一種鎂摻雜新型鈦酸鉍鈉基無鉛介電陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷元件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有高穩(wěn)定、低介電損耗的儀滲 雜新型鐵酸祕鋼基無鉛壓電陶瓷材料，它是一種新型的低介電常數(shù)、極低介電損耗的巧鐵 礦的壓電陶瓷材料，在集成電路的PCB陶瓷基板，高頻器件間信息的傳輸，中介質(zhì)微波陶 瓷，鐵電材料等具有廣泛的運(yùn)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵電、壓電陶瓷材料是一種信息功能材料。廣泛應(yīng)用于電子信息、集成電路、計算 機(jī)等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是許多新型電子元器件的基礎(chǔ)材料。在大生態(tài)，大融合的電子產(chǎn)業(yè)發(fā) 展背景下，尋找優(yōu)性能更高、環(huán)境友好的陶瓷材料是大勢所趨。但是在目前看來，含鉛的鐵 電、壓電陶瓷材料在市場中占有極其重要的統(tǒng)治地位。運(yùn)種PZT基含鉛材料給環(huán)境帶來沉 重的負(fù)擔(dān)，其含有毒的PbO質(zhì)量百分比通常在50%W上，運(yùn)樣對人體和環(huán)境造成很大的危 害。因而，發(fā)展無鉛鐵電陶瓷介質(zhì)和壓電陶瓷材料就成為了當(dāng)前鐵電陶瓷材料一項有待解 決的重要課題。在現(xiàn)有技術(shù)中，NBT無鉛陶瓷材料正取代含鉛或其他有毒材料，在陶瓷電容 器、PTC熱敏電阻等方面有很好的應(yīng)用前景。NBT具有強(qiáng)鐵電性，壓電性能良好，介電常數(shù) 較?。?40~340)及聲學(xué)性能佳、燒結(jié)溫度低等特點，運(yùn)種NBT無鉛陶瓷材料通常化學(xué)通式 為Nae.sBie.sTiOs是目前研究最廣泛、最具有實用化前景的無鉛壓電陶瓷體系之一。在黃光 慶等著作《祕滲雜對BST/MT復(fù)相鐵電材料介電性能的影響》有報道，鐵電陶瓷介質(zhì)在微波 頻段的相對介電常數(shù)在100左右，而介質(zhì)損耗約為2X10 2,在許春來等著作《不同氧化物滲 雜改性鐵酸鎖領(lǐng)度ST)鐵電移相器材料》中，介質(zhì)常數(shù)小于90,介質(zhì)損耗約為0.0007。而 在賈保祥的《錬代替祕對祕鋒妮陶瓷介電性能的影響》報道，該陶瓷作為中介電常數(shù)的微波 介電陶瓷，介電常數(shù)范圍為20~200,介電損耗約為0.001，而實現(xiàn)高速化、高頻化等重要性 能的PCB基板陶瓷，其損耗也一般為10 4。損耗過大的材料，用于高頻、濾波器等通訊方面， 對信號傳播的衰減有重要影響，將會滿足不了人們對于大數(shù)據(jù)，大容量的需求。介電損耗越 小，信號傳播的衰減越小，所W，開發(fā)損耗更小的陶瓷材料，在通訊，集成電路基板等具有廣 大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供出一種儀滲雜新型鐵酸祕鋼基無鉛介電陶瓷材料及其制備 方法，本發(fā)明的陶瓷材料是具有高穩(wěn)定性、高穩(wěn)定、低介電性能、低損耗的儀滲雜新型鐵酸 祕鋼基無鉛壓電陶瓷材料，相對于常用NBT(化。.sBie.sTiOs)等無鉛壓電陶瓷材料具有更低 的介電常數(shù)和更低的損耗角。
[0004] 本發(fā)明的一種儀滲雜新型鐵酸祕鋼基巧鐵礦無鉛介電陶瓷材料，其化學(xué)通式為： NaBi(Ti〇.gsMg〇.〇2)e〇i4。用傳統(tǒng)固相法經(jīng)兩次預(yù)燒，一次燒結(jié)而成。
[0005] 本發(fā)明還提出一種儀滲雜新型鐵酸祕鋼基無鉛介電陶瓷材料的制備方法，其方法 包括W下步驟：
[000引 （1)反應(yīng)物為化20)3, Ti02和Bi 203(純度為99%)，反應(yīng)物在干燥器中冷卻至室溫 后按化學(xué)通式計量比稱重；
[0007] (2)粉末在異丙醇中混合并用穩(wěn)定的氧化錯研磨物進(jìn)行24小時球磨并干燥。將干 燥的粉末在900°C，950°C預(yù)燒兩次，時間為4小時，每次預(yù)燒后，將粉末球磨12小時，再將該 粉狀體再次重新研磨和成形為粒狀.
[0008] (3)將上述粒狀體用單軸鋼模機(jī)的壓制成圓片生巧片，；并在200MPa壓強(qiáng)下冷等 靜壓。然后將樣品裝入封閉的裝有氧化錯的氧化侶相蝸，在1020~Iioor之間燒結(jié)4小 時，W盡量減少揮發(fā)性氧化祕損失；
[0009] (4)將陶瓷片一部分研磨至粉末由X射線衍射分析為單相，另一部分般燒的陶瓷 片研磨拋光至0. 9mm的厚度進(jìn)行介電測量。將銀漿涂敷到相對的平行面上，涂覆片在800°C 火爐中燒制成電極，并在非傳導(dǎo)的絲管式爐中通過阻抗分析儀在2(TC~70(TC下，對高溫 阻抗譜測量、相對介電常數(shù)和損耗角正切參數(shù)進(jìn)行測試，并使用ZView軟件進(jìn)行分析；
[0010] (5)使用電鏡對陶瓷片的正面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。陶瓷片截面進(jìn)行拋光，在990°C熱蝕 刻11小時，然后用金涂覆。并在隨機(jī)10組選定的區(qū)域內(nèi)使用微型探針在20千伏電壓下進(jìn) 行電子探針微量分析。
[0011] 本發(fā)明具有W下特點：
[0012] (1)采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)方法，通過儀滲雜使在繼承傳統(tǒng)NBT的優(yōu)點的同時改良 其缺點，實現(xiàn)對NBT無鉛壓電材料各項性能的改良，得到高性能陶瓷材料，滿足市場發(fā)展的 需要。
[0013] (2)本發(fā)明在通過XRD衍射分析和高溫阻抗譜分析，相對介電常數(shù)值，最小達(dá)到 25. 804,而介電損耗低至2. 6X10 5,比市場上常用的NBT無鉛陶瓷材料的損耗都要小。
[0014] 綜上，本發(fā)明方法所制備的陶瓷因其低介電常數(shù)常數(shù)和低介電損耗的性能而適宜 于制作高速器件、PCB陶瓷基板和微波陶瓷等。運(yùn)是其它NBT陶瓷所無法比擬的。
【附圖說明】
[001引圖1為XRD衍射圖譜，衍射分析表明實驗反應(yīng)所得陶瓷片為單化與理論材料一 致，組分材料是NaBi燈1。.9#擁.。2) 6014;
[001引 圖2表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6014組分材料在一次900°(：預(yù)燒，一次950°(：預(yù)燒， 1020°C下般燒所測得相對介電常數(shù)隨材料環(huán)境所處溫度變化曲線；
[0017] 圖3表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6〇14組分材料在一次9〇〇°(：預(yù)燒，一次950°(：預(yù)燒， 1040°C下般燒所測得相對介電常數(shù)隨材料環(huán)境所處溫度變化曲線；
[001引圖4表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6014組分材料在一次900°(：預(yù)燒，一次950°(：預(yù)燒， 1060°C下般燒所測得相對介電常數(shù)隨材料環(huán)境所處溫度變化曲線；
[001引 圖5表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6014組分材料在一次900°(：預(yù)燒，一次950°(：預(yù)燒， 1080°C下般燒所測得相對介電常數(shù)隨材料環(huán)境所處溫度變化曲線；
[0020] 圖6表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6〇14組分材料在一次9〇〇°(：預(yù)燒，一次950°(：預(yù)燒，在 IM監(jiān)所測得的不同燒結(jié)溫度相對介電常數(shù)隨材料環(huán)境所處溫度變化曲線；
[0021] 圖7表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6〇14組分材料在一次9〇〇°(：預(yù)燒，一次950°(：預(yù)燒，在 look監(jiān)所測得的不同燒結(jié)溫度相對介電常數(shù)隨材料環(huán)境所處溫度變化曲線；
[00過圖8表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6014組分材料在900-950-1020°(：溫度下燒結(jié)*邑5隨溫度變化曲線；
[002引圖9表示胞81燈1。.9#邑。.。2)6014組分材料在900-950-1040°(：溫度下燒結(jié)*邑5隨溫度變化曲線；
[0024] 圖10表示化81燈1。.9#旨。.。2)6〇14組分材料在9〇〇-95〇-1060°(：溫度下燒結(jié)1旨5隨 溫度變化曲線；
[00幼圖11表示化81燈1。.9#邑。.02)6014材料在900-950-1080°(：溫度下燒結(jié)*邑5隨溫度變化曲線；
[002引圖12表示胞81們。.9#邑。.。2)6014材料在謹(jǐn)監(jiān)下*邑5隨溫度變化曲線；
[0027]圖13表示NaBi(Ti〇.9sMg〇.〇2)6〇i4材料在100曲Z下tg5隨溫度變化曲線；
[002引圖14表示胞81們。.9#邑。.。2)6014組分材料在1020°(：下陶瓷片的正面結(jié)構(gòu)圖；
[002引圖15表示胞81們。.9#邑。.。2)6014組分材料在1040°(：下陶瓷片的正面結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖16表示組分材料在1060°C下陶瓷片的正面結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0031] 下面通過借助實施例對本發(fā)明更加詳細(xì)的說明，但W下實施例僅是說明性的，本 發(fā)明的保護(hù)范圍并不受運(yùn)些實施例的限制。
[0032] 實施例一：化81燈1。.9#邑。.。2)6〇14壓電陶瓷制備
[003引化學(xué)方程式：如Vfl;co; +6x0.蹤r,巧n筑;a+6x0.02雌舶掛的輪。)凡
[0034] 采用化2〇)3,Ti〇2和Bi2〇3立種原料粉末，反應(yīng)物在干燥器中冷卻至室溫，進(jìn)行烘干 處理，取化2〇)3質(zhì)量為2. 10856g，TiO2質(zhì)量為18. 62653g，Bi2〇3質(zhì)量為9. 07311g，MgO質(zhì)量 為0. 19179g，樣品通過傳統(tǒng)的固相法加工制備。具體步驟如下：將粉末在乙醇中混合并用 穩(wěn)定的氧化錯研磨物進(jìn)行24小時球磨并干燥。將干燥的粉末在900°C，950°C預(yù)燒兩次，時 間為