[發(fā)明專利]高品質(zhì)因數(shù)微波介電陶瓷Bi3Y2Ga3O12

在審

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• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106830923A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方亮;方維雙;唐瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/626;C04B35/634
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(shù)

微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF和SHF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，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片和介質(zhì)導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。

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

(1)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，主要代表是Al₂O₃-TiO₂、Y₂BaCuO₅、MgAl₂O₄和Mg₂SiO₄等，其ε_r≤20，品質(zhì)因數(shù)Q×f≥50000GHz，τ_f≤10ppm/℃。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(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其ε_r＝20～35,Q＝(1～2)×10⁴(在f≥10GHz下),τ_f≈0。主要應(yīng)用于f≥8GHz的衛(wèi)星直播等微波通信機中作為介質(zhì)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_f≤5ppm/℃。主要用于4～8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)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(nèi)民用移動通訊系統(tǒng)，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(fā)現(xiàn)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(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)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(shù)達到90，鉛基系列(Pb,Ca)ZrO₃介電常數(shù)達到105。