[发明专利]一种频率稳定型低介微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种频率稳定型低介微波介质陶瓷材料及其制备方法，所述材料由质量百分比为70％～90％的主相陶瓷材料A、10％～30％的副相陶瓷材料B和0～1.0％的氧化物助烧剂C组成。其中主相陶瓷材料A为Mg_xMe_ySiO_2+x+y，副相陶瓷材料B组成为aRO‑bRe₂O₃‑cTiO₂，R为Ca或Sr中的至少一种，Re₂O₃为Sm₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、Al₂O₃和La₂O₃中的至少两种，氧化物助烧剂C为MnO₂、WO₃和CeO₂中的至少一种。本发明制备的微波介质陶瓷材料介电常数9.5～13.6，频率温度系数τ_f在‑16ppm/℃～13ppm/℃连续可调，具有较好的频率稳定性，适用于新一代移动通信和高频网络通讯等领域。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，尤其涉及一种频率稳定型低介微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是应用于微波频段电路中实现一种或多种功能的功能陶瓷材料，在现代通讯技术应用中起着重要作用，是制备介质谐振器、介质滤波器和介质波导滤波器等器件的关键材料。随着新一代移动通信和高频网络通讯对信号传输的低时延和可靠性要求越来越高，低介电常数且温度系数稳定性优良的微波介质陶瓷材料受到越来越多的关注。典型应用如5G基站中的滤波器，通常要求其-40℃～110℃的频率温度系数均在±5ppm/℃以内，从而保证器件在温差变化较大的环境中有较高的频率稳定性。

Mg₂SiO₄是一种性能优异的频率稳定型低介微波介质陶瓷材料，其ε_r＝6.8，Q×f＝270,000GHz，但是其τ_f为-70ppm/℃，通常需要通过掺杂或引入正τ_f的材料如CaTiO₃来调节τ_f至近0方可应用于微波元器件制备。专利CN101863655公开了通过Ca取代Mg制备的Mg₂SiO₄和MgCaSiO₄陶瓷，τ_f近0且可调，但Q×f值太低，仅为20000GHz左右。另一方面，Mg₂SiO₄陶瓷还有较高的热膨胀系数(～10ppm/℃左右)，可降低器件在温度变化环境中的开裂风险，提高了产品的可靠性，而同为低介材料的堇青石陶瓷热膨胀系数仅为2ppm/℃左右。

Ling Liu等在《Journal of Materials Science:Materials in Electronics》在2014年26卷1316-1321页发表的“Microstructures and microwave dielectricproperties of Mg₂SiO₄–Ca_0.9Sr_0.1TiO₃ ceramics”一文中通过Sr²⁺取代Ca²⁺的Ca_0.9Sr_0.1TiO₃将Mg₂SiO₄的τ_f调整至-3.62ppm/℃，同时获得较高的Q×f值。但实际应用中，由于简单钙钛矿结构的CaTiO₃、SrTiO₃或Ca _1-xSr_xTiO₃的温度系数线性度较差，相应产品在全温度范围(如-40℃～110℃)内频率温度系数难以同时满足τ_f≤±5ppm/℃的要求，相关器件频率稳定性较差，这限制了其在移动基站中的使用。