[发明专利]MgO-CoO-TiO2系微波陶瓷介质材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息材料与元器件技术领域，特别是涉及一种MgO-CoO-TiO₂系微波陶瓷介质材料的制备方法。

背景技术

微波应用频率正向更高频率段发展，在毫米波、亚毫米波频段内，具有适当的介电常数和极高的品质因数的温度稳定性微波介质陶瓷是制造毫米波微波无源器件的基础。MgTiO₃陶瓷作为一种传统的微波介质材料，在毫米波段仍然具有优异的微波介电性能：相对介电常数（17），品质因数（65000GHz），损耗<3×10^-4，但烧结温度高达1450℃，这成为该材料大量投入生产的障碍，为此许多材料工作者对此做了大量的探索。其中卢正东等研究了CoTiO₃含量对其微观结构和微波介电性能的影响，研究发现:掺杂适当的CoTiO₃，可以适当的降低烧结温度，调整烧结温度范围，同时很大程度上提高了Q·f值。当掺入量为10mol%，烧结温度为1350℃时，MCT陶瓷具体优良的微波介电性能：εr=18.99，Q·f＝154000GHZ，谐振频率温度系数τf＝-45ppm/℃。Jeong-Ho Sohn等研究表明，使用高纯原料并长时间烧结的实验条件下，用Co²⁺部分取代Mg²⁺得到(Mg_0.95Co_0.05)TiO₃陶瓷具有优异的微波介电性能：εr=16.8，Q·f＝230000GHZ，谐振频率温度系数τf＝-54ppm/℃。

总之，对于MgO-CoO-TiO₂系微波介质材料来说，研究的主要方向是如何调节谐振频率温度系数符合C0G标准，并有效降低烧结温度，这成为本领域技术人员需要科研的一个技术方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种MgO-CoO-TiO₂系微波陶瓷介质材料及其制备方法，有效提高品质因素，使得陶瓷能够在较低温度烧结下，保持良好介电性能的同时，拥有几乎为零的温度系数。

为了解决上述问题，本发明公开了一种MgO-CoO-TiO₂系微波陶瓷介质材料及其制备方法，包括主料、副料、改性添加剂和烧结助剂，所述主料Mg_(1-x)Co_x TiO₃中0.03≤x≤0.1，副料Mg_(2-y)Zn_ySiO₄中0.001≤y≤0.05，改性添加剂为Nb₂O₅、Al₂O₃、MnO、SrO、CeO₂中的一种或几种，所述烧结助剂为ZnO、B₂O₃、SiO₂、Li₂O、Bi₂O₃中的一种或几种。

进一步地，按摩尔百分比计，主料含量为40～60mol％、副料含量为15～30mol％、改性添加剂含量为1.6～13mol%、烧结助剂含量为2.5～24mol％。

进一步地，按摩尔份计，改性添加剂在整个陶瓷介质材料中的组成是MnO占0.1～0.5mol%、Al₂O₃占1～6mol%、Nb₂O₅占0～2mol%、SrO占0.5～4mol%、CeO₂占0～0.5mol%，改性添加剂元素的组成形式为氧化物、氢氧化物、碳酸化合物或混合物。

进一步地，按摩尔份计，烧结助剂在整个陶瓷介质材料中的组成是B₂O₃占1.0～4.0mol%、SiO₂占0～5.0mol%、ZnO占1.5～10.0mol%、Li₂O占0～3.0mol%、Bi₂O₃占0～2mol%，烧结助剂元素的组成形式为氧化物、氢氧化物、碳酸化合物或混合物。

进一步地，主料是将MgO、TiO₂和CoO按比例混合均匀后，在1050℃～1200℃温度煅烧2.5～5小时后获得，主料元素的组成形式为氧化物、氢氧化物、碳酸化合物或混合物。