本发明专利技术公开了一种低温合成纳米ＣａＯ－ＳｉＯ↓［２］系微波介质陶瓷粉体的方法，包括：（１）将钙的无机盐水溶解形成钙的无机盐水溶液；再按硅与钙为１∶１的摩尔比加入硅溶胶，搅拌；（２）将一定量的柠檬酸加入乙二醇中，加热溶解；（３）以一定的摩尔比混合上述两溶液，加热蒸发水份；升温到１２５℃～１３５℃保温２～４小时，继续升温到１８０℃～２２０℃保温２～４小时，得到的黑色物质进行研磨后在７００℃～９００℃煅烧，得到本发明专利技术的纳米陶瓷粉体。本发明专利技术方法能低温合成粒度分布范围窄、粒径在６０ｎｍ的纯硅灰石晶相，合成工艺简单。所得的纳米粉体烧结成瓷后具有优良的微波介电性能，可用于制备０４０２、０２０１多层微波陶瓷电容器等小型片式多层微波器件，具有极大的工业应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米CaO-SiO2系微波介质陶瓷粉体的制备方法，尤其是涉及一种低温合成纳米CaO-SiO2系微波介质陶瓷粉体的方法，属于材料科学
技术介绍
随着电子设备向小型化发展，必然要求各种电子组件的小型化、微型化。目前元器件小型化已经取得飞速发展；在多层陶瓷电容器方面，0603已经成为主流产品，0402已经面市，0201已经研制成功；片式多层微波器件已逐步取代腔体结构，并日趋小型化，如日本村田公司的多层陶瓷滤波器的尺寸已经缩减为2.0×1.25×1.0(mm3)，今后将向尺寸为1.0×0.8×0.6(mm3)、甚至更小的方向发展。推动元器件小型化、微型化的技术关键是粉体技术以及薄膜技术的发展。以多层陶瓷电容器为例，介电陶瓷的电容C＝k·S/h，提高介电陶瓷电容量的最佳方法是减小介质层的厚度；而对于微波滤波器，谐振频率f0＝1/2π(LC)1/2，在一定的谐振频率下，电容量是定值，为了缩减器件的结构并降低材料的介电损耗，应尽量采用低介电常数，并减少介质层厚度。目前多层陶瓷电容器薄膜已经减少至5um以下，多层陶瓷滤波器的厚度一般在20～300um之间，今后的发展趋势是1～5um的陶瓷电容器薄膜以及10um以下的微波器件薄膜。薄膜至少要有5层以上颗粒堆积成介电陶瓷层才能保证有效隔离内电极，颗粒的大小决定了介质层的最小厚度，纳米粉体无疑是上述问题的最佳解决办法。粉体颗粒的纳米化是世界电子陶瓷的一大发展方向，谁拥有纳米化的商品技术谁就将主宰市场，世界各主要生产商，如AVX/Kyocera Corporation、Philips Components、TDK Corporation、Samsung EMCO、TAM Ceramics等均花巨资对纳米电子陶瓷粉体展开研究。以硅灰石(CaSiO3)为主晶相的陶瓷材料由于具有介电常数低、品质因数高等特点，引起了材料工作者的广泛兴趣。但由于以固相法合成纯CaSiO3的温度在1200℃以上，其烧结温度超过1300℃且很难烧结致密，故相关研究主要集中在其它元素对CaO-SiO2体系的改性上。《电子元件与材料》，2002，21(2)16-18.蔡伟等在“低温烧结低介硅灰石瓷料的研制”一文中研究了通过添加过量SiO2和粘土作为烧结助剂，于1170℃～1230℃烧结得到硅灰石瓷基板材料，其介电性能为εr＝7.0～9.0，tgδ＝(1.0～5.0)×10-4。《J.Am.Ceramic.Soc》，1999，82 1725-1732.Chang等人在“Crystallization kinetics and mechanism of low dielectric，lowtemperature，co-firable CaO-B2O3-SiO2glass ceramic”一文中公开了CaO-B2O3-SiO2(CBS)系微晶玻璃作为封装材料的应用。《机械工程材料》，2003，27(2)16-20.王少洪、周和平等人在“高频多层片式电感器用陶瓷材料的研究”中研究了CaO-B2O3-SiO2(CBS)在高频下的性能εr＝5.058(1GHz)，tgδ＝0.0013(1GHz)。本专利专利技术人所在课题组的孙慧萍等在《陶瓷学报》，2004，25(1)60-63.“ZnO和Na2O对CaO-B2O3-SiO2介电陶瓷结构与性能的影响”研究了ZnO和Na2O对CaO-B2O3-SiO2介电陶瓷结构与性能的影响，得到以硅灰石为主晶相的低介微波介质陶瓷，其介电性能为εr＝5.4，Qf＝22000GHz。在CaO-SiO2体系超细粉体的研究上，如《华东理工大学学报》，1996，22(3)316-321.袁建君，刘智恩，方琪等.“CaO-SiO2系统溶胶凝胶过程及其机理”以及《现代技术陶瓷》，1997，73(3)19-23.袁建君，方琪等.“溶胶凝胶法制备硅灰石粉末的工艺过程研究”所公开的，国内仅华东理工大学的袁建君利用溶胶-凝胶法对CaSiO3超细粉体进行了研究，获得0.2～1.4um的硅灰石粉体。日本的Sei-ichi Suda等人在《Journal of Non-Crystalline Solids》1999，255 178-184.“Synthesis of MgO-SiO2and CaO-SiO2amorphous powderby sol-gel process and ion exchange”公开了通过在溶胶凝胶过程中进行离子交换，得到了0.3～0.4um的CaO-SiO2系粉体。以上制备的CaO-SiO2系陶瓷粉体的粒度偏大，不能满足制备超薄型流延膜及微型器件的要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种从微波器件小型化对微波介质陶瓷材料粉体超细化的要求出发，利用pechini法制备纳米CaO SiO2系微波介质陶瓷粉体，通过乙二醇对金属离子的键合和空间位阻作用，并经过加热煅烧使有机物分解和无机盐离子发生氧化反应形成晶相，从而在较低温度下得到纳米级的CaO-SiO2系微波介质陶瓷粉体。本专利技术的低温合成纳米CaO-SiO2系微波介质陶瓷粉体的方法，包括以下步骤(1)将钙的无机盐溶于去离子水中，再按硅与钙为1∶1的摩尔比加入硅溶胶，充分搅拌使之混合均匀；(2)将一定量的柠檬酸(CA)加入到乙二醇(EG)中，加热使柠檬酸在乙二醇中溶解，CA与EG的摩尔比为1∶4～1∶8。(3)按柠檬酸与钙无机盐的摩尔比为1∶1～1∶4将上述(1)与(2)的制得的溶液混合，搅拌；缓慢加热使水份蒸发；然后升温到125℃～135℃保温2～4小时，继续升温到180℃～220℃保温2～4小时，得到松脆的黑色物质；(4)上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在700℃～900℃煅烧，得到白色粉末，即为本专利技术的纳米CaO-SiO2系微波介质陶瓷粉体。所述的钙的无机盐可为Ca(NO3)2·4H2O、Ca(CH3COOH)2·H2O、CaCl2。采用上述本专利技术的工艺，可以得到粒径在50～60nm且分散良好的CaSiO3、Ca2SiO4纳米级微波介质陶瓷粉体，该纳米粉体烧结成瓷后具有优良的微波介电性能(εr＝6.7±0.1，Qf＞35000GHz)，可用于制备0402、0201多层微波陶瓷电容器等小型片式多层微波器件，具有极大的工业应用价值。本专利技术方法具有以下特点1.采用Ca(NO3)2·4H2O、Ca(CH3COOH)2·H2O、CaCl2等钙的无机盐和硅溶胶为原料，价格便宜且原料易得；2.利用CA对金属离子的络合作用、EG对金属离子的键合和空间位阻作用，使金属离子均匀分布在聚合物中，从而最终能得到成份均匀的化合物；3.得到的CaSiO3、Ca2SiO4微波介质陶瓷粉体粒径在50～60nm，且分散良好；并能在850℃煅烧后得到平均粒径为60nm的纯CaSiO3晶相，大大降低了硅灰石的合成温度。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1称取1mol的Ca(NO3)2·4H2O溶于一定量的去离子水中，形成0.8mol/l的硝酸钙水溶液；在该硝酸钙水溶液中按硅为1mol的量加入硅溶胶，搅拌2小时使其混合均匀。将1mol的柠檬酸(CA)加入到4mol的乙二醇(EG)中，加热到90℃使柠檬酸在乙二醇中溶解。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温合成纳米ＣａＯ－ＳｉＯ↓［２］系微波介质陶瓷粉体的方法，包括以下步骤：（１）将钙的无机盐溶于去离子水中，形成０．５～１．５ｍｏｌ／ｌ钙的无机盐水溶液；再按硅与钙为１∶１的摩尔比加入硅溶胶，搅拌１～５小时；（２）将一定 量的柠檬酸加入到乙二醇中，加热使柠檬酸在乙二醇中溶解，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为１∶４～１∶８；（３）按柠檬酸与钙无机盐的摩尔比为１∶１～１∶４将上述（１）与（２）制得的溶液混合，搅拌；缓慢加热使水份蒸发；然后升温到１２５℃～１３５℃ 保温２～４小时，继续升温到１８０℃～２２０℃保温２～４小时，得到松脆的黑色物质；（４）将上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在７００℃～９００℃煅烧，得到白色纳米ＣａＯ－ＳｉＯ↓［２］系微波介质陶瓷粉体。
【技术特征摘要】
1.一种低温合成纳米CaO-SiO2系微波介质陶瓷粉体的方法，包括以下步骤(1)将钙的无机盐溶于去离子水中，形成0.5～1.5mol/l钙的无机盐水溶液；再按硅与钙为1∶1的摩尔比加入硅溶胶，搅拌1～5小时；(2)将一定量的柠檬酸加入到乙二醇中，加热使柠檬酸在乙二醇中溶解，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1∶4～1∶8；(3)按柠檬酸与钙无机盐的摩尔比为1∶1～1∶4将上述(1)与(2)制得的溶液混合，搅拌；缓慢加热使水份...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，张启龙，王焕平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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