[发明专利]一种微波介质陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微波介质陶瓷复合材料及其制备方法，涉及无线移动通讯与射频电子电路系统用电子陶瓷元器件与材料技术领域。该微波介质陶瓷复合材料为掺杂有Zn²⁺和Mn⁴⁺的堇青石晶体结构材料与TiO₂的复合材料，其中，所述Zn²⁺和Mn⁴⁺协同置换堇青石晶格中的Al³⁺。本发明还提供一种微波介质陶瓷复合材料及其制备方法。利用该制备方法制备得到的复合材料的烧结温度为1225℃～1350℃、介电常数5.12～5.82，品质因数为47026GHz～81609GHz，谐振频率温度系数为+2.43ppm/℃～‑26.84ppm/℃。该复合材料显著地降低现有的各类堇青石陶瓷材料的烧结致密化温度，同时该材料显著地提高堇青石型陶瓷的品质因数和温度稳定性，可以在5G/6G移动通讯与射频电子电路系统中做电子元器件的功能介质使用。

技术领域

本发明涉及无线移动通讯与射频电子电路系统用电子陶瓷元器件与材料技术领域，特别是涉及一种微波介质陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷(MWDC)是与微波通讯紧密相关的新型多功能介质材料，可以被用作介质谐振器、滤波器、天线、导波回路与微带线基板等功能器件材料，在许多微波毫米波通讯应用领域获得广泛应用，如移动电话、车载电话、手机、电视卫星接收器、卫星广播与导航、雷达、无线电遥控等。随着信息通讯时代的发展与升级，大数据、物联网、5G/6G、人工智能、无人驾驶、即时通信等新技术的兴起，国家与个人对通讯系统与设备的信息快速处理能力与通信质量的要求越来越高，这使得微波介质陶瓷材料由高介电常数向着超低介电常数(ε_r)、高品质因数(以Q×f值衡量，Q为品质因数，f为介质谐振频率)与近零谐振频率温度系数(τf)三者兼容以及原材料材料无毒害污染与低成本的方向发展。当前高品质因数、低介电常数的微波毫米波介质陶瓷是国内外 5G/6G材料领域的研究热点，虽然目前国内外已有一些公司在大量生产 5G-Sub6GHz低频段微波通讯介质陶瓷器件，但是随着5G向高频段5G-Sub100GHz甚至到6G通讯的太赫兹频段发展，高品质因数、低介电常数微波毫米波介质陶瓷材料目前国际上正处在积极研究开发中，未来具有很大前景。现有的堇青石结构类陶瓷材料的烧结温度高且范围窄，介电常数超过5.7 以上，品质因数则最高五万多GHz，且谐振频率温度系数不稳定。

发明内容

本发明的第一方面的一个目的是要提供一种微波介质陶瓷复合材料，解决现有技术中的堇青石微波陶瓷材料的烧结温度高且范围窄、介电常数高，品质因数低，且谐振频率温度系数不稳定的问题。

本发明的第二方面的一个目的是提供一种微波介质陶瓷材料制备方法；

本发明的第二方面的一个目的是解决现有技术中的预烧与烧结温度高、烧结范围窄，制备得到的微波陶瓷材料品质低的问题。

特别地，本发明提供一种微波介质陶瓷复合材料，为一种掺杂有Zn²⁺和 Mn⁴⁺的堇青石晶体结构材料与TiO₂的复合材料，其中，所述Zn²⁺和Mn⁴⁺协同置换所述堇青石晶格中的Al³⁺。

可选地，所述微波介质陶瓷复合材料的化学式为 Mg₂Al_4-2x(Mn_0.5Zn_0.5)_2xSi₅O₁₈·yTiO₂，其中，x为摩尔比，0＜x≤0.3，y为重量百分比，0＜y≤10.6wt％。

可选地，所述微波介质陶瓷复合材料的化学式为 Mg₂Al3.7Mn_0.15Zn_0.15Si₅O₁₈·yTiO₂，其中，y为重量百分比，0＜y≤10.6wt％。