[发明专利]一种MgTiO3基微波介质复合陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种MgTiO₃基微波介质复合陶瓷及其制备方法，属于高技术功能陶瓷及其应用领域。本发明提出的MgTiO₃基微波介质复合陶瓷是以MgTiO₃为基质，以Ca_0.5Sr_0.5TiO₃或者Ca_0.5Sr_0.5TiO₃与LnAlO₃(Ln＝Pr,Nd,La,Sm)之一的混合物为添加剂，经高温烧结复合而成。本发明通过两步法合成所述MgTiO₃基微波介质复合陶瓷，即首先通过熔盐法分别制备得到了MgTiO₃、Ca_0.5Sr_0.5TiO₃和LnAlO₃(Ln＝Pr,Nd,La,Sm)前驱体粉末，然后将基质与添加剂经混料、球磨、干燥、研磨、造粒、过筛、干压成型、高温烧结，最终获得了所述MgTiO₃基微波介质复合陶瓷。本发明制备的MgTiO₃基微波介质复合陶瓷材料致密度高、气孔少、介电常数大、品质因数高、介电损耗低、谐振频率温度系数接近于零，特别适合微波介质谐振器、滤波器和GPS天线中的高频应用。

技术领域

本发明涉及一种MgTiO₃基微波介质复合陶瓷及其制备方法，属于高技术功能陶瓷及其应用领域。

背景技术

微波介质陶瓷是指在微波频段电路中作为介质使用，完成对电磁波的传输、反射、吸收等，从而在微波电路中发挥介质隔离、波导、谐振等功能的陶瓷材料。为了满足高性能微波器件的需求，介质材料必须具有三大特性：高介电常数(ε_r)，高品质因数(Q·f)和接近于零的谐振频率温度系数(τ_f)，因为较高的ε_r有助于器件尺寸的小型化，高Q·f可实现低损耗，接近于零的τ_f使得器件在不同的应用温度下保持高稳定性。针对以上要求，近年来世界各国科研工作者通过优化制备工艺，以及加入不同添加剂来改善和提高各种微波介质陶瓷介电性能。其中，通过将两种或多种分别具有负的或正的τ_f值的材料相结合以形成固溶体或混合相而获得特性补偿，是目前微波介质陶瓷改性最有前景的方法之一。

在各种微波介质陶瓷中，MgTiO₃基微波介质陶瓷因其品质因数高(约160000GHz)、介电损耗低而受到青睐，但其ε_r值较低(约17)、τ_f值很负(约-50ppm/℃)，不利于其微波器件在工作中的小型化和稳定使用，且其烧结温度高(约1400℃)，难于烧结。因此，选择具有高ε_r值、正τ_f值的化合物对MgTiO₃基微波介质陶瓷进行复合改性，并同时降低烧结温度是其改性研究的热点。文献表明(K.Wakino.Recent development of dielectric resonatormaterials and filters in Japan.Ferroelectrics,1989,91:69-86)，钛酸锶钙具有很高的ε_r值和正的τ_f值，但是添加钛酸锶钙提高MgTiO₃介质陶瓷的性能研究的文献却很少，其可能的原因是材料难以烧结致密。另一方面，LnAlO₃(Ln＝Pr,Nd,La,Sm)介电损耗低，在一些微波介质陶瓷中展示出很好的复合改性作用(B.Jancar,et al.Characterization ofCaTiO₃-NdAlO₃dielectric ceramics.Journal of the European Ceramic Society,2003,23(9):1391-1400)，但是用LnAlO₃(Ln＝Pr,Nd,La,Sm)对MgTiO₃微波介质陶瓷进行复合掺杂改性研究却未见报道。