本發明涉及新材料
技術領域：
，具體是一種含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料及其制備方法及應用。
背景技術：
：微波介質材料作為一種新型電子材料，在現代通信中被用作諧振器、濾波器、介質基片、介質天線、介質導波回路等，廣泛應用于微波技術的許多領域。可用于移動通訊、衛星通訊和軍用雷達等方面。鉍基焦綠石體系材料尤以鉍鋅鈮(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7（簡寫為BZN）為代表的一類立方焦綠石結構材料，由于其高介電常數，低介電損耗，電阻率高，介電常數溫度系數可調及燒結溫度低，并且其介電性能隨組成組分的不同可以在較大范圍內進行調整，使之成為應用于MLCC等多種電子元器件的一類新的非常有前途的介電材料，由此引發了目前國際上對焦綠石介電材料，特別是鉍基焦綠石介電材料的廣泛研究。研究表明，鉍基焦綠石的組分和介電性能可在較大的范圍內進行調整，其性能對組分變化敏感。通過改變元素配比可以對性能進行調控，從而實現不同的應用目的。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料及其制備方法及應用，所制得的材料具有高介電常數、介電常數對溫度變化敏感的特點，適合微波諧振器型無線無源溫度傳感器使用。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料，該材料的通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+mwt.%Bi2O3，其中，m表示Bi2O3以質量百分數添加，且m的取值為3.0～4.0。作為本發明進一步的方案：所述的m的取值為3.3～3.7。作為本發明進一步的方案：所述的m的取值為3.5。作為本發明進一步的方案：該材料所采用的原料為分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+mwt.%Bi2O3，其中，m表示Bi2O3以質量百分數添加，且m的取值為3.0～4.0，準確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球為介質，無水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無水乙醇=1g：3～4g：1.2～1.5ml，濕法球磨16～20h，將得到的漿料烘干，過60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中890～960℃的溫度下預燒結3～4h；（3）將預燒結后的混合粉料加入無水乙醇作為介質，再次濕法球磨16～20h，將得到的漿料烘干，過80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質量的2～3%的質量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進行造粒，過40～60目篩，再在7～10MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進行排膠，接著在氧氣氣氛中以3～5℃/min的速度升溫至1135～1220℃保溫3～5h進行燒結，隨爐冷卻得到成品。作為本發明進一步的方案：所述的步驟（1）中，粉料：氧化鋯球：無水乙醇=1g：3.5g：1.2ml。作為本發明進一步的方案：所述的步驟（2）中，在空氣氣氛中925℃的溫度下燒結3.5h。作為本發明進一步的方案：所述的步驟（4）中，聚乙烯醇溶液的添加量為再次球磨的混合粉料質量的2.5%。作為本發明進一步的方案：所述的步驟（5）中，在氧氣氣氛中以4℃/min的速度升溫至1170℃保溫4h進行燒結。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料在制備微波諧振器型無線無源溫度傳感器方面的應用。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明材料的預燒結、燒結溫度適中，只需要1135～1220℃就可以燒結致密化，在節約能源、降低生產成本的同時，還減少了對環境的污染；采用固相法燒結，生產工藝相對簡單，便于工業化批量大生產；介電常數εr為177.8～225.4，介電損耗tanδ為2.4～3.3×10-6，Q×f0為3025～3338GHz，電容溫度系數τC為-436.0～-484.7×10-6/℃，不僅具備優于傳統鉍基焦綠石材料的優異介電性能，而且具有高介電常數、介電常數對溫度變化敏感的特點，適合微波諧振器型無線無源溫度傳感器使用。具體實施方式下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例1本發明實施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.0wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式準確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球為介質，無水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無水乙醇=1g：3g：1.5ml，濕法球磨16h，將得到的漿料烘干，過60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中890℃的溫度下預燒結4h；（3）將預燒結后的混合粉料加入無水乙醇作為介質，再次濕法球磨20h，將得到的漿料烘干，過80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質量的2%的質量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進行造粒，過60目篩，再在7MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進行排膠，接著在氧氣氣氛中以5℃/min的速度升溫至1135℃保溫5h進行燒結，隨爐冷卻得到成品。實施例2本發明實施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.2wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式準確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球為介質，無水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無水乙醇=1g：4g：1.2ml，濕法球磨20h，將得到的漿料烘干，過60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中960℃的溫度下預燒結3h；（3）將預燒結后的混合粉料加入無水乙醇作為介質，再次濕法球磨16h，將得到的漿料烘干，過80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質量的3%的質量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進行造粒，過40目篩，再在10MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進行排膠，接著在氧氣氣氛中以3℃/min的速度升溫至1220℃保溫3h進行燒結，隨爐冷卻得到成品。實施例3本發明實施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料的制備方法與實施例1相同。實施例4本發明實施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.8wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料的制備方法與實施例2相同。實施例5本發明實施例中，含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料，其通式為Bi1.2(Mg0.85Mo0.15)Nb1.5O7+4.0wt.%Bi2O3。所述的含鉬鉍基焦綠石高介微波介質材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照通式準確稱取分析純的Bi2O3、ZnO、MoO3、Nb2O5，混合，以氧化鋯球為介質，無水乙醇為溶劑，粉料：氧化鋯球：無水乙醇=1g：3.5g：1.2ml，濕法球磨18h，將得到的漿料烘干，過60目篩，得到混合粉料；（2）將混合粉料在空氣氣氛中925℃的溫度下預燒結3.5h；（3）將預燒結后的混合粉料加入無水乙醇作為介質，再次濕法球磨18h，將得到的漿料烘干，過80目篩，得到再次球磨的混合粉料；（4）往再次球磨的混合粉料中添加其質量的2.5%的質量濃度為8%的聚乙烯醇溶液進行造粒，過40目篩，再在9MPa壓力下冷壓成型為直徑14～16mm×厚度6～8mm的圓片；（5）先將圓片從室溫以1℃/min的速度升溫至550℃保溫2h進行排膠，接著在氧氣氣氛中以4℃/min的速度升溫至1170℃保溫4h進行燒結，隨爐冷卻得到成品。對比例1在實施例3的通式基礎上，采用鋅元素取代其中的鉬元素，即通式為Bi1.4(Mg0.85Zn0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相應地，原料MoO3替換為ZnO，其制備方法與實施例3相同。對比例2在實施例3的通式基礎上，采用鋅元素取代其中的鎂元素，即通式為Bi1.2(Zn0.85Mo0.15)Nb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相應地，原料MgO替換為ZnO，其制備方法與實施例3相同。對比例3在實施例3的通式基礎上，采用鋅元素取代其中的鎂元素和鉬元素，即通式為Bi1.4ZnNb1.5O7+3.5wt.%Bi2O3，相應地，原料MgO、MoO3替換為ZnO，其制備方法與實施例3相同。通過成品表面被銀，利用Agilent4278A測試上述實施例和對比例所制得的制品的介電性能，測得的各成品的介電性能如表1所示（1MHz下）。同時，還對各例制得的成品的介電常數隨溫度變化而發生的變化進行了測試，測試結果如表2所示。表1各例的介電性能項目εrtanδ（×10-6）Q×f0（GHz）τC（×10-6/℃）實施例1177.83.33025-452.5實施例2182.73.13101-458.1實施例3200.82.83236-479.3實施例4208.62.43258-484.7實施例5225.42.63338-436.0對比例1140.53.73012-386.6對比例2156.23.32841-408.7對比例3121.33.92699-357.5表2各例的介電常數隨溫度的變化項目實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5對比例1對比例2對比例3-50℃183.8189.0207.2215.3231.5146.5162.5127.6-25℃181.9186.9205.0213.0229.4144.6160.3125.60℃179.7184.9202.9210.8227.5142.4158.3123.525℃177.8182.7200.8208.6225.4140.5156.2121.350℃175.7180.7198.7206.4223.4138.6154.1119.475℃173.6178.6196.6204.2221.5136.5152.0117.3100℃171.7176.5194.4202.0219.6134.3149.9115.1125℃169.6174.4192.2199.8217.6132.2147.8113.0150℃167.5172.2190.1197.5215.7130.0145.6110.8由表1和表2可以看出：本發明實施例1～5制得的材料的介電常數εr、介電損耗tanδ、Q×f0、電容溫度系數τC均明顯優于對比例1～3，說明本發明材料是在鉬元素和鎂元素共同取代鋅元素的作用下才具有的優異的電學性能；材料的介電常數εr為177.8～225.4，介電損耗tanδ為2.4～3.3×10-6，Q×f0為3025～3338GHz，電容溫度系數τC為-436.0～-484.7×10-6/℃，不僅具備優于傳統鉍基焦綠石材料的優異介電性能，而且具有高介電常數、介電常數對溫度變化敏感的特點，適合微波諧振器型無線無源溫度傳感器使用。對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁1 2 3