[发明专利]可低温烧结微波介电陶瓷LiBa3-xSrxSb3Ti5O21及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及在微波频率使用的介质谐振器、滤波器等微波元器件，以及陶瓷电容器或温度补偿电容器的介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达等方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

应用于微波频段的介电陶瓷，应满足如下介电特性的要求：(1)高的相对介电常数ε_r以利于器件的小型化，一般要求ε_r≥20；(2)高的品质因数Q值或介质损耗tanδ以降低噪音，一般要求Qf≥3000GHz；(3)谐振频率的温度系数τ_f尽可能小以保证器件具有好的热稳定性，一般要求-10/℃≤τ_f≤+10ppm/℃。国际上从20世纪30年代末就有人尝试将电介质材料应用于微波技术。

根据相对介电常数ε_r的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为3类。

(1)低ε_r和高Q值的微波介电陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta₂O₅，BaO-ZnO-Ta₂O₅或BaO-MgO-Nb₂O₅，BaO-ZnO-Nb₂O₅系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其ε_r＝25～30，Q＝(1～2)×10⁴(在f≥10GHz下)，τ_f≈0。主要应用于f≥8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。

(2)中等ε_r和Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi₄O₉，Ba₂Ti₉O₂₀和(Zr、Sn)TiO₄等为基的MWDC材料，其ε_r＝35～40，Q＝(6～9)×10³(在f＝3～-4GHz下)，τ_f≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。

(3)高ε_r而Q值较低的微波介电陶瓷，主要用于0.8～4GHz频率范围内民用移动通讯系统，这也是微波介电陶瓷研究的重点。80年代以来，Kolar、Kato等人相继发现并研究了类钙钛矿钨青铜型BaO-Ln₂O₃-TiO₂系列(Ln＝La，Sm，Nd，Pr等，简称BLT系)、复合钙钛矿结构CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂系列、铅基系列材料、Ca_1-xLn_2x/3TiO₃系等高ε_r微波介电陶瓷，其中BLT体系的BaO-Nd₂O₃-TiO₂材料介电常数达到90，铅基系列(Pb，Ca)ZrO₃介电常数达到105。

以上这些材料体系的烧结温度一般高于1300℃，不能直接与Ag、Cu等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。近年来，随着低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)的发展和微波多层器件发展的要求，国内外的研究人员对一些低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷复合材料体系，因低熔点玻璃相具有相对较高的介质损耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介质损耗。因此研制无玻璃相的低烧微波介质陶瓷材料是当前研究的重点。但是，对于用于低烧微波介质陶瓷的体系仍然比较有限，这在很大程度上限制了低温共烧技术及微波多层器件的发展。

发明内容