[发明专利]一种两相复合微波介质陶瓷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于微波介质陶瓷材料技术领域，具体涉及一种两相复合微波介质陶瓷材料。本发明所述两相复合微波介质陶瓷材料，以固相合成的Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃、MgTiO₃为原料，并选择性添加氧化物添加剂进行制备，得到的微波介质陶瓷材料在1320‑1370℃的烧结温度下即可烧结成瓷，测试圆片的介电常数达到30‑35，25℃的f*Q＞60000，通过测试‑40℃、25℃、110℃的共振频率f计算出的频率温度系数较低，为‑5～5ppm/℃，其性能符合微波介质陶瓷器件的要求；同时，材料在毫米波频段下也具有较好的介电性能；可以用于生产滤波器和谐振器等陶瓷器件。

技术领域

本发明属于微波介质陶瓷材料技术领域，具体涉及一种两相复合微波介质陶瓷材料，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段，300MHz-300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，其具有高介电常数、低介电损耗、低谐振频率温度系数等优良性能，是谐振器、滤波器、双工器、天线、稳频振荡器、波导传输线等器件的重要组成元件，可广泛应用于个人便携式移动电话、微波基站、车载电话、卫星通讯、军用雷达等众多领域。尤其是近年来，随着通讯技术的迅速发展，对微波器件的需求量也日益增长，特别是用于基站的滤波器及介质天线等。虽然在4G时代，设备商主要采取金属腔体滤波器方案；但随着5G时代的到来，微波介质陶瓷器件因为能够做到更加小型化和集成化，以及生产成本更低而受到越来越多的关注与发展，这成为近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向。

现有技术中，微波介质陶瓷材料存在多种分类方法，其中，根据介电常数的大小，微波介质陶瓷可分为三大类：其一是低介电常数微波介质陶瓷，此类微波介质陶瓷主要包括A1₂O₃、MgTiO₃、Y₂BaCuO₅、Mg₂SiO₄等；其二是中介电常数微波介质陶瓷，此类微波介质陶瓷主要包括BaO-TiO₂体系、Ln₂O₃-TiO₂体系、钙基或钡基复合钙钛矿等；其三是高介电常数微波介质陶瓷，此类微波介质陶瓷主要包括TiO₂、CaTiO₃、BaO-Ln₂O₃-TiO₂和铅基复合钙钛矿等。目前市场上销售的主要以介电常数16-25的钛酸镁体系、30-50的钡钙系钙钛矿结构与70-100的钨青铜结构。

现有研究表明，实现微波介质陶瓷器件性能的关键即是基于微波介质陶瓷材料的性能。对于应用于微波介质谐振器和滤波器等领域的微波介质陶瓷器件而言，除了必备的机械强度外，还需满足如下介电性能要求：1、在微波频率下需要具有相对较高的介电常数εr，一般要求εr20，以便于微波器件小型化、集成化；2、在微波谐振频率下需要具有较低的介电损耗，即高的品质因数(Q×f)，以保证优良的选频特性和降低器件在高频下的插入损耗；3、接近于零的谐振频率温度系数(τf)，以保证器件在温度变化环境中谐振频率的高度稳定性。

在微波介质陶瓷材料中，Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃微波材料介电常数为40，具有较高的品质因数，但谐振频率温度系数τf约为30ppm/℃,因此，如何调整τf接近零使材料温度稳定性好至关重要。而MgTiO₃的介电常数为17，具有较高的品质因数，但谐振频率温度系数τf约-55ppm/℃，这两种材料分别使用均有τf偏负或者偏正的缺点难以得到广泛使用，而二者复合得到的材料可以综合两者的优点，得到介电常数在17-40之间的一种具有高的品质因数，合适的谐振频率温度系数τf的复合材料。

因此，综合两种材料的性能优势开发一种介电常数适宜、使用性能稳定、烧结性能好，且便于实现工业化生产的微波介质陶瓷材料具有积极的意义。