[發明專利]一種低介電常數微波介質陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710988698.6
• 申請日: 2017-10-22
• 公開（公告）號: CN107586122A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 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: C04B35/19
• 分類號: C04B35/19;C04B35/495;C04B35/622;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

近年來，隨著微波移動通訊技術不斷向高頻化和數字化方向發展，對元器模塊化的要求也越來越迫切。低溫共燒陶瓷技術(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)要求微波介質材料必須性能優異、具有低的燒結溫度(≤900℃)，且能夠與Ag電極共燒兼容，這使得它成為電子器件模塊化的主要技術之一。目前商業化的微波介質陶瓷材料體系的燒結溫度一般高于1300℃，不能直接與Ag和Cu等低熔點金屬共燒形成多層陶瓷電容器。

為了滿足LTCC技術需求，國內外的研究人員對低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究，目前固有燒結溫度低的Li基、V基、Bi基化合物、硼酸鹽體系化合物、磷酸鹽體系化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲酸鹽體系化合物等材料體系是研究的熱點方向。這些化合物的晶體結構以鈣鈦礦結構，尖晶石結構，白鎢礦結構及石榴石結構等為主，但微波介電性能參差不齊，其中大部分文章報道的V基、Bi基、鎢(鉬)基微波介質陶瓷材料或硼酸鹽微波介質陶瓷材料的綜合微波介電性能比較差，通常表現為品質因數高但諧振頻率溫度系數過大，或者諧振頻率溫度系數近零但品質因數過低。這是由于微波介電陶瓷的三個性能指標(ε_r與Q·f和τ_f)之間是相互制約的關系(見文獻：微波介質陶瓷材料介電性能間的制約關系，朱建華，梁飛，汪小紅，呂文中，電子元件與材料，2005年3月第3期)，滿足三個性能要求且可低溫燒結的單相微波介質陶瓷非常少。目前對微波介質陶瓷的研究大部分是通過大量實驗而得出的經驗總結,卻沒有完整的理論來闡述微觀結構與介電性能的關系，而且也無法在理論上從化合物的組成與結構上預測其諧振頻率溫度系數和品質因數等微波介電性能。更重要的是，微波介質陶瓷材料的制備工藝也是影響材料微波介電性能的主要因素之一，從已商業化的微波介質陶瓷到近來綜合微波介電性能較好的微波介質陶瓷材料，其主要的制備方法是通過高溫固相合成法，這是因為該方法技術成熟，工藝簡單，生產效率高，相對于溶膠凝膠法，水熱法等為代表的濕化學法在工業生產上更具有可操作性和經濟價值，但高溫固相合成法其固有的缺點，如能耗大、球磨后顆粒易團聚等仍應引起該領域的足夠重視。

發明內容

基于上述問題，本發明的目的是提供一種低介電常數微波介質陶瓷材料以及制備該微波介質陶瓷材料的方法。該微波介質陶瓷材料具有良好的熱穩定性與低損耗，同時可低溫燒結，而且材料中的主體化合物為首次報道具有良好微波介電性能的化合物。

為了克服現有技術的不足，本發明提供的技術方案是：

一種低介電常數微波介質陶瓷材料，該陶瓷材料的化學組成式為：(1-z)Ca₂Na_6-yLi_yAl₆Si₆O₂₄(XO₄)₂-zTiO₂，其中0.5≤y≤3，0.05≤z≤0.1，z為摩爾比，X為S，Mo或W中的一種；該陶瓷材料的微波介電性能為：介電常數為19.3～21.6，品質因數Qf為43500～67100GHz，諧振頻率溫度系數為-18ppm/℃～7ppm/℃。

進一步的，所述的陶瓷材料中，Ca₂Na_6-yLi_yAl₆Si₆O₂₄(XO₄)₂(其中0.5≤y≤3)的結構為藍方石結構，其品質因數為51000～70600GHz，介電常數為17.2～19.4，諧振頻率溫度系數為負。

針對本發明的另一目的，本發明還提供一種低介電常數微波介質陶瓷材料的制備方法，它由以下步驟組成：