本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

微波介質(zhì)是近30年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新型電子介質(zhì)，它具有低損耗、頻率溫度系數(shù)小等特點(diǎn)。微波介質(zhì)可以用來(lái)制作濾波器、諧振器、介質(zhì)導(dǎo)波回路等微波元器件和微波電路基片，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、電視、雷達(dá)、移動(dòng)通訊和電子計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域。國(guó)務(wù)院早在2009年《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃綱要》的文件提出研制介電常數(shù)系列化、微波性能優(yōu)異的介質(zhì)材料的重要性。高品質(zhì)因數(shù)、頻率溫度系數(shù)接近于零且燒結(jié)溫度低是微波介質(zhì)的重點(diǎn)研究和發(fā)展方向。

ltcc技術(shù)使用的互聯(lián)導(dǎo)體一般具有優(yōu)異導(dǎo)電性的銀金屬，其熔點(diǎn)約為961℃，這就要求應(yīng)用在ltcc技術(shù)上的陶瓷材料必須要在950℃以下燒結(jié)致密，另外，應(yīng)用在ltcc技術(shù)上的微波陶瓷材料還應(yīng)具有以下特點(diǎn)：(1)適宜的介電常數(shù)以有利于器件的小型化；(2)高的品質(zhì)因數(shù)以降低損耗，一般要求q×f≥20000ghz；(3)近零的溫度系數(shù)(10～+10ppm/℃)以有利于溫度穩(wěn)定性。然而，許許多多的高溫?zé)Y(jié)微波陶瓷為了滿足ltcc的溫度要求(燒結(jié)致密溫度低于950℃)都必須添加助燒劑(b2o3、玻璃和v2o5等低熔點(diǎn)氧化物)，例如在ohsatoh,ohhashit,katoh,etal.microwavedielectricpropertiesandstructureoftheba6-3xsm8+2xti18o54solidsolutions[j].japanesejournalofappliedphysics,1995,34(1):187-191中報(bào)道，ba6-3xsm8+2xti18o54通過(guò)添加0.5wt％b2o3將燒結(jié)溫度從1733k降到1473k，同時(shí)也降低了品質(zhì)因數(shù)和介電常數(shù)，這就是典型的犧牲微波介電性能換取低溫?zé)Y(jié)的案例。由此可知，助燒劑雖然能起到降燒的效果，但助燒劑的添加，會(huì)惡化其微波介電性能，同時(shí)降低致密度和瓷體強(qiáng)度；添加助燒劑所形成的結(jié)構(gòu)難于控制，制備工藝相對(duì)復(fù)雜，通常助燒劑都必須單獨(dú)制備，如經(jīng)過(guò)玻璃熔融過(guò)程，在此過(guò)程中不僅增加了工藝的復(fù)雜性，并且需耗費(fèi)大量能源增加了能耗。因此開(kāi)發(fā)出低溫?zé)Y(jié)微波陶瓷已經(jīng)成了一種趨勢(shì)。

釩酸鹽體系是一種新型ltcc微波介質(zhì)材料，不僅燒結(jié)溫度低，并且具有q×f值高的優(yōu)點(diǎn)，近幾年逐漸地被人們所關(guān)注。例如，journaloftheamericanceramicsociety,2013,96(6):1691-1693《novelseriesoflow‐firingmicrowavedielectricceramics:ca5a4(vo4)6(a2+＝mg,zn)》報(bào)道，ca5zn4(vo4)6和ca5mg4(vo4)6微波陶瓷在725℃和800℃下燒結(jié)的微波介電性能：介電常數(shù)11.7和9.2、品質(zhì)因數(shù)q×f＝49400ghz和53300ghz、溫度系數(shù)-83ppm/℃和-50ppm/℃；journalofmaterialsscience:materialsinelectronics2016,27(7):7292-7296《microwavedielectricpropertiesoflowtemperaturesinteringca5mn4(vo4)6》報(bào)道，ca5mn4(vo4)6微波介質(zhì)在875℃溫度下燒結(jié)，具有良好的微波介電性能：相對(duì)介電常數(shù)11.2、品質(zhì)因數(shù)q×f＝33800ghz，但不足的是諧振頻率溫度系數(shù)-70ppm/℃，嚴(yán)重限制了該微波介質(zhì)在電子信息材料與元器件的應(yīng)用。

基于此，本發(fā)明提供一種零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)及其制備方法，用以克服現(xiàn)有微波介質(zhì)材料溫度系數(shù)限制其應(yīng)用得問(wèn)題；該材料化學(xué)式為：ca5+aco4+bv6+co24－ytio2，其中，a+b+c＝-0.05，-0.05≤a≤0，-0.05≤b≤0，-0.05≤c≤0，0.07≤y≤0.19；該微波介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)諧振頻率溫度系數(shù)為：-10ppm/℃～+10ppm/℃，并且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、重復(fù)好、易于工業(yè)化生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)，其特征在于，所述微波介質(zhì)的化學(xué)表達(dá)式為：

ca5+aco4+bv6+co24－ytio2，其中，a+b+c＝-0.05，-0.05≤a≤0，-0.05≤b≤0，-0.05≤c≤0，0.07≤y≤0.19。

進(jìn)一步的，所述微波介質(zhì)的化學(xué)表達(dá)式中：0.11≤y≤0.15；所述微波陶瓷材料的主晶相為ca5co4(vo4)6，次晶相為tio2。

進(jìn)一步的，所述微波介質(zhì)的諧振頻率溫度系數(shù)為：-10ppm/℃～+10ppm/℃。

上述零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：以cao、co2o3、v2o5和tio2為原料，按照摩爾比ca：co：v：ti＝5+a：4+b：6+c：y進(jìn)行配料，混合均勻得到混合料；其中，a+b+c＝-0.05，-0.05≤a≤0，-0.05≤b≤0，-0.05≤c≤0，0.07≤y≤0.19；

步驟2：將步驟1所得混合料依次經(jīng)過(guò)球磨、烘干、過(guò)篩，得到干燥粉體；

步驟3：將步驟2所得粉體于750～850℃預(yù)燒2～4小時(shí)，得到預(yù)燒料；

步驟4：將步驟3所得預(yù)燒料再依次經(jīng)過(guò)球磨、烘干、過(guò)篩，得到干燥粉體；

步驟5：將步驟4所得粉體進(jìn)行造粒，經(jīng)干壓成型和排膠處理后得生坯，將生坯于900～925℃溫度下燒結(jié)2～5小時(shí)，即得到所述微波介質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述步驟2和步驟4的工藝參數(shù)相同，球磨時(shí)間為：4～7h，烘干溫度為：80～100℃。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供一種零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)及其制備方法，該微波介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)諧振頻率溫度系數(shù)為：-10ppm/℃～+10ppm/℃，即零溫度系數(shù)；該材料具備燒結(jié)溫度低的特性(燒結(jié)溫度<950℃)，不需添加任何助燒劑，有效防止了助燒劑造成其介電性能惡化的發(fā)生，并保持較高的致密度和瓷體強(qiáng)度；同時(shí)，有效避免了添加助燒劑所形成的復(fù)相結(jié)構(gòu)難于控制、制備工藝復(fù)雜(助燒劑必須單獨(dú)制備，如經(jīng)過(guò)玻璃熔融過(guò)程)等問(wèn)題；綜上，本發(fā)明提供一種零溫度系數(shù)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)，同時(shí)，該微波介質(zhì)制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保節(jié)能、重復(fù)好、且成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備得ca5+aco4+bv6+co24－ytio2微波介質(zhì)的xrd衍射分析圖。

圖2為實(shí)施例1制備得ca5+aco4+bv6+co24－ytio2微波介質(zhì)的表面sem圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1～實(shí)施例5

上述實(shí)施例中提供微波介質(zhì)的化學(xué)表達(dá)式為：ca5+aco4+bv6+co24－ytio2，其中，a＝b＝0,c＝-0.05,y＝0.13；該微波介質(zhì)的具體制備步驟如下：

步驟1：以cao、co2o3、v2o5和tio2為原料，按照摩爾比ca：co：v：ti＝5+a：4+b：6+c：y進(jìn)行配料，混合均勻得到混合料；

步驟2：將步驟1所得混合料經(jīng)球磨7h、在100℃溫度下烘干并過(guò)40目篩，得到干燥粉體；

步驟3：由步驟2所得粉體置于775℃預(yù)燒3小時(shí)，得到預(yù)燒料；

步驟4：將得到的預(yù)燒料二次球磨7h、在100℃溫度下烘干并過(guò)40目篩，得到干燥粉體；

步驟5：將由步驟4所得粉料進(jìn)行造粒，經(jīng)干壓成型和排膠處理后得生坯，將生坯于900～925℃溫度下燒結(jié)2～5小時(shí)后，即得到所需要的微波介質(zhì)；

步驟6：根據(jù)hakki-coleman介質(zhì)諧振法，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試樣品高頻下的介質(zhì)性能和頻率溫度系數(shù)；測(cè)的結(jié)果介電常數(shù)，品質(zhì)因數(shù)，諧振頻率溫度系數(shù)。

實(shí)施例1～實(shí)施例5的具體成分組成、工藝參數(shù)和微波介電性能如下表所示：

其中，實(shí)施例1中微波介質(zhì)的xrd衍射分析圖和表面sem圖分別如圖1、圖2所示。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開(kāi)的所有特征、或所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。