一種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可低溫?zé)Y(jié)的溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷La2Bi5V3O18及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的La2O3、Bi2O3和V2O5的原始粉末按La2Bi5V3O18的組成稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在650℃大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)；（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在700~750℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添加量占粉末總質(zhì)量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷在700~750℃燒結(jié)良好，介電常數(shù)達(dá)到19.4～19.8，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)51000-66000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】-種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波介電陶瓷材料，特別是涉及用于制造微波頻率使用的介質(zhì)基板、 陶瓷諧振器與濾波器等微波元器件的介電陶瓷材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段（主要是UHF和SHF頻段）電路中作為介質(zhì)材 料并完成一種或多種功能的陶瓷，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片和介 質(zhì)導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動(dòng)電話、汽車電話、 無繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達(dá)等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小 型化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。
[0003] 應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足如下介電特性的要求：（1)系列化介電常數(shù) ε ^以適應(yīng)不同頻率及不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求；（2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或介質(zhì)損耗tan δ以降 低噪音，一般要求Qf 3 3000GHz ; (3)諧振頻率的溫度系數(shù)Tf盡可能小以保證器件具有好 的熱穩(wěn)定性，一般要求_l〇/°C彡τ f彡+IOppm/°C。國(guó)際上從20世紀(jì)30年代末就有人嘗 試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)。
[0004] 根據(jù)相對(duì)介電常數(shù)L的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發(fā)和正在開發(fā) 的微波介質(zhì)陶瓷分為4類。
[0005] (1)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，主要代表是Al203-Ti0 2、Y2BaCu05、MgAl2O4和 Mg2SiO4等，其ε r < 20,品質(zhì)因數(shù)QXf > 50000GHz，τ f < l〇ppm/°C。主要用于微波基板 以及高端微波元器件。
[0006] (2)低ε r和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5, BaO-ZnO-Ta2O5或 BaO-MgO-Nb2O5, BaO-ZnO-Nb2O5系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其ε r = 20?30, Q =(1?2) X 104(在f彡IOGHz下），τ f?〇。主要應(yīng)用于f彡8GHz的衛(wèi)星直播等微波通 信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
[0007] (3)中等ε r和Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi409、Ba2Ti 9O2tl和（Zr、SrOTiO4 等為基的MWDC材料，其ε r = 30?50, Q = (6?9) X IO3 (在f = 3?一4GHz下）， τ f彡5ppm/°C。主要用于4?8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧 振器件。
[0008] (4)高ε,而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8?4GHz頻率范圍內(nèi)民用移動(dòng) 通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點(diǎn)。80年代以來，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研 究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO - Ln2O3 - TiO2系列（Ln = La、Sm、Nd或Pr等，簡(jiǎn)稱BLT系）、 復(fù)合f丐欽礦結(jié)構(gòu)CaO -Li2O一Ln2O3一TiO2系列、鉛基系列材料、CahLn 2xjZ3TiO3系等商ε ^微 波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO - Nd2O3 - TiO2材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列（Pb, Ca) ZrO3介電常數(shù)達(dá)到105。
[0009] 以上這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300°C，不能直接與Ag和Cu等低熔點(diǎn)金 屬共燒形成多層陶瓷電容器。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)（Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)一些低燒體系材 料進(jìn)行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復(fù)合材料體系，因低熔點(diǎn) 玻璃相具有相對(duì)較高的介質(zhì)損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗。因此研制無 玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。
[0010] 在探索與開發(fā)新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中，固有燒結(jié)溫度低的Li基 化合物、Bi基化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關(guān)注 與研究，但是由于微波介電陶瓷的三個(gè)性能指標(biāo)與Q*f^P Tf)之間是相互制約的 關(guān)系（見文獻(xiàn)：微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能間的制約關(guān)系，朱建華，梁飛，汪小紅，呂文中， 電子元件與材料，2005年3月第3期），滿足三個(gè)性能要求且可低溫?zé)Y(jié)的單相微波介質(zhì) 陶瓷非常少，它們的諧振頻率溫度系數(shù)通常過大或者損耗太大品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實(shí)際 生產(chǎn)應(yīng)用。目前對(duì)微波介質(zhì)陶瓷的研究大部分是通過大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，卻沒 有完整的理論來闡述其微觀結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)系，因此，在理論上還無法從化合物的組 成與結(jié)構(gòu)上預(yù)測(cè)其是否具有微波介電性能以及諧振頻率溫度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)等性能參數(shù) 的數(shù)值范圍，這在很大程度上限制了低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的發(fā)展。因此，探索與 開發(fā)既能低溫?zé)Y(jié)同時(shí)具有近零諧振頻率溫度系數(shù)（τ f彡10PPm/°C )與較高品質(zhì)因數(shù) (Q · f > 50000GHz)的微波介電陶瓷是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直渴望解決但始終難以獲得成功 的難題。我們對(duì)組成為L(zhǎng)a2Bi 5V3018、Nd2Bi5V 3018、Sm2Bi5V30 18、Pr2Bi5V3018的釩酸鹽進(jìn)行了微波 介電性能的研究，其中發(fā)現(xiàn)它們的燒結(jié)溫度低于900°C，但只有La 2Bi5V3O18具有近零諧振頻 率溫度系數(shù)與高品質(zhì)因數(shù)，其它組成陶瓷的諧振頻率溫度系數(shù)都偏大（>30ppm/°C )


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種具有低損耗與良好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)可低溫?zé)Y(jié)的超低 介電常數(shù)微波介電陶瓷材料及其制備方法。
[0012] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學(xué)組成為L(zhǎng)a2Bi5V 3O18O
[0013] 本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為：
[0014] (1)將純度為99. 9 % (重量百分比）以上的La203、Bi2O3和V 2O5的原始粉末按 La2Bi5V3O18的組成稱量配料。
[0015] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在650°C大 氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[0016] (3)在步驟⑵制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在 700-750°C大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚 乙烯醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。
[0017] 本發(fā)明制備的陶瓷在700?750°C燒結(jié)良好，介電常數(shù)達(dá)到19. 1?19. 8,其諧振 頻率的溫度系數(shù)τ f小，溫度穩(wěn)定性好；其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)51000-66000GHZ，可廣泛用于 各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足低溫共燒技術(shù)及微波多層器件 的技術(shù)需要，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例：
[0019] 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個(gè)具體實(shí)施例及其微波介電性能。其 制備方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評(píng)價(jià)。
[0020] 本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)基板等微波器件的制造，可滿足移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信 等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
[0021] 表1:
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，其特征在于，所述微波介電陶瓷的化 學(xué)組成為：La 2Bi5V3O1815
2. -種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷的制備方法，其特征在于，具體步驟 為： (1) 將純度為99. 9% (重量百分比）以上的La203、Bi203和V 2O5的原始粉末按La2Bi5V3O 18 的組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在650°C大氣氣 氛中預(yù)燒6小時(shí)； (3) 在步驟（2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在700-750°C大 氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK104311030SQ201410554933
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】方亮, 李威, 孫宜華 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)