[發明專利]一種兩相復合微波介質陶瓷材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010006951.5
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111170738A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 應紅;楊月霞;楊彬;劉光明;付清波;宋錫濱
• 申請（專利權）人: 山東國瓷功能材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/626;H01P1/20;H01P7/10
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 杜瑞鋒

本發明屬于微波介質陶瓷材料技術領域，具體涉及一種兩相復合微波介質陶瓷材料。本發明所述兩相復合微波介質陶瓷材料，以固相合成的Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃、MgTiO₃為原料，并選擇性添加氧化物添加劑進行制備，得到的微波介質陶瓷材料在1320?1370℃的燒結溫度下即可燒結成瓷，測試圓片的介電常數達到30?35，25℃的f*Q＞60000，通過測試?40℃、25℃、110℃的共振頻率f計算出的頻率溫度系數較低，為?5～5ppm/℃，其性能符合微波介質陶瓷器件的要求；同時，材料在毫米波頻段下也具有較好的介電性能；可以用于生產濾波器和諧振器等陶瓷器件。

技術領域

本發明屬于微波介質陶瓷材料技術領域，具體涉及一種兩相復合微波介質陶瓷材料，并進一步公開其制備方法與應用。

背景技術

微波介質陶瓷是指應用于微波頻段(主要是UHF、SHF頻段，300MHz-300GHz)電路中作為介質材料并完成一種或多種功能的陶瓷，其具有高介電常數、低介電損耗、低諧振頻率溫度系數等優良性能，是諧振器、濾波器、雙工器、天線、穩頻振蕩器、波導傳輸線等器件的重要組成元件，可廣泛應用于個人便攜式移動電話、微波基站、車載電話、衛星通訊、軍用雷達等眾多領域。尤其是近年來，隨著通訊技術的迅速發展，對微波器件的需求量也日益增長，特別是用于基站的濾波器及介質天線等。雖然在4G時代，設備商主要采取金屬腔體濾波器方案；但隨著5G時代的到來，微波介質陶瓷器件因為能夠做到更加小型化和集成化，以及生產成本更低而受到越來越多的關注與發展，這成為近年來國內外對微波介質材料研究領域的一個熱點方向。

現有技術中，微波介質陶瓷材料存在多種分類方法，其中，根據介電常數的大小，微波介質陶瓷可分為三大類：其一是低介電常數微波介質陶瓷，此類微波介質陶瓷主要包括A1₂O₃、MgTiO₃、Y₂BaCuO₅、Mg₂SiO₄等；其二是中介電常數微波介質陶瓷，此類微波介質陶瓷主要包括BaO-TiO₂體系、Ln₂O₃-TiO₂體系、鈣基或鋇基復合鈣鈦礦等；其三是高介電常數微波介質陶瓷，此類微波介質陶瓷主要包括TiO₂、CaTiO₃、BaO-Ln₂O₃-TiO₂和鉛基復合鈣鈦礦等。目前市場上銷售的主要以介電常數16-25的鈦酸鎂體系、30-50的鋇鈣系鈣鈦礦結構與70-100的鎢青銅結構。

現有研究表明，實現微波介質陶瓷器件性能的關鍵即是基于微波介質陶瓷材料的性能。對于應用于微波介質諧振器和濾波器等領域的微波介質陶瓷器件而言，除了必備的機械強度外，還需滿足如下介電性能要求：1、在微波頻率下需要具有相對較高的介電常數εr，一般要求εr20，以便于微波器件小型化、集成化；2、在微波諧振頻率下需要具有較低的介電損耗，即高的品質因數(Q×f)，以保證優良的選頻特性和降低器件在高頻下的插入損耗；3、接近于零的諧振頻率溫度系數(τf)，以保證器件在溫度變化環境中諧振頻率的高度穩定性。

在微波介質陶瓷材料中，Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃微波材料介電常數為40，具有較高的品質因數，但諧振頻率溫度系數τf約為30ppm/℃,因此，如何調整τf接近零使材料溫度穩定性好至關重要。而MgTiO₃的介電常數為17，具有較高的品質因數，但諧振頻率溫度系數τf約-55ppm/℃，這兩種材料分別使用均有τf偏負或者偏正的缺點難以得到廣泛使用，而二者復合得到的材料可以綜合兩者的優點，得到介電常數在17-40之間的一種具有高的品質因數，合適的諧振頻率溫度系數τf的復合材料。

因此，綜合兩種材料的性能優勢開發一種介電常數適宜、使用性能穩定、燒結性能好，且便于實現工業化生產的微波介質陶瓷材料具有積極的意義。