数，Al₂O₃和Nd₂O₃为烧结助剂，可以降低烧结温度，从而充分发挥BaTiO₃的掺杂效果。

技术领域

本发明涉及一种介电常数可调中低介电常数氮化硅陶瓷及其制备方法，具体说，是以Al₂O₃和Nd₂O₃为烧结助剂，BaTiO₃为调控氮化硅介电常数相，通过无压烧结制备介电常数可调的中低介电常数氮化硅陶瓷，属于Si₃N₄陶瓷的制备领域。

背景技术

氮化硅陶瓷由于具有高硬度，高强度，高热导，热膨胀系数低，耐磨损，耐酸碱腐蚀性强，抗氧化性好等特点而成为一种非常重要的工程材料，在很多特殊工况下得到了广泛应用。例如，氮化硅陶瓷球可以作为轴承球与金属或同材质的轴套配合使用，可以做陶瓷阀球用于油田领域，可以作为高温支撑材料用于高科技领域等。另外，氮化硅具有较低的介电常数和介电损耗，将氮化硅做成多孔陶瓷能够作为高温透波材料在航空航天领域得到应用。随着移动通讯技术的快速发展，对于能够应对苛刻环境的微波介质陶瓷的需求变得越来越强烈。若能将氮化硅陶瓷的介电常数提高，将是一种非常有潜力的微波介质陶瓷材料，大大拓展氮化硅陶瓷的应用范围。但是目前为止，氮化硅陶瓷的介电常数都在8以下。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种介电常数可调的中低介电常数氮化硅陶瓷及其制备方法。

对此，本申请的发明人进行了如下研究。根据复相陶瓷介电常数的混合法则，复相陶瓷的介电常数遵从如下公式，

Inε_r＝v₁ lnε₁+v₂ lnε₂+…+v_n lnε_n (公式1)

v₁+v₂+…+v_n＝1 (公式2)

其中ε_n为基体中第n相的介电常数，v_n为第n相的体积分数。

因而可以通过在氮化硅陶瓷基体中添加高介电常数的物相来提高氮化硅陶瓷的介电常数。BaTiO₃是一种典型铁电体，具有ABO₃型钙钛矿结构，具有高介电常数、低介电损耗及正温度系数效应等优异的电学性能。理论上，通过在Si₃N₄陶瓷基体中添加BaTiO₃能够提高Si₃N₄陶瓷的介电常数。