[发明专利]一种中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

本发明涉及通讯系统中使用的介电陶瓷材料，具体涉及一种中高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着现代通讯中谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等元器件的发展，微波介质材料在其中的应用正发挥着越来越大的作用，性能优良的微波介质陶瓷材料需要满足以下条件：（1）在微波波段下拥有尽可能高的介电常数，有利于实现设备小型化；（2）对于非低介电常数材料，其谐振频率温度系数接近于零的范围为-20ppm/℃<τ_f<20ppm/℃，对于低介电常数材料其范围为-10ppm/℃<τ_f<10ppm/℃，这是保证微波设备稳定性的重要因素；（3）在微波波段下拥有尽可能小的介电损耗，要求微波介质材料具有高品质因数，Q_f值至少大于3000。尽管应用上有迫切需求，但目前可以满足微波介质器件要求的稳定性好的高介电常数材料体系较少。

目前中高ε_r和高Q_f值的微波介质陶瓷，主要有：（1）以Ba(Zr、Sn)TiO₄等为基的MWDC材料，其ε_r≈40，f=3～4GHz，Q=(6～9)×10³，τ_f<5ppm/℃，多用于4～8GHz频率范围内的介质谐振器；（2）Ca_1-xLn_2x/₃TiO₃（Ln=La、Sm、Nd等）、复合钙钛矿结构CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂等高ε_r微波介质陶瓷虽然具有较高的介电常数（>90），但是因其谐振频率温度系数（>20ppm/℃）或品质因数较低（Q_f～5000GHz）而不能满足工业需要；（3）铅基系列材料的微波介电性能虽然较为良好，但是因其含铅会对环境等造成危害。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种中高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法，本发明制得的陶瓷材料可用作微波介质材料，致密度在97%以上，在保持中高介电常数的同时具有很高的材料品质因数，以及稳定的温度系数。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种中高介电常数微波介质陶瓷材料，该微波介质陶瓷材料的化学通式为Ca(Fe,Nb)_1-x/₂Ti_xO₃，其中，0＜x＜1。

所述0.35＜x＜0.45。

所述微波介质陶瓷材料是基于ABO₃类钙钛矿结构的固溶体。

所述微波介质陶瓷材料介电常数37<ε_r<165，频率与品质因数的乘积Q_f>8000，谐振频率温度系数-66ppm/℃<τ_f<420ppm/℃。

上述中高介电常数陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将CaCO₃、TiO₂按摩尔比1:1混合，经湿式球磨，得到样品A；

将CaCO₃、Nb₂O₅、Fe₃O₄按摩尔比50:12.5:8.3混合，经湿式球磨，得到样品B；

2）将样品A、样品B分别在80～100℃下烘干后，再在980～1100℃下空气气氛中预烧2～5小时，得到粉末A和粉末B；

3）将粉末A和粉末B分别进行湿式球磨并烘干，然后将烘干的粉末A和烘干的粉末B混合并进行湿式球磨，球磨均匀后烘干得到混合粉末C，向混合粉末C中加入聚乙烯醇水溶液进行造粒，过筛，干压成型，得到样品D；

4）将样品D在1270～1350℃、空气气氛下烧结，得到中高介电常数的高品质微波介质陶瓷材料。

所述CaCO₃、TiO₂、Nb₂O₅和Fe₃O₄的纯度均大于99%。

所述步骤3）中聚乙烯醇水溶液质量浓度为1-10%。

所述步骤4）中烧结时间为2-8小时。