[发明专利]谐振频率温度系数可调的金红石型微波介质陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及在微波频率使用的介质基板、谐振器与滤波器等微波元器件的介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是随着上世纪90年代手机等通信设备迅速发展而兴起的一类电子功能材料，主要应用于微波(300 MHz-300 GHz)通讯系统电路中, 可以作为介质基板、介质谐振器和滤波器的基本元件, 在雷达、卫星通讯和移动电话等设备中有着广泛的应用。高性能微波介质材料在手机通信基站设备中用作谐振器和滤波器；一般要求介质材料的介电常数在20-100以内，品质因子与谐振频率乘积Qf> 10 000 GHz，谐振频率温度系数τ_?接近于0 ppm/℃。高的介电常数ε_r可以使微波电路中器件小型化，Qf大(介电损耗低)有利于提高信号强度和特定范围内可利用的通道数目，从而有效的使用电磁频率空间。τ_?接近于0可以使器件工作频率不随环境的温度变化有太大的漂移；实际应用中材料的谐振频率温度系数正负可调，可用于补偿其他组件的温度系数；商业上一般要求谐振频率温度系数在 ±10ppm/℃之内正负可调。金红石TiO₂具有高的介电常数（ε_r ~ 100）和高的品质因子（Qf ~ 50 000 GHz），但其非常大的谐振频率温度系数（τ_?~ 450 ppm/^oC）阻碍了其作为微波介质材料的应用。目前满足介质谐振器和滤波器应用要求的金红石型介质材料缺少。 

发明内容

本发明目的是提供一种谐振频率温度系数正负可调、低损耗和中介电常数的金红石型微波介质陶瓷及其备方法。

本发明涉及的金红石型微波介质陶瓷的化学组成为：Ga_1-xTa_1-xTi_2xO₄，其中0.15 ≤ x ≤ 0.3。

所述的金红石型微波介质陶瓷按以下步骤制备：

(1) 将纯度为99.9%以上的Ga₂O₃，Ta₂O₅,TiO₂的原始粉末按Ga_1-xTa_1-xTi_2xO₄化学式称量配料;

(2) 将步骤（1）原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1100℃大气气氛中预烧12小时；

(3) 在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在1280~1320℃大气气氛中烧结12~24小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总质量的3%。

本发明制备的金红石型微波介质陶瓷，其制备工艺简单，具有较高品质因子(Qf~ 30000 GHz)和较高的介电常数(30-40)，同时谐振频率温度系数在±10ppm/℃之内正负可调，可满足介质谐振器和滤波器应用要求。

附图说明

图1是实施例1、2、3和4的X射线衍射图谱。

具体实施方式

表1示出了构成本发明的不同组成的4个具体实施例及其微波介电性能。其制备方法如上所述，用粉末X射线衍射法对烧结后的陶瓷试样进行物相分析, 图1是实施例1、2、3和4的X射线衍射图谱，结果表明都形成了单一的金红石型物相。用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。

本发明决不限于以上实施例。组成与烧结温度的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

本陶瓷可广泛用于各种介质基板、谐振器和滤波器等微波器件的制造，可满足移动通信、卫星通信等系统的技术需要。

表1：