[發明專利]一種低損耗鎵酸鹽超低介電常數微波介電陶瓷

在審

• 申請號: 201710188226.2
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106830924A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 方維雙;唐瑩;李純純
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/626;C04B35/634
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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值或低的介質損耗tanδ以降低噪音，一般要求Qf≥3000GHz；(3)諧振頻率的溫度系數τ_f盡可能小以保證器件具有好的熱穩定性，一般要求-10ppm/℃≤τ_f≤+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_f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_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_f≈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_f≤5ppm/℃。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。