[發(fā)明專利]一種氧化鋅摻雜鈮鈦酸鎳微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310386473.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN103435347A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬衛(wèi)兵;陳天凱;孫清池;郇正利;唐翠翠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于以成分為特征的陶瓷組合物，尤其涉及一種Ni_0.5-XZn_xTi_0.5NbO₄體系的微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

微波介質(zhì)陶瓷是近幾十年來發(fā)展起來的一種新型功能陶瓷材料。它主要是指應(yīng)用于微波頻率（300ＭＨｚ～30ＧＨｚ頻段）電路中，作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷材料，是制造微波介質(zhì)濾波器和諧振器等器件的關(guān)鍵材料。它具有高介電常數(shù)、低介電損耗、低諧振頻率溫度系數(shù)等優(yōu)良性能，適于制造多種微波元器件，可以滿足微波電路小型化、低成本、高可靠性和集成化的需求。微波介質(zhì)瓷是制造微波介質(zhì)諧振器和濾波器的關(guān)鍵材料，近年來研究十分活躍。它在原來微波鐵氧體的基礎(chǔ)上，對(duì)配方和制作工藝都進(jìn)行了大幅的改進(jìn)，使之具有介電常數(shù)高、微波損耗低、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能，適于制作現(xiàn)代各種微波器件，如電子對(duì)抗、導(dǎo)航、通訊、雷達(dá)、家用衛(wèi)星直播電視接收機(jī)和移動(dòng)電話等設(shè)備中的穩(wěn)頻振蕩器、濾波器和鑒頻器，能滿足微波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。隨著移動(dòng)通信和現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷的研究越來越受到人們的重視，承載著未來微波器件的無限希望。

微波介質(zhì)諧振器與金屬空腔諧振器相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

（1）小型化(高介電常數(shù)ε_r)

眾所周知，微波電路的集成化是實(shí)現(xiàn)微波設(shè)備小型化、高穩(wěn)定及廉價(jià)的方式之一。在微波電路集成化的進(jìn)程中，金屬波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了平面微帶集成化，微波管實(shí)現(xiàn)了小型化。但是，微波電路中各種金屬諧振腔由于體積和重量太大，難以與微帶電路集成，可以通過使用微波介質(zhì)陶瓷材料作為制作諧振器的材料來解決這一難題。諧振器的尺寸和電介質(zhì)材料的介電常數(shù)的平方根成反比。所以電介質(zhì)材料的介電常數(shù)越大，所需要的電介質(zhì)陶瓷體積就越小，諧振器的尺寸也就越小。因此，微波介質(zhì)陶瓷材料的高介電常數(shù)有利于實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)濾波器的小型化，可使濾波器同微波管、微帶線一道實(shí)現(xiàn)微波電路混合集成化，使器件尺寸達(dá)到毫米量級(jí)，其價(jià)格也比金屬諧振腔低廉得多。

（2）高穩(wěn)定性(接近于零的諧振頻率溫度系數(shù)τ_f)

通信器件的工作環(huán)境溫度浮動(dòng)較大。如果微波介質(zhì)材料的諧振頻率溫度系數(shù)較大，則濾波器的載波信號(hào)在不同的溫度下就會(huì)產(chǎn)生漂移，從而嚴(yán)重影響設(shè)備的使用性能。這就要求材料具有良好的諧振頻率溫度穩(wěn)定性。溫度的實(shí)際要求范圍大致是－40℃～+100℃，在這個(gè)范圍內(nèi)，材料的諧振頻率溫度系數(shù)τ_f不高于l0ppm/℃。目前，己實(shí)用化的微波介質(zhì)陶瓷材料的頻率溫度系數(shù)可達(dá)0ppm/℃，從而可以實(shí)現(xiàn)了器件的高穩(wěn)定性和高可靠性。

（3）低損耗(高品質(zhì)因數(shù)Q)

濾波器的一個(gè)重要指標(biāo)是插入損耗低，微波介質(zhì)材料的介質(zhì)損耗是影響介質(zhì)濾波器插入損耗的一個(gè)重要因素。微波介質(zhì)材料的Q值與介質(zhì)損耗tanδ成反比關(guān)系。Q值越大，濾波器的插入損耗就越低。

Ni_0.5Ti_0.5NbO₄屬于四方晶系，晶格參數(shù)為1100℃燒結(jié)時(shí)其微波性能為：ε_r=56.8，Q×f=21100GHz，τ_f=79.1ppm/℃。因此Ni_0.5Ti_0.5NbO₄體系微波介質(zhì)陶瓷作為微波介質(zhì)材料主要存在以下幾個(gè)問題：(1)燒結(jié)溫度偏高,通過摻雜燒結(jié)助劑降低燒結(jié)溫度后,介電性能會(huì)有明顯的下降；(2)τ_f較大,溫度穩(wěn)定性不夠好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，解決鈮鈦酸鎳（Ni_0.5Ti_0.5NbO₄）體系微波介質(zhì)陶瓷τ_f較大帶來的弊端，在添加ZnO的基礎(chǔ)上，提供一種介電常數(shù)較高，諧振頻率溫度系數(shù)較小且能保證其具有較高的Q×f值的Ni_0.5Ti_0.5NbO₄體系微波介質(zhì)陶瓷。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種氧化鋅摻雜鈮鈦酸鎳微波介質(zhì)陶瓷，其化學(xué)計(jì)量式為：Ni_0.5-XZn_xTi_0.5NbO₄，式中x=0.1～0.25；

該氧化鋅摻雜鈮鈦酸鎳微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有如下步驟：