[发明专利]一种微波介质陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制备领域，具体涉及一种具有近零谐振频率温度系数和较高品质因子的NiAl₂O₄基微波介质陶瓷材料及其制备方法。

 

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一定功能的陶瓷，是制作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质波导回路等各种微波器件的关键材料。随着通信设备的工作频率进一步向高频范围拓展，特别是进入毫米波段后，通讯器件尺寸大小约为毫米量级，因而器件的小型化已变得不重要。而随着频率的升高，材料极化损耗明显增大，信号传输时间延长，当材料介电常数减小时，特别当ε_r<15时，材料品质因数和信号传输速率均得到显著提高，所以寻求新的低介电常数(ε_r<15)微波介质陶瓷材料是当前和未来不断追求的目标，这有利于增加实际应用中材料的选择性。对于此类微波介质陶瓷，应满足如下介电特性的要求：（1）相对低的介电常数，一般要求ε_r<15； (2)高的品质因子Q以降低噪音，一般要求Qf≥70000（f为谐振频率）；（3） 接近零的谐振频率温度系数τ_f以保证器件的温度稳定性，一般要求-5ppm/℃≤τ_f≤5ppm/℃。低介电常数(ε_r<15)和超高品质因数材料的典型的材料体系包括：M₂SiO₄(M=Mg,Zn)基、CaWO₄基、Al₂O₃基、A₄M₂O₉(A=Co,Mg;B=Nb,Ta)、R₂BaMO₅(R为稀土元素;M=Cu,Zn,Ni等)基和尖晶石基微波介质陶瓷材料。

尖晶石基微波介质陶瓷材料逐渐受到人们的重视，因其与Al₂O₃等材料相比具有更高的热导率和较小的热膨胀系数，且成本较低，是一种具有广阔应用前景的微波基板、滤波器和谐振器材料。NiAl₂O₄尖晶石材料具有良好的微波介电性能：ε_r=8，Q_f=60000GHz，τ_f=–48ppm/℃。但是NiAl₂O₄存在两个缺点：一个是难于烧结致密，即使烧结温度高达1600℃，其相对密度仍然只有90.5%，这导致其Q_f值不高；另外一个缺点就是谐振频率温度系数τ_f值较高。上述两个缺点限制了它的实际应用。

 

发明内容

 

针对NiAl₂O₄微波介质陶瓷难于烧结和频率温度系数偏大的问题，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种具有近零谐振频率温度系数和较高品质因子的NiAl₂O₄基微波介质陶瓷材料；

本发明还提供制备所述具有近零谐振频率温度系数和较高品质因子的NiAl₂O₄基微波介质陶瓷材料的方法。

为了解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种NiAl₂O₄基微波介质陶瓷材料，其特征在于，含有Ni、Al、Ca 、Ti和Mn的氧化物，其化学式为：(1-x-y)NiAl₂O₄-xCaTiO₃-yMnO₂，式中 x=0.05～0.1, y=0.01～0.05，x、y为摩尔数。