[发明专利]中介高抗热震微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种中介高抗热震微波介质陶瓷材料及其制备方法，包括质量分数为90‑99.5wt％的基料和质量分数为0.5‑10wt％的改性添加剂，所述基料的化学式为(Zr_xSn_1‑x)TiO₄，其中0.6≤x≤1。本发明提供的微波介质陶瓷材料的抗热震温差可达到200℃以上，满足5G基站用微波介质的实际使用需求，同时仍保持了优异的微波介电性能，且不含有Pb，Cd，Bi等挥发性有毒金属，可应用与卫星通信、介质谐振器、滤波器、振荡器等微波器件应用中，绿色环保无污染。

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，涉及适用于微波和毫米波频段的电子器件用微波介质陶瓷材料，尤其涉及一种中介高抗热震微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

万物互联时代，微波介质陶瓷在第五代移动通信市场(5G)中扮演着不可或缺的角色。介质滤波器和谐振器中的电磁波谐振发生在陶瓷介质材料内部，对微波介质陶瓷材料的性能提出了更高的要求：(1)适中的介电常数，高介电常数可实现器件的小型化，但过高的介电常数将影响器件的传输损耗，因此需要考虑器件的设计要求，选择合适的介电常数。(2)高品质因数(Q)，Q值越高，通带越窄，电路选择性越好，滤波效果越好。(3)近零的谐振频率温度系数(τ_f)，实现器件的高稳定性和可靠性。再者，较大的τ_f会使设备在一些高纬度区域难以正常工作，因为这些地区的环境温度可达-30℃。

(Zr_xSn_1-x)TiO₄(锆锡钛)陶瓷可通过固相反应法在一定比例范围形成(Zr_0.8Sn_0.2)TiO₄相，呈现出优异的微波介电性能，但纯(Zr_0.8Sn_0.2)TiO₄的烧结温度较高(1400～1700℃)，即便如此高的温度在常规烧结条件下也难以获得致密的陶瓷材料。而由于陶瓷自身的脆性，其抵抗快速升降温特性较差，也即抗热震性差，器件出现开裂现象，导致失效，严重时甚至会导致介质陶瓷发生崩塌造成器件毁灭性破坏。而目前对微波介质陶瓷材料都在尽力追求高品质因数和稳定的频率温度特性，忽视了热震条件下材料及其器件的可靠性。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提供了一种应用于5G通信领域的中介高抗热震微波介质陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料在保证优异微波介电性能的同时具备较高的抗热震性能(200℃)。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种中介高抗热震微波介质陶瓷材料，包括质量分数为90-99.5wt％的基料和质量分数为0.5-10wt％的改性添加剂，所述基料的化学式为(Zr_xSn_1-x)TiO₄，其中0.6≤x≤1。

进一步地，所述改性添加剂包括ZnO、Ta₂O₅、MnO₂、BaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂中的至少一种。

进一步地，所述改性添加剂由ZnO、Ta₂O₅、MnO₂、BaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂组成，其中，各组分在所述微波介质陶瓷材料中占基料的质量分数分别为：ZnO为0.01-2wt％，Ta₂O₅为0.01-2.5wt％、MnO₂为0.01-1.5wt％、BaO为0.0-3wt％、MgO为0.01-3wt％、Al₂O₃为0.01-3.5wt％、SiO₂为0.01-3.5wt％。