及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及用于制造微波頻率使用的陶瓷基板、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】
[0002] 微波介電陶瓷是指應用于微波頻段(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) 導波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術的關鍵基礎材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無 繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應用，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] 應用于微波頻段的介電陶瓷，應滿足如下介電特性的要求：（1)系列化介電常數(shù)^ 以適應不同頻率及不同應用場合的要求；（2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或低的介電損耗tanS以降低 噪音，一般要求Qf2 3000 GHz;(3)諧振頻率的溫度系數(shù)τ/盡可能小以保證器件具有好的 熱穩(wěn)定性，一般要求-10 ppm /Κτ/S+10 ppm/°c。國際上從20世紀30年代末就有人嘗試 將電介質(zhì)材料應用于微波技術，并制備出Ti02微波介質(zhì)濾波器，但其諧振頻率溫度系數(shù)τ/ 太大而無法實用化。上世紀70年代以來，開始了大規(guī)模的對介質(zhì)陶瓷材料的開發(fā)工作，根 據(jù)相對介電常數(shù)k的大小與使用頻段的不同，通?？蓪⒁驯婚_發(fā)和正在開發(fā)的微波介質(zhì)陶 瓷分為4類。
[0004] (1)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，主要代表是Al2〇3-Ti〇2、Y2BaCu0 5、MgAl2〇4和 Mg2Si〇4等，其er < 20，品質(zhì)因數(shù)Q X 50000GHz，τ 1 〇 ppm/° c。主要用于微波基板以及高 端微波元器件。
[0005] (2Mger和高Q值的微波介電陶瓷，主要是Ba〇-Mg〇-Ta2〇5，Ba〇-Zn〇-Ta2〇5SBaO-Mg〇-Nb2〇5，Ba〇-Zn〇-Nb2〇5系統(tǒng)或它們之間的復合系統(tǒng)MWDC材料。其ε Γ=20~35，Q=(l~2)X 104(在f2 10 GHz下），τ/?〇。主要應用于f>8 GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機中作為介質(zhì) 諧振器件。
[0006] (3)中等edPQ值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi4〇9、Ba2Ti9〇2Q和(Zr、Sn)Ti〇4等為 基的MWDC材料，其e r = 35~45，Q=(6~9) X 103(在f=3~一4GHz下），τ/ < 5 ppm/° C。主要用于4 ~8 GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。
[0007] (4)高^而〇值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8~4GHz頻率范圍內(nèi)民用移動通 訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研究的重點。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-Ln2〇 3-Ti〇2系列(Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡稱BLT系）、復合鈣鈦礦 結(jié)構CaO-Li2〇一Ln2〇3-Ti〇2系列、鉛基系列材料、Cai- xLn2x/3Ti〇3系等尚￡]:微波介電陶瓷， 其中BLT體系的BaO-Nd2〇 3-Ti〇2材料介電常數(shù)達到90,鉛基系列（Pb，Ca)Zr03介電常數(shù)達 到 105〇
[0008] 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(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國內(nèi)外的研究人員對一些低燒體系 材料進行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復合材料體系，因低熔點 玻璃相具有相對較高的介質(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)陶瓷材料是當前研究的重點。
[0009] 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注與 研究，但是由于微波介電陶瓷的三個性能指標(e r與Q · f和τ/)之間是相互制約的關系(見 文獻:微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能間的制約關系，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），滿足三個性能要求且可低溫燒結(jié)的單相微波介質(zhì)陶瓷非常 少，主要是它們的諧振頻率溫度系數(shù)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實際應用要求。目 前對微波介質(zhì)陶瓷的研究大部分是通過大量實驗而得出的經(jīng)驗總結(jié)，卻沒有完整的理論來 闡述微觀結(jié)構與介電性能的關系，因此，在理論上還無法從化合物的組成與結(jié)構上預測其 諧振頻率溫度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)等微波介電性能，這在很大程度上限制了低溫共燒技術及微 波多層器件的發(fā)展。探索與開發(fā)既能低溫燒結(jié)同時具有近零諧振頻率溫度系數(shù)(-10 ppm / °C < τ/ < +10 ppm/°C)與較高品質(zhì)因數(shù)的微波介電陶瓷是本領域技術人員一直渴望解決但 始終難以獲得成功的難題。我們對Bi2LaNbTi0 9、Bi2SmNbTi09和Bi2NdNbTi0 9的系列化合物進 行了微波介電性能的研究，發(fā)現(xiàn)它們的燒結(jié)溫度低于l〇〇〇°C，其中Bi2SmNbTi0 9損耗太大而 無法找到諧振峰，而Bi2NdNbTi09損耗較小但諧振頻率溫度系數(shù)偏大（τ/= 69ppm/°C)而無法 作為實用化的微波介質(zhì)陶瓷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種鈦酸鹽作為溫度穩(wěn)定型低介電常數(shù)微波介電陶瓷的應 用，以及制備該微波介電陶瓷的方法。該微波介電陶瓷具有良好的熱穩(wěn)定性與低損耗，同時 可低溫燒結(jié)。
[0011] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學組成為B i 2LaNbT i 〇9。
[0012] 本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為： (1)將化學原料Bi2〇3、La2〇3、Nb 2〇5和Ti02粉末按化學計量式Bi2LaNbTi0 9稱量配料。
[0013] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在900°C大氣 氣氛中預燒6小時。
[0014] (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950~980°C 大氣氣氛中燒結(jié)4小時;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%。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點收21^他1^09陶瓷燒結(jié)溫度低，原料成本低；介電常數(shù)達到33.2~ 34.5，其諧振頻率的溫度系數(shù)τ/小，溫度穩(wěn)定性好；品質(zhì)因數(shù)Qf值高達51900-66100GHZ，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及微波 多層器件的技術需要。
【具體實施方式】
[0016] 實施例： 表1示出了構成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個具體實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)諧振器法進行微波介電性能的評價;采用X射線衍射分析進行物相 分析，所有樣品為單相陶瓷。
[0017] 本陶瓷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，可滿足移 動通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術需要。
[0018] 表1:
【主權項】
1. 一種鈦酸鹽作為溫度穩(wěn)定型低介電常數(shù)微波介電陶瓷的應用，其特征在于所述微波 介電陶瓷的化學組成為:Bi2LaNbTi〇9，其介電常數(shù)為33.2~34.5，諧振頻率溫度系數(shù)為9ppm /°C； 所述微波介電陶瓷的制備方法具體步驟為： (1) 將化學原料Bi2〇3、La2〇3、Nb2〇 5和Ti〇2粉末按化學計量式Bi2LaNbTi〇9稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在900°C大氣氣氛 中預燒6小時； (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950~980°C大氣 氣氛中燒結(jié)4小時;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%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低損耗溫度穩(wěn)定型低介電常數(shù)微波介電陶瓷Bi2LaNbTiO9及其制備方法。（1）將化學原料Bi2O3、La2O3、Nb2O5和TiO2粉末按化學計量式Bi2LaNbTiO9稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在900℃大氣氣氛中預燒6小時；（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950~980℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時；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1000℃以下燒結(jié)良好，介電常數(shù)達到33.2～34.5，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達51900-66100GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應用價值。
【IPC分類】C04B35/64, C04B35/453
【公開號】CN105503174
【申請?zhí)枴緾N201510951134
【發(fā)明人】覃杏柳, 蘇聰學, 鞏美露
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月19日