[发明专利]一种低温烧结型超低损耗微波介电陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低温烧结型微波介电陶瓷及其制备方法和应用，该方法包括：将主晶相材料和掺杂材料混合，加水球磨，烘干，制得预混粉末，而后与粘结剂和乙酸混合，倒入可加热模具中，在加压条件下程序升温进行烧结，制成；控制加压条件下的压强为300‑400MPa，程序升温包括以下阶段：以一定速度从室温升温至150‑250℃，保温；接着升温至450‑500℃，保温；及上述方法制成的微波介电陶瓷及其在制备微波通讯器件中的应用；本发明方法能够以极低的烧结温度制得微波介质陶瓷材料，生产成本以及难度大幅度降低，且制得的材料具有优异的Q´f值，适当的介电常数以及近零的谐振频率温度系数，满足微波条件下的应用。

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，具体涉及的是一种具有中低介电常数、高品质因数Q×f且谐振频率温度系数τf近于零的微波介质陶瓷及其制备方法和应用，可用于制作介质谐振器、滤波器以及双工器等微波器件。

背景技术

第五代(5G)通信在未来10年内将成为移动电话、WIFI、全球定位系统、智能交通系统和物联网等领域的主流无线协议。根据世界无线协会的规定，为5G分配的最终工作频段为24-30GHz或60GHz-70GHz，信号传输的延迟时间1ms。与2G/3G/4G移动通信不同，5G的载波频率扩展到毫米波段，这对微波介质陶瓷的发展有巨大的影响。此外，需要高品质因数(Q×f)来降低能量损耗，还需要谐振频率(τf)的温度系数几乎为零，以保持工作稳定性。

微波介质陶瓷材料是指应用已微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等微波元器件，是现代通信技术的关键基础材料。目前，微波介质陶瓷材料已应用于便携式移动电话、电视卫星接收器、军事雷达等方面，其在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

材料是器件的基础，随着微波介质陶瓷器件的发展，相应的应用于微波频段的介质陶瓷应满足要求主要如下：适当的介电常数以利于器件的小型化和信号传输速度，超高品质因数Q×f值，近零的谐振频率温度系数。

偏钛酸镁是一种重要的微波介质陶瓷材料，因其原料丰富、成本低廉，因此受到人们的关注，目前已成为应用最广泛的微波介质陶瓷材料之一，可以用它制作热补偿电容器、多层陶瓷电容器、介质滤波器以及介质谐振器等。已知，MgTiO₃的介电性能为：εr＝17，Q×f＝160,000GHz，τf＝-50ppm/℃，因其谐振频率温度系数为负值，人们一般采用CaTiO₃进行调节使之近于零，CaTiO₃的介电性能为：εr＝170，Q×f＝3500GHz，τf＝+800ppm/℃。二者组成的MCT体系陶瓷虽然是一种良好的微波介质陶瓷材料，但由于CaTiO₃的存在，无法满足低插损微波器件的要求，并且该体系的烧结温度为1400℃～1450℃，烧结温度高，烧结成本高，限制了MCT体系陶瓷材料的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的超低损耗微波介电陶瓷的制备方法，该方法能够以极低的烧结温度制得微波介质陶瓷材料，且制得的微波介质陶瓷材料具有优异的Q×f值，适当的介电常数以及近零的谐振频率温度系数，满足微波条件下的使用要求。

本发明同时还提供了一种上述方法制备的微波介质陶瓷。

本发明同时还提供了一种上述方法制备的微波介质陶瓷在制备微波通讯器件中的应用。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种低温烧结型微波介电陶瓷的制备方法，所述微波介电陶瓷的主晶相材料包括MgTiO₃、CaTiO₃；以摩尔百分含量计，所述主晶相材料中，所述MgTiO₃占90-98mol％，所述CaTiO₃占2-10mol％；