[发明专利]一种低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波介质材料制造技术领域，特别涉及通讯系统中用于导航卫星等介质天线等微波元器件用的低介电常数微波介质陶瓷材料。

背景技术

微波介质陶瓷材料已广泛应用于在诸如手机、无线局域网(WLAN)、直播卫星(DBS)以及全球定位系统之类的通信系统中。微波介质陶瓷通常应具有较高的介电常数、低的高频损耗和接近零的谐振频率温度系数。近年来，采用微波介质陶瓷材料制作的新型宽带微波介质陶瓷天线得到迅速推广，成为宽带微波天线的主流产品。由于宽带微波介质陶瓷天线主要用于高频频段(≥2GHz)，因此通常使用高频性能好的低介电常数微波介质材料，一般其介电常数在15以下。其中，介电常数在10左右的材料主要选用氧化铝(α-Al₂O₃)，该材料虽然具有较好的高频性能和频率品质因数(Q×f)高的优点，但其谐振频率温度系数(τ_f)较差，|τ_f|＞30ppm/℃，导致天线在严寒或酷热的情况下产生频漂，灵敏度下降，影响移动终端的性能。此外，氧化铝(α-Al₂O₃)陶瓷的烧结温度一般在1600-1800℃之间，作为微波介质天线的关键材料，如此之高的烧成温度很难满足工厂的批量化生产要求。因此，氧化铝的频率温度稳定化和低温化烧结研究引起了人们的重视。Cheng-Fu Yang等在Materials Letters，2003(57)：2945-2949.中“Sintering and microwave dielectric characteristics of MCAS glass-added 0.84Al₂O₃-0.16TiO₂ ceramics”一文中公开了一种Al₂O₃-TiO₂固溶体并通过添加MgO-CaO-SiO₂-Al₂O₃(MCAS)玻璃，将烧结温度降至1250℃的技术方案，但所得材料的介电常数即已经降低到7～8.5，而其频率品质因数(Q×f)更是严重下降(＜10000GHz)。Ying Dai等在Materials Science and Engineering A，2008(475)：76-80.中“Effects of MCAS glass additives on dielectric properties of Al₂O₃-TiO₂ ceramics”一文中调整了Al₂O₃-TiO₂固溶体的组分及MCAS玻璃的制备方法，将烧结温度降至1350℃，但所得材料的介电常数增加到了11.6～12.3。

因此，如何在保持介电常数基本不变(10左右)且频率品质因数(Q×f)高的优点同时，改善频率温度稳定性(实现|τ_f|＜10ppm/℃)和降低材料烧结温度是氧化铝作为低介电常数微波介质陶瓷材料大批量应用于宽带微波介质陶瓷天线和导航卫星等介质天线等微波器件的关键。

发明内容

本发明提供一种介电常数为10左右、频率品质因数较高且谐振频率温度系数接近零的微波介质陶瓷，并提供相应的制备工艺，该生产工艺和设备无特殊要求，便于批量生产及应用推广。

本发明的目的主要是克服Al₂O₃介质陶瓷温度稳定性不好的缺点，其技术方案是以Al₂O₃为主成分，采用非玻璃相烧结技术，用BaLa₂(Zr_0.1Ti_0.9)₄O₁₂作为正频率温度系数补偿材料、用BaWO₄和/或BaO和WO₃作为介电常数调节剂掺杂，以改善材料体系的微波介电特性，特别是材料的温度稳定性。