[发明专利]一种中介电常数低损耗微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，特别涉及一种中介电常数低损耗微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是近二十多年发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。它是指应用于微波频段(主要是300MHz～300GHz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的关键材料。这种材料是近几十年来随着移动通信事业的迅速发展而发展起来的新型功能陶瓷材料，其突出特点是介电常数高、损耗低、谐振频率温度系数小，并被用来制成介质谐振器、介质天线、双工器、介质导波回路、介质稳频振荡器等微波元件。

目前，这些器件已被广泛应用于微波多路通信、微波中继通信、移动通信、卫星电视广播通信、散射通信、军用雷达和卫星导航定位系统等众多领域。近年来受益于移动通信、航天、军事、现代医学等领域的快速发展，微波介质陶瓷材料也越来越受到人们的关注，正以惊人速度迅速发展。

综上所述，随着微波介质陶瓷广泛应用于介质谐振器、滤波器、介质波导、介质基板以及介质超材料等领域，因此，寻找、制备与研究高介电常数(ε_r＞40)、低损耗(Qf＞5000GHz)、近零谐振频率温度系数(TCF＝0ppm/℃)、低成本(不含或者含有少量贵重金属)、环保(至少无铅，尽量不含或者含有较少有毒原材料)的新型微波介质陶瓷成为了人们当前研究的热点与重点。

目前，中介电常数的微波陶瓷材料体系主要有BaTi₄O₉/Ba₂Ti₉O₂₀体系、(Zr，Sn)TiO₄、BiNbO₄体系等，但存在相对介电常数较低(低于40)，烧结温度或谐振频率温度系数过高等问题，使微波陶瓷材料的生产和利用受到限制。

发明内容

基于上述问题，本发明目的是提供一种中介电常数低损耗微波介质陶瓷，该陶瓷材料相对介电常数较高，微波性能良好，谐振频率温度系数接近零。

本发明的另一目的在于提供一种中介电常数低损耗微波介质陶瓷的制备方法，该方法操作简单易行。

为了克服现有技术的不足，本发明提供的技术方案是：

一种中介电常数低损耗微波介质陶瓷，该陶瓷的组成表达式为Zr₍₁-_x)(Mg_1/3Nb_2/3)_xTiO₄+ywt％MnCO₃，其中0.325≤x≤0.4，0.2≤y≤0.5，y为MnCO₃占Zr_(1-x)(Mg_1/3Nb_2/3)_xTiO₄的质量百分数。

进一步的，所述陶瓷的相对介电常数为39.5～46.2，品质因数Qf＝23300GHz～43500GHz，谐振频率温度系数为＝14.2ppm/℃～-0.9ppm/℃。

针对本发明的另一目的，本发明还提供一种中介电常数低损耗微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锆、镁、铌、钛的氧化物和锰的碳酸盐按照陶瓷的组成表达式Zr_(1-x)(Mg_1/3Nb_2/3)_xTiO₄+ywt％MnCO₃进行配料混合后充分球磨，然后烘干、过筛并压制成块状体，然后在1000℃下保温4h，得到样品烧块；

(2)将步骤(1)制得的样品烧块粉碎后充分球磨，然后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制成型，然后在1180℃～1280℃下烧结2h成瓷，得到中介电常数低损耗微波介质陶瓷。

优选的，所述锆、镁、铌、钛的氧化物和锰的碳酸盐分别为ZrO₂、MgO、Nb₂O₅、TiO₂和MnCO₃。

优选的，所述步骤(1)和所述步骤(2)中球磨时的球磨时间为4h～5h，所述步骤(1)和所述步骤(2)中的烘干温度为100℃～120℃。

优选的，所述步骤(1)中过筛时使用120目的筛网，所述步骤(2)中过筛为双层过筛，使用的为60目和120目的筛网。