[发明专利]一种含氧化镧的高频低损耗微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种高频低损耗微波介质材料及其制造方法，属于微晶玻璃材料领域。更确切的说，本发明提供的方法制备的高频低损耗微晶玻璃材料在10GHz左右的频率下，介电常数ε介于9～13，品质因数Qf最高可达24531GHz(Qf=f/tgδ)，而且原始玻璃透明性好，有利于生产过程中的质量控制。

背景技术

随着微波通讯的不断发展，微波介质材料的研究有了突飞猛进的发展，被广泛应用于军事、航空航天、电子封装等领域。传统的微波材料以陶瓷为主，由于对材料性能的要求不断提高，研制出性能更加优异的新材料成为发展高性能微波介质材料的目标和方向。通过控制晶化得到的微晶玻璃，兼具玻璃和陶瓷的特点，由于具有显微结构均匀、无气孔、加工可适应性强、各项性能可通过改变玻璃的化学组成和热历史在大范围内可调等独特的优点，引起研究者的广泛关注。

其中，MgO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂堇青石基微晶玻璃具有较低的膨胀系数、高机械强度、高热抵抗性能、低介电损耗（～10^-4）等优良的性能，是一种非常重要的微波介质材料。但是其介电常数较低（5.0～7.5），限制了其在某些领域的应用。随着微波技术的不断发展，迫切需要系列化介电常数的材料，以满足不同微波电路设计和应用的要求。目前以堇青石系统为基础研发的新型微波介质材料已有一些报道，例如德国专利DE2700333提出MgO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂-REO_x系统微晶玻璃材料，具体组成为MgO(5-15)，Al₂O₃(20-30)，SiO₂(31-45)，TiO₂(15-25)，REO_x(14-17)，其中REO_x为CeO₂，La₂O₃，Pr₂O₃，Nd₂O₃四种稀土氧化物。在10GHz频率下，此材料的介电常数约为10，介电损耗（3-5）×10^-4，可用作集成电路的基板或者代替氧化铝陶瓷。由于同时引入多种稀土氧化物使得系统变得复杂，难以保证工艺上的重复性、稳定性和均匀性，中国专利CN1202469A只引入单一的稀土氧化物CeO₂，材料组成MgO(5-10)，Al₂O₃(18-25)，SiO₂(28-35)，TiO₂(18-27)，CeO₂(13-19)，并通过调节TiO₂/SiO₂比例进一步扩大其介电常数取值范围（9-15），同时其介电损耗也能控制在6×10^-4以下（f>1GHz），是一类实用的高频低损耗微波介质材料。随后，中国专利CN1250754A通过进一步增加高介电常数组分的含量，即把TiO₂的含量提高到大于30wt%，形成以金红石相为主晶相的钛酸盐微晶玻璃，从而使介电常数在大于1GHz的频率下提高到15-20，介电损耗保持在6-9×10^-4。中国专利CN1459101A显著增加玻璃形成体SiO₂和玻璃中间体的Al₂O₃的含量，降低高介电常数组分TiO₂，可以将材料的介电常数扩展至7-11的较低范围，并能改善玻璃的形成能力，扩大材料的晶化范围，具体组成MgO(7-9)，Al₂O₃(24-29)，SiO₂(33-46)，TiO₂(7-18)，CeO₂(16-20)。