[发明专利]中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法

说明书

本申请公开了一种中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法，将化工原材料按照摩尔数配料、球磨，在1100～1150℃保温3h进行预烧，将预烧的粉体进行二次球磨，加入PVA(聚乙烯醇)粘结剂造粒，压制成圆柱坯体，在1340～1400℃保温3h烧结，即可得所需要的低介电常数微波介质陶瓷。该材料其介电性能优异：其介电常数为26.5～29.2，品质因数为61200～75000GHz，‑40～110℃谐振频率温度系数为‑2.0～2.0ppm/℃，弯曲强度≥180N，35～600℃热膨胀系数10.5ppm/℃，弹性模量≥200GPa。利用本发明提供的中介电常数微波介质陶瓷制作的滤波器，在5G通讯中有着广泛的应用。

技术领域

本申请涉及以成分为特征的陶瓷组合物，特别是中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法。

背景技术

随着5G时代的来临，5G基站向着小型化、轻量化和高集成化发展，MIMO技术所使用的天线数量将迎来成倍增长，预计将需要64个乃至128个天线。由于每个天线都需要配备相应的双工器，并由相应的滤波器进行信号频率的选择与处理，滤波器的需求量将大量增加，因此这就对滤波器的器件尺寸与发热性能有更高的要求。腔体滤波器由于其体积大，发热量大，难以在高密集型天线中广泛使用，面临较大的发展压力。因此，5G陶瓷介质滤波器将发挥其体积小、重量轻等优势，在未来广阔的5G市场中占得先机，并将逐步成为滤波器行业的主流。

因滤波器的应用场景广泛且严苛，对这类陶瓷材料的机械强度(包括弯曲强度、弹性模量、热膨胀系数等)要求也越来越高。电性能指标决定这款微波介质陶瓷粉体是否可以用于制作介质陶瓷滤波器，而物理性能指标决定制作的介质陶瓷滤波器是否可以得到广泛的应用以及使用寿命，所以材料体系的开发和改性研究也越来越受到人们重视。目前，中介电常数微波介质陶瓷的研究体系主要包括BaTi4O9/Ba2Ti9O20体系，(Zr,Sn)TiO4系等。BaO-TiO2系陶瓷材料品质因数≧45000GHz@4.1GHz，-40～110℃温度系数4.0ppm，弯曲强度为125N，35～600℃热膨胀系数10.4ppm，弹性模量161；(Zr,Sn)TiO4系陶瓷材料品质因数≧55000GHz@4.1GHz，-40～110℃温度系数2.6ppm，弯曲强度为130N，35～600℃热膨胀系数7.0ppm，较低，弹性模量128。这两类陶瓷材料虽品质因数较优异，但物理性能限制了其在5G通讯中的应用。

aMgO-bZnO-cCaCO3-dSm2O3-TiO2微波介质陶瓷是最近几年发展起来的一种可用于微波频段的介质材料，其具有优异的微波介电性能：适中的介电常数(26.5～29.2)，相对较高的品质因数(74412GHz)，稳定的谐振频率温度系数(0ppm/℃)，优异的物理性能(弯曲强度≧180N，热膨胀系数10.5ppm/℃，弹性模量≧200GPa)。因此，aMgO-bZnO-cCaCO3-dSm2O3-TiO2微波介质陶瓷材料是一种非常有前途的新型微波介质材料。。

发明内容

本发明是提供一种中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法，生产工艺简单，重复性好，性价比高，原料丰富，应用广泛，其具有优异的微波介电性能：适中的介电常数(26.5～29.2)，相对较高的品质因数(74412GHz)，稳定的谐振频率温度系数(0ppm/℃)，优异的物理性能(弯曲强度≥180N，热膨胀系数10.5ppm/℃，弹性模量≥200GPa)。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种中介电常数低损耗高物理性能的微波介质陶瓷的制备方法，依次包括如下步骤：

S1按如下摩尔比准备化学原料MgO∶ZnO∶CaCO₃∶Sm₂O₃∶TiO₂＝0.45-0.85∶0.03-0.38∶0.04-0.15∶0.01-0.10∶1；

S2将上述化学原料置入球磨罐中混合，加入氧化锆球和去离子水，球磨36小时；