[发明专利]一种高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种利用高介电的Ca_0.8Sr_0.2TiO₃和具有大的负谐振温度系数的Li_0.5Nd_0.5TiO₃组合制备高介电常数微波介质陶瓷材料，属信息功能材料技术领域。

背景技术

微波介质陶瓷是一类应用较为广泛的信息功能材料，可应用于微波电路中实现对电磁波的传输、反射、吸收从而达到对微波调制的作用，具有损耗低、谐振频率温度系数小、介电常数大等特点，可以制成介质稳频振荡器、介质谐振器、介质波导传输线、介质滤波器、双工器、微波介质天线等。微波介质陶瓷在发展过程中，由于谐振温度系数较高造成的不稳定等因素长期存在，直至Bell 实验室研制出温度稳定性好的Ba₂Ti₉O₂₀ 陶瓷材料，才实现了介质谐振器的实用化。随着移动通讯、雷达、卫星直播电视、全球卫星定位系统（GPS）等微波应用技术的迅速发展，频率高端化、集成化、小型化和低成本化已成为微波技术发展的必然趋势。然而，小型化则意味着要求介质陶瓷本身具有高的介电常数。已有的高介电微波陶瓷材料中，(Ba, Sr, Ca)TiO₃系列陶瓷具有很高的介电常数，甚至可达到800以上，但是谐振温度系数高达正的数千以上，因而基本没有实际使用价值。在现有的趋于实用化且介电常数高于85的高介电微波陶瓷材料中，类钙钛矿钨青铜结构的Ba-Nd-Sm-Ti-O体系被认为是很有前景的一类，其介电常数在100左右可获得近零的谐振温度系数，然而要在现有的微波介质陶瓷中进一步提高介电常数并保持近零的谐振温度系数则显得较为困难。

在微波介质陶瓷的研究过程中，有研究人员发现Li_0.5Ln_0.5TiO₃（Ln = Nd, Sm）具有大的负谐振温度系数（可达-300ppm/℃），由于谐振温度系数具有一定的加和性，因而用其与别的高介电、高谐振温度系数的微波陶瓷组合有望获得拥有高的介电常数和低的谐振温度系数的微波介质陶瓷。因此，现阶段相当多的高介电微波陶瓷材料都是基于这样的方法进行研究，当谐振温度系数接近零时所得介电常数最高约在110附近，相对于传统的高介电微波陶瓷，综合性能进步明显，但皆存在品质因子Q×f值偏低（<1000 GHz）的问题，同时为满足器件的微纳化仍需提高介电常数。因此，为获得更高介电常数、低谐振温度系数且品质因子有所提高的高介电微波陶瓷材料，本发明提供了下面所述的发明内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种高介电常数、低谐振温度系数、损耗较低、工艺简单的高介电常数微波介质陶瓷材料。

本发明一种高介电常数微波介质陶瓷材料的主要成分为Ca_0.8Sr_0.2TiO₃和Li_0.5Nd_0.5TiO₃组合固熔体，其制备方法包括如下步骤：

（1）合成Li补偿(Ca_0.8Sr_0.2)_x(Li_0.5Nd_0.5)_1-xTiO₃粉体：按原料以CaCO₃：SrCO₃：Li₂CO₃：Nd₂O₃、TiO₂ = 0.8x：0.2x：(0.5-0.5x+δ-δx)：(0.5-0.5x)：1摩尔比例混合（其中δ-δx为Li补偿量，弥补烧结过程中挥发掉的Li），球磨过筛，烘干，在1050~1150℃保温2~4小时进行预烧，把所得预烧粉体进行二次球磨过筛，获得Li补偿(Ca_0.8Sr_0.2)_x(Li_0.5Nd_0.5)_1-xTiO₃粉体，其中0.1≤x≤0.3，0≤δ≤0.05；