[發明專利]一種微波介質陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110288487.4
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102442823A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 唐斌;周曉華;鐘朝位;張樹人
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C04B35/465
• 分類號: C04B35/465;C04B35/622;H01B3/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于電子材料技術領域，具體涉及微波介質陶瓷及其制備方法。

背景技術

近年來，移動通訊、衛星通信、全球衛星定位、藍牙、無線局域網等現代通信技術得到了快速發展。這些通信裝置中使用的微波電路一般由諧振器、濾波器、振蕩器、衰減器、介質天線、微波集成電路基片等元件組成，微波介質陶瓷是制備相應先進電子元器件的關鍵基礎材料。例如，隨著移動通訊與衛星通信技術的迅速發展，傳統的金屬腔諧振器已經不能滿足應用需求，市場對應用于介質諧振器、介質濾波器等新型微波元器件的微波介質陶瓷的需求日益旺盛。此外，高頻化、高穩定及低成本化已經成為目前先進電子元器件的重要特征。

材料是器件的基礎，隨著微波介質器件的發展，相應的微波介質材料的發展要求為：介電常數系列化(3～150)，較低的頻率溫度系數，超低損耗或超高品質因素Q值；同時在應用時往往要求介電常數穩定。介電常數和品質因素Q值是微波介質材料重要的參數，在其它條件相同的情況下，采用Q值更高的材料制作微波器件將明顯改變其插入損耗表現，可以認為微波材料的Q值是衡量微波材料優劣的重要指標，因此，研制微波頻率下具有低損耗的介質材料具有現實意義和實際應用價值。國內的廠家在技術水平、產品品種和生產規模上與國外相比有較大差距。

當前已有的Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃或Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃等復合鈣鈦礦結構微波陶瓷具有極低的損耗，已有多人的研究表明含Ta陶瓷的微波介電性能優異，其Q×f可以達到180000GHz甚至以上。但是其存在燒結溫度高、品質因素隨制備條件變化劇烈、合成困難等具體問題，同時氧化鉭的價格一直維持在五千元每公斤的高價，諸多問題都限制了含Ta微波介質陶瓷的應用，使其難以實用化。除此之外，還要求材料的物理、化學穩定性高，機械強度大，熱傳導率大，熱擴散性好，熱膨脹系數小，表面光潔，局部缺陷盡可能少等。

鈦酸鎂陶瓷是一種重要的微波介質材料，而且其原料豐富成本低廉，因而日益受到人們的青睞，目前已經成為應用最廣的微波介質陶瓷材料之一，可以用它制作熱補償電容器、多層陶瓷電容器、介質濾波器以及介質諧振器等。

由于鈦酸鎂材料燒結溫度高(需1400℃以上溫度燒結)，燒結溫度范圍窄，使其批量生產受到較大的限制。在MgTiO₃瓷中分別加入Bi₂O₃-TiO₂，Bi₂O₃-TiO₂和HF，可以制備出能與銅電極共燒的介質陶瓷，但其品質因數較低。Bi₂O₃-V₂O₅二元助劑和CuO-Bi₂O₃-V₂O₅三元助劑加入可以使MgTiO₃陶瓷實現低溫燒結，但對該兩種助劑所得的LTCC材料流延工藝發現，大量游離的V₂O₅添加，加入黏合劑后形成團聚體，無法流延成型。ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃也能使MgTiO₃陶瓷實現致密燒結，但因大量玻璃的引入，惡化了介電性能，且多種物質的相互反應造成陶瓷相組成異常復雜，難以控制。而在MgTiO₃體系中添加Li₂O-B₂O₃-SiO₂玻璃，雖能降低MgTiO₃的燒結溫度，但Li玻璃的加入使MgTiO₃分解成為MgTi₂O₅，嚴重惡化了MgTiO₃陶瓷的微波特性。