[发明专利]一种复合BZT微波陶瓷介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，具体涉及一种介电常数适中、品质因数较高、频率温度系数接近零的复合BZT微波陶瓷介质材料及其制备方法，适用于制作现代通信技术中的介质谐振器、介质滤波器、介质基板以及介质天线等微波通信元器件。

背景技术

在过去近20年中，微波陶瓷介质在介质谐振器、介质滤波器、介质天线等微波通信元器件中的应用，使实现无线通信设备小型化和低成本化成为了现实。如今，微波介质陶瓷广泛应用于微波和移动通信领域，研制拥有自主知识产权的微波介质陶瓷新材料，已经成为事关国家长远发展和国家安全的战略性、前沿性和前瞻性高技术问题。国务院早在2009年发布的《电子信息产业调整振兴规划纲要》的文件内容中，明确提出将大力支持电子元器件的自主研发，并将其设为重点研究领域，研制介电常数系列化的、微波介电性能优异的介质陶瓷是这重点研究领域里的重要方面。高介电常数、高品质因数、频率温度系数接近零且烧结温度低是微波介质陶瓷的重点研究发展方向。器件的尺寸和介质的介电常数成反比，高介电常数有利于器件的小型化；高品质因素可以提高器件的选频特性；低的频率温度系数可以保证器件在不同温度下工作时性能稳定。

对于BaO-TiO₂体系中的BaTi₄O₉陶瓷烧结温度通常大于1300℃，介电常数为37，Q×f值为22700GHz，但是其较高的频率温度系数τf＝+15ppm/℃阻碍了它的大规模实际应用。烧结温度较高也不利于广泛应用。所以，为了改善烧结性能和微波介电性能，国内外许多研究人员进行了把CaO、SrO、ZnO、MnO、SnO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、WO₃等多种氧化物作添加剂加进到BaTi₄O₉陶瓷中的研究。其中，由于添加ZnO不仅具有降低烧结温度的作用，还可以改善微波介电性能，所以添加ZnO的BaTi₄O₉陶瓷是重要研究方向之一。例如，2006年Belous等人在欧陶(Journal ofthe European Ceramic Society)上报道了BaZn₂Ti₄O₁₁陶瓷的微波介电性能：介电常数为30，Q×f值为68000GHz，频率温度系数τ_f＝-30ppm/℃。

发明内容

本发明的目的是为不断向高频发展的无线通信技术提供一种介电常数适中、品质因数较高、频率温度系数在零附近连续可调且能够中温烧结的复合BZT微波陶瓷介质材料及其制备方法。

本发明技术方案如下：

一种复合BZT微波陶瓷介质材料，包含BaTi₄O₉和BaZn₂Ti₄O₁₁两种晶相结构，其中BaTi₄O₉和BaZn₂Ti₄O₁₁两种晶相结构之间的摩尔比为BaTi₄O₉∶BaZn₂Ti₄O₁₁＝(1-x)∶x，x∈[0.05，0.75]；同时包含相当于BaTi₄O₉和BaZn₂Ti₄O₁₁两种晶相结构质量之和的0.0～2.0％的MnO₂、0.0～1.5％的Nd₂O₃和0.0～3.0％的CuO。