[發明專利]一種鋰基高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510879669.7
• 申請日: 2015-12-05
• 公開（公告）號: CN105314978A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 周煥福;龔健章;王楠;陳秀麗
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電子陶瓷及其制造領域，特別涉及一種在微波頻率使用的介質基板、天線和諧振器等微波元器件的鋰基高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

微波介質陶瓷是指應用于微波頻段(300MHz~300GHz)電路中作為完成一種或多種功能的電介質材料，其具有合適的介電常數、高品質因素及諧振頻率溫度系數小等特點。

微波介質陶瓷按照介電常數的大小，可以分為：(1)低介電常數體系，主要指介電常數在10~30之間品質因數（Q×f）大于50000GHz,諧振頻率溫度系數為-5ppm/℃~+5ppm/℃，如Al₂O₃、MgTiO₃等，主要用于微波電路中的絕緣基板、高端微波元器件。（2）中介電常數體系，主要指介電常數在30到60之間，品質因數大于20000GHz，諧振頻率溫度系數為-10ppm/°C~10ppm/°C，主要包括以BaTi₄O₉,Ba₂Ti₉O₂₀和(Zr,Sn)TiO₄等為基的MWDC材料。主要被應用于軍用雷達、衛星通訊以及移動通訊基站。（3）高介電常數體系，主要指介電常數大于60。包括TiO₂、CaTiO₃、鎢青銅BaO-Ln₂O₃-TiO₂系列、復合鈣鈦礦CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂系列、鉛基鈣鈦礦系列等。主要被用作通信設備中的微波介質諧振器。為滿足不同的應用范圍，必須探索實現介電常數的系列化，并保持優異的微波介電性能，即較高的品質因素及近零的頻率溫度系數。

隨著微波移動通訊技術不斷向高頻化和數字化方向發展，元器件模塊化應用正成為大勢所趨。低溫共燒陶瓷技術（LTCC，LowTemperatureCo-firedCeramics）是電子器件模塊化的主要技術之一。LTCC的關鍵技術要求微波介質材料必須性能優異、具有低的燒結溫度（≤950℃）且能與Ag電極共燒兼容。目前大多數的微波介電陶瓷雖然具有優異的性能，但是其燒結溫度太高（≥1300℃），如(Zr,Sn)TiO₄、Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃、Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃等，故無法應用于LTCC器件上。

通常有三種方式獲得可低溫燒結的微波介質陶瓷：（1）在材料體系中添加一定量的低熔點氧化物如BCB、B₂O₃、V₂O₅等，或是加入低熔點玻璃相，以形成陶瓷和低熔點燒結助劑的復合體系，但是加入大量的低熔點燒結助劑可能會明顯惡化微波介電性能；（2）采用化學合成法如水熱法、共沉淀法、熔鹽法等先進的制粉方法制備出燒結活性較高的超細材料或納米粉體，此法可有效降低燒結溫度，但是降低燒結溫度能力有限以下，而且制備工藝復雜、粉體易出現團聚現象等；（3）探索新的固有燒結溫度低的微波介質材料體系，尤其是燒結溫度低于內電極熔點的材料體系。綜上所述，第三種途徑在有效降低燒結溫度的同時保持優異微波介電性能，且無太多的負面影響。因此越來越多的研究放在了探索燒結溫度低、性能優異且能與Ag電極實現共燒兼容的材料體系上。

前期實驗表明，Li₄Ti₅O₁₂尖晶石體系化合物不僅可作為優良的負極材料，而且也具備優異的微波介電性能，其較低的燒結溫度、高品質因素和高的溫度穩定性，使其可廣泛應用于LTCC微波基板、濾波器以及諧振器的制備，也能滿足低溫共燒陶瓷多層陶瓷器件的技術需要。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱穩定性可調的可低溫燒結鋰基高性能微波介質陶瓷材料及其制備方法。

本發明的鋰基高性能微波介質陶瓷材料的化學組成式為：Li₄Ti₅O₁₂。

制備上述鋰基高性能微波介質陶瓷材料的步驟為：