[發明專利]一種超低介電常數微波介電陶瓷Li3ZnB3O7及其制備方法

在審

• 申請號: 201610092885.1
• 申請日: 2016-02-20
• 公開（公告）號: CN105645950A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 蘇聰學;覃杏柳;鄭彬寧
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622;C04B35/64
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技術領域

本發明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及用于制造微波頻率使用的陶瓷基板、諧振 器與濾波器等微波元器件的介電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

微波介電陶瓷是指應用于微波頻段（主要是UHF和SHF頻段）電路中作為介質材料 并完成一種或多種功能的陶瓷，在現代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質基片和介質 導波回路等元器件，是現代通信技術的關鍵基礎材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無 繩電話、電視衛星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應用，在現代通訊工具的小型 化、集成化過程中正發揮著越來越大的作用。

應用于微波頻段的介電陶瓷，應滿足如下介電特性的要求：（1）系列化介電常數ε_r以適應不同頻率及不同應用場合的要求;（2）高的品質因數Q值或低的介電損耗tanδ以降低 噪音，一般要求Qf≥3000GHz;(3)諧振頻率的溫度系數τ_?盡可能小以保證器件具有好的 熱穩定性，一般要求-10ppm/℃≤τ_?≤+10ppm/℃。國際上從20世紀30年代末就有人嘗試 將電介質材料應用于微波技術,并制備出TiO₂微波介質濾波器，但其諧振頻率溫度系數τ_?太大而無法實用化。上世紀70年代以來，開始了大規模的對介質陶瓷材料的開發工作,根 據相對介電常數ε_r的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發和正在開發的微波介質陶 瓷分為4類。

（1）超低介電常數微波介電陶瓷，主要代表是Al₂O₃-TiO₂、Y₂BaCuO₅、MgAl₂O₄和 Mg₂SiO₄等，其ε_r≤20，品質因數Q×f≥50000GHz，τ_?≤10ppm/°C。主要用于微波基板以及高 端微波元器件。

（2）低ε_r和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta₂O₅,BaO-ZnO-Ta₂O₅或BaO- MgO-Nb₂O₅,BaO-ZnO-Nb₂O₅系統或它們之間的復合系統MWDC材料。其ε_r=20～35,Q=(1～2)× 10⁴(在f≥10GHz下),τ_?≈0。主要應用于f≥8GHz的衛星直播等微波通信機中作為介質 諧振器件。

（3）中等ε_r和Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀和（Zr、Sn）TiO₄等為 基的MWDC材料,其ε_r＝35~45，Q=（6～9）×10³（在f=3～－4GHz下），τ_?≤5ppm/°C。主要用于4 ～8GHz頻率范圍內的微波軍用雷達及通信系統中作為介質諧振器件。

（4）高ε_r而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8～4GHz頻率范圍內民用移動通 訊系統，這也是微波介電陶瓷研究的重點。80年代以來，Kolar、Kato等人相繼發現并研究了 類鈣鈦礦鎢青銅型BaO—Ln₂O₃—TiO₂系列(Ln=La、Sm、Nd或Pr等,簡稱BLT系)、復合鈣鈦礦 結構CaO—Li₂O—Ln₂O₃—TiO₂系列、鉛基系列材料、Ca_1-xLn_2x/3TiO₃系等高ε_r微波介電陶瓷， 其中BLT體系的BaO—Nd₂O₃—TiO₂材料介電常數達到90，鉛基系列(Pb,Ca)ZrO₃介電常數達 到105。