[发明专利]非化学计量的钇铝石榴石微波介电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非化学计量的钇铝石榴石微波介电陶瓷及其制备方法，该陶瓷的化学通式为Y_3+xAl_5+yO₁₂，其中，0≤x≤0.12，0≤y≤0.2，且x与y不同时为0。本发明经过第一次球磨混合、干燥、过筛、成型、真空烧结和氧气退火后制成；制成品的晶相仍保留立方石榴石结构。本发明通过调整AB位离子的化学计量比调控了该陶瓷的微波介电性能，最终得出了相对介电常数ε_r在9.1～12.8之间可调，Q×f值达到195000GHz～240000GHz的优异的微波性能，谐振频率温度系数τ_f在‑26ppm/℃～‑36ppm/℃之间可调，制备工艺简单，并且性能稳定，满足现代微波器件的应用需求。

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，特别涉及的是一种调整AB位离子化学计量比控制损耗致超低的微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷为现代移动通讯、卫星通讯和军用雷达等所用的谐振器、滤波器、介质基板等微波元器件的关键材料。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。高频化是数字产品发展必然的趋势，随着电子信息技术不断向高频化和数字化发展，对元器件的小型化、集成化、模块化的需求也越来越迫切。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。而发展低介电常数(低于20)的微波介质陶瓷材料以满足高频和高速的要求是微波介质陶瓷的重点研究发展方向。由于微波介质陶瓷材料的品质因数Q×f值越大，滤波器的插入损耗就越低，故高品质因素有利于实现微波器件良好选频性。因此，研制在微波频率下同时具有一定范围内可调介电常数，超低损耗的微波介质陶瓷材料具有很大的应用价值。

在众多微波介电陶瓷体系中，钇铝石榴石，Y₃Al₅O₁₂(YAG)凭借其致密的微观结构和超低的介电损耗已获得广泛关注。对钇铝石榴石探索始于上世纪90年代，《美国陶瓷学报》 (Journal of The American Ceramic Society)1995年的文章《用于固态激光器的高性能多晶 Nd：YAG陶瓷的制备和光学性能》(Fabrication and Optical Properties ofHigh-Performance Polycrystalline Nd:YAG Ceramics for Solid-State Lasers)报道了Ikesue等人使用亚微米氧化物的粉料作为原料合成了Y₃Al₅O₁₂(YAG)透明陶瓷。在该制备过程中，在对高纯度氧化铝和氧化钇原料进行球磨之后，加入SiO₂作为烧结助剂，并在1700℃的真空中烧制了YAG透明陶瓷。《铁电体》(Ferroelectrics)2009年的文章《YAG陶瓷的微波介电性能》(Microwave dielectric properties of YAG ceramics)报道了通过固相反应法制备的YAG陶瓷，在1650℃烧结24h获得的样品相对密度达99.6％，且具有优异的微波介电性能：ε_r＝10.5，Q×f＝440000GHz，τ_f＝-50ppm/℃。