[发明专利]Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷及其制备方法，属于电子陶瓷技术领域。

背景技术

微波介质陶瓷是近30年来迅速发展起来的新型功能电子陶瓷，它具有损耗低、频率温度系数小、介电常数高等特点。用微波陶瓷材料可以制成介质谐振器(DielectricResonator，简称DR)、介质滤波器、双工器、微波介质天线、介质稳频振荡器(称DRO)、介质波导传输线等。微波介质陶瓷在现代通信、军事技术领域等倍受世人瞩目。目前微波器件向高集成化，小型化，高可靠性及低成本化方向发展，作为微波介质材料，它具有高介电常数，低介电子损耗，低温度系数。目前微波陶瓷材料和器件的生产水平以日Murata公司、德EPCOS公司、美Trans-Tech公司、NardaMICROWAVE-WEST公司、英MorganElectroCeramics、Filtronic等公司为最高。其产品的应用范围已在300MHz～40GHz系列化，年产值均达十亿美元以上。国内微波介质陶瓷材料及器件的生产，在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距。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、制备与研究中高介电常数、低损耗、近零谐振频率温度系数、低成本、环保的新型微波介质陶瓷成为了人们当前研究的热点与重点。

发明内容

本发明目的是：针对上述问题，提供一种Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷及其制备方法，该陶瓷材料相对介电常数较高，微波性能良好，谐振频率温度系数可调，化学组成及制备方法简单。

本发明的技术方案是：本发明所提供的这种Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷，其化学结构表达式为(1+0.7x)TiO₂-(1-x)CoO-0.1xNb₂O₅-0.1xCuO，其中0.8≤x≤0.9。

本发明所提供的这种制备上述Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷的方法，其包括以下步骤：

1)将铜、钴、铌和钛的氧化物按照(1+0.7x)TiO₂-(1-x)CoO-0.1xNb₂O₅-0.1xCuO的摩尔比称量后混合，其中0.8≤x≤0.9，然后充分球磨，球磨后烘干、过筛并压制成块状体，然后在1150℃下保温4.5h，得到样品烧块；

2)将上述步骤1)得到的样品烧块粉碎，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制成型，然后在1200℃～1320℃下烧结2h成瓷，得到Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷。

本发明这种制备方法在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述铜、钴、铌和钛的氧化物分别为CuO、Co₂O₃、Nb₂O₅、和TiO₂。

在所述步骤1)和步骤2)的球磨工序中，球磨时间均为4h～5h。

在所述步骤1)和步骤2)的烘干工序中，烘干温度均为100～120℃。

在所述步骤1)的过筛工序中，采用120目的筛网；在所述步骤2)的过筛工序中，采用双层过筛工艺，分别过60目与120目的筛网。

在所述步骤2)中，所述的造粒是指将粉体与聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米级的球形颗粒。

在所述步骤2)中，所述烧结是在空气氛围下的烧结。

在所述步骤2)中，所述的压制成型是压制成块状或圆柱状。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明这种Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷，以富含Ti元素的金红石相及钙钛矿相为主元，在1200℃～1320℃下进行烧结。本发明根据晶体化学原理和电介质有关理论，以Cu、Nb及Ti组成的金红石相及Co、Ti组成的钙钛矿相复合为基础，通过适当的陶瓷工艺，可以在空气氛围中烧结出致密的且具备优良微波介电性能的新型功能陶瓷(形成金红石相和钙钛矿相两相复合的致密陶瓷)，这类陶瓷可以作为射频多层陶瓷电容器、片式微波介质谐振器或滤波器、陶瓷天线、多芯片组件(MCM)等介质材料使用。

2、本发明的Ti基低损耗中K值微波介质陶瓷材料具有以下特点：相对介电常数可调(27.5～35.2)，微波性能良好(Qf＝34,410GHz～37,450GHz)，谐振频率温度系数近零且易调控(-9.5ppm/℃～+31ppm/℃)，化学组成及制备工艺简单。