[发明专利]新型高Q微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及几种新型高Q微波介质陶瓷材料及其制备方法，属特种陶瓷材料工艺技术领域。

背景技术：

应用于3G及将来的4G基站的微波谐振器和滤波器必须具有很好的频率选择特性、带宽、小型化及低成本化。原有的金属空腔谐振器虽然价格便宜，但金属空腔谐振器的无载Q值很低(～6000GHz)而且谐振频率温度稳定性很差，而介质谐振器通常具有无载品质因数高、频率温度系数小而可调且小型化等特点，因而受到越来越广泛地的应用。相应的微波介质材料必须同时具有(1)高的介电常数(20-50)(2)高的品质因数(Qf＞40000GHz)(3)近零可调的谐振频率温度系数.虽然介质的介电常数越高，谐振器和滤波器的尺寸可以作的越小，但介质的介电常数过大，介质谐振器中电磁场越集中于介质内，导致谐振器之间的耦合太弱而使腔体滤波器的带宽变小。而且介质材料的Q值与介电常数成反比，通常介电常数超过50且谐振频率温度系数较小的介质材料其Qf值不超过35000GHz。由于3G基站用介质谐振器承载的微波功率很大(＞200W)，因此对介质材料的品质因数提出了更高的要求(Qf＞60000GHz)。目前基站等移动通信的使用频率大都小于2GHz，近年来，随着全球通信信息量的增加，微波通信的频率不断向高频方向发展，卫星通信如卫星广播电视技术的使用频率通常在10GHz以上，由于介质材料的介电损耗与频率成反比，一般介质材料在高于10GHz频率下使用，因Q值不够高而满足不了要求。目前已商用化的Q值较高的微波介质材料主要有MgTiO₃-CaTiO₃系，Ba((Zn，Mg)_1/3Ta_2/3)O₃(BMT，BZT)，LnAlO₃-CaTiO₃系，Zr-Ti-Sn-O系，ZrTiO₄一ZnNb₂O₆系等，这些材料的介电常数大都在20-45之间，无载品质因数除BMT、BZT外，Qf＜60000GHz，但这样的品质因数对3G和卫星通信来说还显太低。

实际上，对谐振器或滤波器来说，更高的Q值意味着更低的差损与信号噪声及更好的频率选择特性。因此，谐振器设计者更喜欢采用具有更高Q值的复合钙钛矿结构陶瓷如Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O3(BZT)(Qf＝150000GHz)，(Ba(Mg_1/2Ta_2/3)O₃(BMT)(Qf＝400000GHz)。但BZT及BMT所用的原料Ta₂O₅价格昂贵(2000元/kg)，烧结温度很高(1600℃，限制了该材料的大规模商业化应用。总之，目前移动基站用微波介质陶瓷的发展趋势是在满足介电常数与谐振频率温度系数的同时(ε_r＝20-50，τ_f＜5ppm/℃)，尽可能不断地提高其Q值(Qf≥80000GHz)，降低生产成本，提高产品性能的稳定性与重复性。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型高Q微波介质陶瓷材料及其制备方法。

本发明一种新型高Q微波介质陶瓷材料，其特征在于具有以下四种化学式：

(1)、(1-x)Li₂TiO₃-xMgO，其中x为0～0.981；

(2)、Li_2+xTi_1-4xNb_3xO₃，其中x为0～0.1；

(3)、Li_2+xTiO₃，其中x＝-0.85～0.20；

(4)、Li₃Mg₂NbO₆。

本发明一种新型高Q微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.按照上述各化学式，换算出各原料的质量；原料采用化学分析纯的原料，即99.9％的Li₂CO₃、97％的TiO₂、98.5～99.9％的MgO、99.9％的Nb₂O₅；

b.然后按照1∶2∶0.75的重量比例分别将规定的原料、氧化锆磨球、无水乙醇装入树酯球磨罐内球磨24小时，混合均匀后，将其在100℃下烘干；