[发明专利]一种高介电常数低损耗微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高介电常数低损耗微波介质陶瓷及其制备方法，其中，高介电常数低损耗微波介质陶瓷包括主晶相，所述主晶相的化学表达式为Ba_6‑3x(Pr_ySm_1‑y)_8+2xTi₁₈O₅₄，其中，1/2≤x≤2/3，0≤y≤0.25。本发明创造性的使用少量Pr对进行Sm置换，得到高介电常数低损耗微波介质陶瓷Ba_6‑3x(Pr_ySm_1‑y)_8+2xTi₁₈O₅₄，其中，1/2≤x≤2/3，0≤y≤0.25。本发明的高介电常数低损耗微波介质陶瓷具有近零温度系数‑11.5ppm/℃～+5.1ppm/℃，高介电常数78.1～83.8，较高的品质因数7100GHz～9700GHz。

技术领域

本发明属于微波介质陶瓷技术领域，更具体地，涉及一种高介电常数低损耗微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是近几十年来发展起来的一类新型电子陶瓷材料，是谐振器、滤波器、双工器、微波电容器、片式天线、稳频振荡器、波导传输线等微波元器件中的关键材料，其中介质谐振器和滤波器是应用量最大的微波介质陶瓷元器件。微波介质陶瓷制成的微波元器件具有体积小，品质因数高，温度稳定性好等优点，已广泛应用于移动通信领域。

近年来，随着4G在全球实现规模商用，5G技术已成为全球移动通信产业的研发重点。5G移动通信设计者把目标集中在缩小电路的尺寸以及提高性能上，因此对实用电路中的微波元器件提出了微型化、集成化、模块化和低成本化的新要求。为了进一步减小微波元器件的尺寸、提高微波元器件的性能和降低生产成本，需要高介电常数、高性能兼备、无毒环保的微波介质陶瓷材料。

在当前高介微波介质陶瓷中，研究较多的体系包括Pb基钙钛矿体系、(A’A”)BO₃体系、Ca-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂体系(Ln＝La，Nd，Sm)和BaO-Ln₂O₃-TiO₂体系(Ln＝La，Pr，Nd，Sm)等。华中科技大学周东祥等人发明的一种低温烧结多元多相复合微波介质陶瓷及其制备方法(ZL.03128236.9)，其微波介电性能为ε_r＝70～90，Q×f＞5600GHz，TCF＜+30ppm/℃。该专利存在以下不足：(1)谐振频率温度系数较大；(2)所选材料中含有毒重金属铅元素，对环境污染较大。电子科技大学李恩竹等人在专利ZL.201510388189.0制备了一种中温烧结Ca-Nd-Ti体系微波介质陶瓷，其微波介电性能为ε_r＝70～90，Q×f＝4000～8500GHz，TCF＞+200ppm/℃。该专利具有较低烧结温度，但助烧剂的掺入恶化了微波介电性能，且谐振频率温度系数非常大，不能满足实际生产的需求。江苏江佳电子股份有限公司于2016年申请的介电常数可调高介电常数微波介质陶瓷(CN201610017461.9)xCaTiO₃-yLi_1/2Sm_1/2TiO₃+awt％Ce₂O₃，其微波介电性能为ε_r＝90.5～126.8，Q×f＝2812～3600GHz，TCF＝-9.5～+327.3ppm/℃。该专利存在以下不足(1)陶瓷的品质因数较低，最高只达到3600GHz；(2)配方中存在有易挥发的元素Li，不容易准确控制化学计量比。中国计量学院李正法等人发明的低损耗、低频率温度系数的微波介质陶瓷及制备方法(ZL.200610049563.5)，采用溶胶凝胶法制备了Ba_6-3x(Eu_1-yNd_y)_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷，其微波介电性能为ε_r＝45～70，Q×f＝1100～7500GHz，TCF值近零。该专利所存在的问题(1)制备工艺为溶胶凝胶法，该工艺步骤繁杂，产量少，不利于大规模工业生产；(2)陶瓷介电常数偏低，且品质因数不高。