[发明专利]一种氧化锌掺杂铌钛酸镍微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种Ni_0.5-XZn_xTi_0.5NbO₄体系的微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是近几十年来发展起来的一种新型功能陶瓷材料。它主要是指应用于微波频率（300ＭＨｚ～30ＧＨｚ频段）电路中，作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造微波介质滤波器和谐振器等器件的关键材料。它具有高介电常数、低介电损耗、低谐振频率温度系数等优良性能，适于制造多种微波元器件，可以满足微波电路小型化、低成本、高可靠性和集成化的需求。微波介质瓷是制造微波介质谐振器和滤波器的关键材料，近年来研究十分活跃。它在原来微波铁氧体的基础上，对配方和制作工艺都进行了大幅的改进，使之具有介电常数高、微波损耗低、温度稳定性好等优良性能，适于制作现代各种微波器件，如电子对抗、导航、通讯、雷达、家用卫星直播电视接收机和移动电话等设备中的稳频振荡器、滤波器和鉴频器，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。随着移动通信和现代电子设备的发展，微波介质陶瓷的研究越来越受到人们的重视，承载着未来微波器件的无限希望。

微波介质谐振器与金属空腔谐振器相比，具有以下一些优点：

（1）小型化(高介电常数ε_r)

众所周知，微波电路的集成化是实现微波设备小型化、高稳定及廉价的方式之一。在微波电路集成化的进程中，金属波导实现了平面微带集成化，微波管实现了小型化。但是，微波电路中各种金属谐振腔由于体积和重量太大，难以与微带电路集成，可以通过使用微波介质陶瓷材料作为制作谐振器的材料来解决这一难题。谐振器的尺寸和电介质材料的介电常数的平方根成反比。所以电介质材料的介电常数越大，所需要的电介质陶瓷体积就越小，谐振器的尺寸也就越小。因此，微波介质陶瓷材料的高介电常数有利于实现微波介质滤波器的小型化，可使滤波器同微波管、微带线一道实现微波电路混合集成化，使器件尺寸达到毫米量级，其价格也比金属谐振腔低廉得多。

（2）高稳定性(接近于零的谐振频率温度系数τ_f)

通信器件的工作环境温度浮动较大。如果微波介质材料的谐振频率温度系数较大，则滤波器的载波信号在不同的温度下就会产生漂移，从而严重影响设备的使用性能。这就要求材料具有良好的谐振频率温度稳定性。温度的实际要求范围大致是－40℃～+100℃，在这个范围内，材料的谐振频率温度系数τ_f不高于l0ppm/℃。目前，己实用化的微波介质陶瓷材料的频率温度系数可达0ppm/℃，从而可以实现了器件的高稳定性和高可靠性。

（3）低损耗(高品质因数Q)

滤波器的一个重要指标是插入损耗低，微波介质材料的介质损耗是影响介质滤波器插入损耗的一个重要因素。微波介质材料的Q值与介质损耗tanδ成反比关系。Q值越大，滤波器的插入损耗就越低。

Ni_0.5Ti_0.5NbO₄属于四方晶系，晶格参数为1100℃烧结时其微波性能为：ε_r=56.8，Q×f=21100GHz，τ_f=79.1ppm/℃。因此Ni_0.5Ti_0.5NbO₄体系微波介质陶瓷作为微波介质材料主要存在以下几个问题：(1)烧结温度偏高,通过掺杂烧结助剂降低烧结温度后,介电性能会有明显的下降；(2)τ_f较大,温度稳定性不够好。

发明内容

本发明的目的，是克服现有技术的缺点和不足，解决铌钛酸镍（Ni_0.5Ti_0.5NbO₄）体系微波介质陶瓷τ_f较大带来的弊端，在添加ZnO的基础上，提供一种介电常数较高，谐振频率温度系数较小且能保证其具有较高的Q×f值的Ni_0.5Ti_0.5NbO₄体系微波介质陶瓷。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种氧化锌掺杂铌钛酸镍微波介质陶瓷，其化学计量式为：Ni_0.5-XZn_xTi_0.5NbO₄，式中x=0.1～0.25；

该氧化锌掺杂铌钛酸镍微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤：