一种钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺。
背景技术
微波介质陶瓷是近二十年发展起来的一种新型功能电子陶瓷，在现代通讯设备中广用于制作介质谐振器、介质振荡器、介质滤波器、移相器、微波基板等电子器件。微波介质陶瓷用于制作电子器件时需要满足3个最基本的性能要求：(1)高的介电常数εr，以利于器件的小型化；(2)高的品质因数Q，以保证优良的选频特性；(3)尽肯能小且可控的谐振频率温度系数τf，以确保使用温度改变时频率的稳定性。
一般将微波介质陶瓷体系按介电常数的大小分为三大类：低、中、高介电常数类，BCZN(钡钴锌铌体系)微波介质陶瓷材料的介电常数在35左右，属于中介电常数类(介电常数介于30-70之间)微波介质陶瓷，主要应用于4GHz～8GHz频率范围内的卫星通信及移动通讯基站。但现有的烧结工艺生产BCZN陶瓷烧结时间(包括退火时间在内)长，陶瓷的组分易挥发、使产物偏离预期的组成并形成多相结构，从而导致材料的电气性能不够理想。
因此，如何改善BCZN陶瓷的电气性能是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，旨在解决现有BCZN陶瓷烧结时间长导致BCZN陶瓷的电气性能不理想的问题。
一种钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，包括步骤：
将内部盛有钡钴锌铌体系微波介质陶生坯的氧化铝匣钵放置于烧结炉腔内进行烧结，得到微波介质陶瓷；
将所述微波介质陶瓷以预定降温速率降至退火温度，在所述退火温度条件下对所述微波介质陶瓷进行退火；所述预定降温速率为1.0℃-1.5℃/分钟。
上述所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，通过将烧结后得到的微波介质陶瓷以1.0℃-1.5℃/分钟的降温速率降温至退火温度，使得陶瓷内部的物质得到相对充分的转移，陶瓷有序度提升。所得到的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷，电气性能得到较大的提升。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述退火温度为1250-1400℃。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述在所述退火温度条件下对所述微波介质陶瓷进行退火，其中退火时间为5-10小时。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述烧结温度为1300-1450℃。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述在所述退火温度条件下对所述微波介质陶瓷进行退火的步骤之前还包括，对所述微波介质陶瓷进行保温，保温时间为1.5-2.5小时。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述微波介质陶生坯的直径为8-12毫米。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述微波介质陶生坯的厚度为3.5-5.9毫米。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述烧结的烧结时间为2-5小时。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述退火温度为1350℃。
可选地，所述的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其中，所述在所述退火温度条件下对所述微波介质陶瓷进行退火，其中退火时间为5小时。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺流程示意图；
图2为BCZN体系陶瓷选区扫描电镜花样图,a,b,c为陶瓷有序度变化示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
微波是指频率为300MHz-3000GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在0.1毫米-1米之间的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为"超高频电磁波"。其在通信、雷达、遥控、遥感等领域得到广泛应用。微波介质陶瓷因其低损耗、高介电常数、近零谐振频率温度系数等优点，近几十年来迅速发展成为微波技术应用的关键材料。
微波介质陶瓷有三个关键的性能指标，分别是相对介电常数εr、品质因数Q和谐振频率温度系数τf。电磁波在介质中传播时，波长与相对介电常数的平方根成反比。在同样的频率下，相对介电常数的平方根越高，波长越短，相应的介质谐振器的尺寸就越小。品质因数与介电损耗成反比，是表征谐振器损耗的参量，高的品质因数Q，可以保证优良的选频特性。通信器件需要在不同的环境温度下工作，要使滤波器的载波信号在不同的温度下部出现漂移，就必须要求微波介质材料的谐振频率不随温度变化，或是变化较小，以确保使用温度改变时频率的稳定性。
现有的BCZN陶瓷的烧结和退火时间较长，使得BCZN陶瓷的组分挥发损失较多，产物偏离预期的组成并在内部形成多相结构，导致所制备出的微波介质陶瓷电气性能不够理想。
基于此，本发明提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
本发明所提供的一实施例中，如图1所示，一种钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，其特征在于，包括步骤：
S10、将内部盛有钡钴锌铌体系微波介质陶生坯的氧化铝匣钵放置于烧结炉腔内进行烧结，得到微波介质陶瓷；
具体地，可以通过外购钡钴锌铌体系的陶瓷粉料颗粒，将所述粉料颗粒干压成微波介质陶生坯，将所述微波介质陶瓷生坯放置在氧化铝匣钵中，并在所述氧化铝匣钵上方盖一块氧化铝方板盖。为了防止微波介质陶生坯在烧结时与氧化铝匣钵发生反应，可以在所述微波介质陶生坯与所氧化铝匣钵中之间垫一块锆板。容易理解的，钡钴锌铌体系的陶瓷粉料除了通过外购，也可以是通过一定的加工工艺进行生成加工得到，比如可以将钡、锌、钴、铌的盐与柠檬酸溶解于水溶液形成第一混合溶液；往所述第一混合溶液中加入氨水溶液直至形成透明溶胶；将所述透明溶胶干燥并经煅烧得到纳米粉末；将所述悬浮粉末的溶胶干燥，并经煅烧得到陶瓷的复合前驱体粉末(即陶瓷粉料)。其中，钡、钴、锌、铌的盐分别以硝酸钡、硝酸锌、硝酸钴、草酸铌，当然钡、锌、铌的盐还可以是碳酸盐、硫酸盐等等。示例性的硝酸钡、硝酸锌、硝酸钴、草酸铌可以按照化学式Ba(CO，Zn，Nb)O3的摩尔配比投料。
在本实施例中，通过将微波介质陶生坯放置在氧化铝匣钵内，并在所述氧化铝匣钵上方盖一块氧化铝方板，可以减少空气流通，抑制微波介质陶生坯在烧结时元素挥发。
在本实施例的一种实施方式中，所述微波介质陶生坯的直径为8毫米至12毫米。所述微波介质陶生坯的厚度为3.5毫米至5.9毫米。容易理解的，当所述微波介质陶生坯的直径小于8毫米时，会因尺寸过小使得难以得到加工相关器件的所需尺寸。
在本实施例的一种实施方式中，所述烧结温度可以为1350℃至1400℃、1400℃至1450℃。当烧结温度高于1450℃时所烧结出的产品谐振频率温度系数τf数值较大。
在本实施例的一种实施方式中，所述烧结的烧结时间可以为2小时至3小时、3小时至4小时、4小时至5小时。
S20、将所述微波介质陶瓷以预定降温速率降至退火温度，在所述退火温度条件下对所述微波介质陶瓷进行退火；所述预定降温速率为1.0℃-1.5℃/分钟。
具体地，由于微波介质陶瓷在烧结成瓷后在降温过程中陶瓷内部会经过有序—无序转变温度Tm，低于Tm后，陶瓷内粒子排列从无序向有序排列转变，使陶瓷性能提升(例如：1420℃为某陶瓷的Tm,将退火温度为设置为1430℃，陶瓷内部粒子排列一直处于无序态或有序程度不高，将退火温度设置为1410℃，陶瓷内部粒子从无序态向有序态转变)，陶瓷内部粒子有序程度是影响陶瓷性能的一个重要因素。
将步骤S10中烧结后得到的微波介质陶瓷进行退火降温，控制降温速率，所述降为速率可以是1.0℃/分钟至1.5℃/分钟。容易理解的，烧结温度一般高于陶瓷的退火温度，不同的降温速率对陶瓷元素的挥发量有一定的影响，从而导致性能的改变。将降温速率设置为1.0℃/分钟至1.5℃/分钟既可以保证在降温的过程中陶瓷元素的挥发量不会过多，也有利于生产过程的控制。
在本实施的一种实施方式中，在烧结过程中要进行保温，保温时间可以是1.5小时至2.0小时。
在本实施的一种实施方式中，所述退火温度可以为1250℃至1300℃、1300℃至1350℃、1350℃至1400℃。退火时间可以是5小时至10小时。
下面通过具体的实施例来对钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺做进一步的解释说明。
采用市售的钡钴锌铌体系的陶瓷粉料，将所述粉料颗粒干压成微波介质陶生坯。
将锆板垫放于氧化铝匣钵中，将所述微波介质陶瓷生坯放置在氧化铝匣钵中，并在所述氧化铝匣钵上方盖一块氧化铝方板盖。将氧化铝匣钵放置于烧结炉炉腔内进行烧结。
实施例一
样品1-5是对BCZN体系微波介质陶瓷材料进行烧结时，固定烧结温度，固定的烧结后降温速率和退火温度，改变了退火的时间，得到的BCZN陶瓷的Q值如下表一：
表一：
从表一可看出退火时间可以为5-10小时，最优的退火时间为5小时。
实施例二样品6-7是对BCZN体系微波介质陶瓷材料进行烧结时，固定烧结温度，固定的烧结后降温速率和退火时间，改变了退火温度，得到的BCZN陶瓷的Q值如下表二：
表二：
从表二可以看出退火的时间可以为1300℃-1350℃，最佳的退火温度为1350℃。
实施例三
样品8-10是对BCZN体系微波介质陶瓷材料进行烧结时，固定烧结温度，固定的和退火时间和退火温度，改变了烧结后降温速率，得到的BCZN陶瓷的Q值如下表三：
表三:
从表三可以看出烧结后降温至退火温度1350℃的速率为0.5℃-2.5℃/分钟，最佳的降温速率为1℃/分钟。
综上所述，本发明提供一种钡钴锌铌体系微波介质陶瓷烧结退火工艺，包括步骤：将内部盛有钡钴锌铌体系微波介质陶生坯的氧化铝匣钵放置于烧结炉腔内进行烧结，得到微波介质陶瓷；将所述微波介质陶瓷以预定降温速率降至退火温度，在所述退火温度条件下对所述微波介质陶瓷进行退火；所述预定降温速率为1.0℃-1.5℃/分钟。通过将烧结后得到的微波介质陶瓷以1.0℃-1.5℃/分钟的降温速率降温至退火温度，使得陶瓷内部的物质得到相对充分的转移，陶瓷有序度提升，如图2所示。所得到的钡钴锌铌体系微波介质陶瓷，电气性能得到较大的提升。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
