[发明专利]微波介质陶瓷材料及制备方法

说明书

微波介质陶瓷材料及制备方法,属于电子信息功能材料制备技术领域。本发明的微波介质陶瓷材料的化学通式为Li_{2/3(1‑x‑y)}A_{1/3(1‑x‑y)}Mg_xB_yO，其中，A为Ti、Sn、Zr之中的至少一种，B为Ca、Zn、Ni、Co之中的至少一种；0＜x+y≤4/7，0≤x＜4/7，0＜y＜4/7。本发明的微波介质陶瓷材料中不含Pb，Cd等挥发性有毒金属，可广泛应用于卫星通信中介质谐振器、滤波器、振荡器等微波器件中应用，绿色环保无污染。

技术领域

本发明属于电子信息功能材料制备技术领域。

背景技术

目前，信息技术正朝着高频、大功率、集成、多功能化方向快速发展，而且随着现代移动通信技术和物联网技术的迅猛发展，高频微波技术在通信、导航、卫星、蓝牙、传感物联网射频技术等系统中，有着广泛而重要的应用。在高频微波电路中，许多微波器件需要使用介质陶瓷材料作为基板，使得微波陶瓷介质基板材料愈来愈成为微波器件、部件与整机系统中使用的关键性基础材料。采用陶瓷基板材料的高频微波器件通常具有小型化、宽频化、高可靠性等特征。国务院早在2009年《电子信息产业调整振兴规划纲要》的文件提出研制介电常数系列化、微波介电性能优异的介质陶瓷的重要性。可调的介电常数、高品质因数、频率温度系数接近零和稳定可靠的制备工艺是微波介质陶瓷的重点研究发展方向。这些性能指标均是微波介质材料的重要参数，由于谐振器的尺寸和电介质材料的介电常数的平方根成反比，故高的介电常数有利于实现元器件的小型化，由于微波介质陶瓷材料的品质因数Q×f值越大，微波器件的损耗就越低，故高品质因素有利于实现微波器件良好选频性，而接近于零的频率温度系数τ_f意味着器件的中心频率随环境温度变化小，工作稳定性高，可靠的制备工艺使其满足电子工业大规模生产。因此，研制在微波频率下同时具有可调介电常数，低损耗，接近于零的频率温度系数和可靠制备工艺的微波介质陶瓷材料具有重大的应用价值。

为了适应现代微波通信的需求，Li₂O-MgO-BO₂(B＝Ti，Sn，Zr)，Li₂O-BO₂(B＝Ti,Zr,Sn)，Li₂O-Nb₂O₅-TiO₂，Li₂O-MoO₃，Li₂O-BO-TiO₂(B＝Mg,Zn,Ca,Co)和Li₂O-ZnO-Nb₂O₅等一系列高性能微波陶瓷体系被相继开发出来并得到一定的改性研究。其中，二元系Li₂O-BO₂陶瓷与三元系Li₂O-MgO-BO₂(B＝Ti，Sn，Zr)陶瓷以其较为优良的性能得到广泛关注。例如，《美国陶瓷协会会刊》(Journal of the American Ceramic Society)在(MicrowaveDielectric Properties of Low-Firing Li₂BO₃(B＝Ti,Zr,Sn)Ceramics with B₂O₃–CuOAddition)一文中报道的Li₂BO₃(B＝Ti,Zr,Sn)具有良好的微波性能：ε_r＝12.8～19.7,Q×f＝17,800～23,600GHz,τ_f＝+26.9～38.5ppm/℃。在《欧洲陶瓷协会会刊》(Journal of theEuropean Ceramic Society)在(Novel series of ultra-low loss microwavedielectric ceramics:Li₂Mg₃BO₆(B＝Ti,Sn,Zr))中报道了Li₂Mg₃BO₆系微波陶瓷的微波性能：Li₂Mg₃BO₆(B＝Ti,Sn,Zr)：ε_r＝8.8～15.2,Q×f＝86,000～152,000GHz,τ_f＝-32～-39ppm/℃。