[發明專利]一種尖晶石型固溶體磁介電功能介質陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210388280.9
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102875129A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 汪宏;何立;周迪;向鋒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/26;C04B35/32;C04B35/462;C04B35/622;H01B3/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于電子陶瓷及其制備領域，特別涉及一種尖晶石型固溶體磁介電功能介質陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

信息產業的迅猛發展要求通信、雷達、導航、電子對抗等電子裝備具有多功能、小型化、高機動性能等特性，這就要求相關的電子材料具有多功能性，如磁電性能、磁光性能、柔性壓電等，其中磁電特性備受關注。眾所周知，在介質材料中傳輸的電磁波的波長與介質的介電常數和磁導率的乘積之平方根成反比，因此采用具有較高介電常數和較高磁導率的磁電復合材料可以在不改變器件和天線設計的情況下，極大地減小器件和天線的尺寸。此外，低損耗磁介電復合材料可以應用于制作LC振蕩器、濾波器、變頻器等器件，具有磁電耦合效應的磁電復合材料還可應用于換能器、執行器和傳感器等方面。

微波介質陶瓷主要用于制作諧振器、濾波器、介質天線、介質導波回路等微波元器件，可用于移動通訊、衛星通訊和雷達等方面。隨著科學技術日新月異的發展，通信信息量的迅猛增加，以及人們對無線通信的要求，使用衛星通訊和衛星直播電視等微波通信系統己成為當前通信技術發展的必然趨勢。隨著電子信息技術不斷向高頻化和數字化方向發展，對元器件的小型化，集成化以至模塊化的要求也越來越迫切。

同時具有較高介電常數和較高磁導率的單相材料非常稀少，傳統的單相鐵氧體陶瓷，如鎳鋅、錳鋅鐵氧體，雖然在低頻下具有較高的介電常數和磁導率，但是低頻介電損耗也非常大，并且在微波頻率范圍內，它們的介電損耗仍然較高，難以在寬頻范圍內得到廣泛的應用。如今備受關注的磁電復合材料絕大部分是將磁性材料和非磁性介電材料進行兩相或多相復合，以獲得具有磁介電功能的復合材料。

對于陶瓷基兩相共燒材料而言，它們通常能在低頻下表現出較高的介電常數和較高的磁導率，但是這類材料的高損耗特點限制了它在高頻范圍下的應用。對于聚合物基兩相復合材料而言，由于受到樣品機械強度、加工工藝等條件的制約，磁性相鐵氧體陶瓷粉末的體積分數通常比較低（不超過50%），從而造成這種復合材料的低磁導率和低介電常數的特點。此外，聚合物基復合材料由于受到低熔點聚合物基體材料的限制，使用溫度通常在200°C以內。

綜上所述，隨著多功能介質材料廣泛應用于LC振蕩器、諧振器、濾波器、變頻器等器件以及介質波導、介質基板、介質超材料等領域，為了滿足器件小型化以及集成化的發展需要，低損耗磁介電功能介質材料以其獨特的性能優勢，逐漸成為器件開發制造的關注熱點。

相對于復相材料而言，單相材料的制備工藝較為簡單，避免了兩相共燒匹配的要求。目前尚無一種兼具低頻高介電常數和高磁導率以及微波小損耗的磁介電功能介質陶瓷材料，以滿足信息和通訊技術高頻化和小型化發展的需求。因此，尋找、制備與研究中高介電常數（ε_r>10）、較高的磁導率（μ_r>5）、低損耗（Qf＞5000GHz）、近零諧振頻率溫度系數（TCF=0ppm/°C）、低成本（不含或者含有少量貴重金屬）、環保（至少無鉛，盡量不含或者含有較少有毒原材料）的新型磁介電功能介質陶瓷材料成為了當前研究的熱門方向。

發明內容

本發明的第一個目的是提供一種尖晶石型固溶體磁介電功能介質陶瓷材料；本發明的第二個目的是提供上述尖晶石型固溶體磁介電功能介質陶瓷材料的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案。

一種尖晶石型固溶體磁介電功能介質陶瓷材料，該磁介電功能介質陶瓷材料的結構表達通式為：xA₂B₄O₈-(1-x)Li₂MeTi₃O₈，其中A為Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Co²⁺、Fe³⁺或Li⁺中的一種或幾種，B為Fe³⁺或Co²⁺中的一種或兩種，Me為Zn²⁺、Co²⁺或Mg²⁺中的一種或幾種，0.01≤x≤0.99。

上述尖晶石型固溶體磁介電功能介質陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：