[发明专利]一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温烧结的中介电常数微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介质 材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、 介质基片、介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便 携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达等方面有着 十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大 的作用。

对微波介质元器件的要求主要在于：1)介电常数要高，以实现小型化；2) 介电损耗要小，即品质因子Qf值要高；3)热稳定性高，即谐振频率温度系数(TCF) 接近0ppm/℃。

近年来，随着低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC) 和微波多层器件发展的发展，要求使用价格低廉的金属如Ag作为形成多层陶瓷 电容器中的内电极的材料来代替Pd、Pt和Au等贵金属。Ag的熔点为960℃， 而一般微波陶瓷的烧结温度大都在1300℃左右。如果将Ag与烧结温度高于960 ℃的介电陶瓷合并在一起形成多层陶瓷电容器，则会出现在介电陶瓷材料烧结 过程中Ag被熔化出来的问题。因此，开发可与Ag电极共烧的低温烧结微波介 质陶瓷是非常重要的。

目前，降低微波介质材料烧结温度的方法有三种：掺杂适当的氧化物或者 低熔点玻璃等烧结助剂；采用化学合成法和使用超细粉体作为起始原料以及选 用固有烧结温度较低的材料。采用化学合成方法需要复杂的处理步骤，会大大 增加微波介质元器件的生产成本和时间。许多研究表明，氧化物或低熔点玻璃 的掺入可以有效的降低陶瓷材料的烧结温度，但是会不同程度的损坏材料的微 波介质性能。如何有效降低微波介质陶瓷的烧结温度而保持较高的微波性能是 低温烧结技术领域的一大难题，可以考虑选择微波性能良好的陶瓷体系进行低 温烧结研究。

方亮等在《Materials letters》2004年58期3884～3887页发表的 “Preparation and characterization of two new dielectric ceramics Ba₃La₂Ti ₂Nb₂O₁₅ and Ba₂La₃Ti₃NbO₁₅”一文中公开了Ba₃La₂Ti₂Nb₂O₁₅陶瓷在1445℃烧结的微 波介电性能：介电常数ε_r为49.37，品质因子Qf为20207GHz，频率温度系数τ _f为+4ppm/℃；Ba₂La₃Ti₃NbO₁₅陶瓷在1460℃烧结的微波介电性能：介电常数ε_r为42.83，品质因子Qf为21726GHz，频率温度系数τ_f为-8ppm/℃。Y.Fukami 等在《Journal of the European Ceramic Society》2006年26期2055 2058页发 表的“Microstructure and microwave dielectric properties ofceramics with template particles”一文中公开了BaLa₄Ti₄O₁₅陶瓷在1600℃烧 结的微波介电性能：介电常数ε_r为45，品质因子Qf为40000GHz，频率温度系 数τ_f为-15ppm/℃。上述这三种材料Ba₃La₂Ti₂Nb₂O₁₅、Ba₂La₃Ti₃NbO₁₅、属于Ba_5-xLa_xTi_xNb_4-xO₁₅系列微波介质陶瓷材料，它们具有优良的微波介电性能，介 电常数在40～50范围，高的品质因子，谐振频率温度系数接近于0ppm/℃，具 有重要的应用价值。但是，它们的烧结温度都在1400℃以上，远远高于Cu、Ag 的熔点，不能实现和廉价金属的共烧，必须对其进行低温化研究。