[发明专利]一种中温烧结低损耗微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种微波元器件的微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波(主要是300MHz~30GHz频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，主要用于用作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件，也可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面。

微波介质陶瓷是研制各类微波元件和器件的关键材料，在微波电路中主要有如下几个方面的应用：(1)用作微波电路的介质谐振器件，完成类似于一般电子电路中LC谐振电路的作用；(2)用作微波电路的介质基板，承担电路元器件及线路的承载、支撑和绝缘的作用；(3)用作微波电路的电容器，完成电路或元件之间的耦合及储能作用；(4)用作微波电路的介质天线，完成集中吸收储存电磁波能量的作用；(5)用作微波电路的介质波导，完成导引电磁波沿一定方向传播的作用。介质谐振器件是微波介质陶瓷的主要应用领域，也是目前国内外研究的热点和重点。从介质谐振器出发，可以研制一系列为满足微波电路各方面需要的带通（带阻）滤波器、耿氏二极管等稳频振荡器及放大器等介质谐振式选频器件。而且，只有介质谐振器的出现才能排除微波电路小型化与集成化方向上的最大障碍。

评价微波介质陶瓷材料，具体的性能要求为：(1)较高的相对介电常数ε_r，并且温度稳定性好。考虑到谐振器制备工艺的复杂性，相对介电常数大小一般是按所应用的频率来选择的；(2)保证谐振频率温度系数τ_f的值在-50~+100℃温度范围内，在30×10^-6/℃以内。大的τ_f值意味着温度的变化，导致器件的中心频率漂移，无法进行稳定的工作；(3)尽量使用低介电损耗的微波介质材料(tanδ≤10^-4)，保证滤波特性及通信质量。微波介质陶瓷材料的制备方法主要有两种：固相法和湿化学方法。

对于适用于大规模生产的微波介质陶瓷除了需要具有以上所述三点性能要求之外，陶瓷材料本身也需要具备一些重要的要求。比如，用于生产陶瓷的原料应价格低廉，来源充分，对材料的热处理温度要低，以降低生产成本，节约能源。此外，陶瓷材料应有较低的体积密度，可以减轻电子模块的重量，有利于实现微波介质陶瓷的轻质化。本发明旨在获得一种具有优异的综合微波介电性能，并能满足实际生产需要的微波介质陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前用于微波介质谐振器的微波介质陶瓷材料的不足，提供一种既具有适中的介电常数，又具有低的介电损耗和近零的谐振频率温度系数，且原料低廉，烧结温度较低，适用于微波介质谐振器、滤波器等无线通信元器件的微波介质陶瓷材料。

本发明选用具有复杂尖晶石结构的微波介质陶瓷材料Li₂MgTi₃O₈，并对其掺杂微量的Zn元素，得到一种新型微波介质固溶体材料：Li₂(Mg_1-xZn_x)Ti₃O₈，x=0.02~0.08，该固溶体材料具有适中的介电常数，低的介电损耗以及近零的谐振频率温度系数，可作为微波介质谐振器、滤波器等无线通信元器件的关键材料。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种中温烧结低损耗微波介质陶瓷，其原料组分及其摩尔百分比含量为Li₂(Mg_1-xZn_x)Ti₃O₈，式中x=0.02~0.08；

上述中温烧结低损耗微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

(1)配料

将原料Li₂CO₃、(MgCO₃)₄·Mg(OH)₂·5H₂O、ZnO和TiO₂，按Li₂(Mg_1-xZn_x)Ti₃O₈，式中x=0.02~0.08的化学计量比配料，于球磨机中球磨，球：料：水的重量比为2：1：0.5，球磨时间为4h，再将原料烘干；

(2)合成

将步骤(1)烘干后的粉料放入氧化铝坩埚内，加盖密封，于900℃合成4h；

(3)成型及排塑