[發明專利]一種硅基可低溫燒結的低介高品質因數微波介質陶瓷的制備及應用

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• 申請號: 202110920134.5
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113754419A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 李潔;唐瑩;方亮
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C04B35/16
• 分類號: C04B35/16;C04B35/622;H01P1/20;H01P7/10;H03H3/02
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本發明公開了一種硅基可低溫燒結的低介高品質因數微波介質陶瓷的制備及應用。（1）將Li₂CO₃、SrCO₃和SiO₂按Li₂SrSiO₄的組成稱量配料；（2）球磨混合6小時，球磨介質為酒精，烘干后預燒；（3）將預燒后粉末與SiTiO₃粉末按(1?x)Li₂SrSiO₄?xSrTiO₃進行稱量，其中x為體積百分比（0≤x≤0.06），再次球磨后添加聚乙烯醇溶液并造粒，再壓制成型，最后在大氣氣氛中燒結。本發明制備的硅基低介高品質因數微波介質陶瓷，介電常數為7.4~8.2，品質因數高達63,200~100,700GHz，諧振頻率溫度系數近零，能應用于各種陶瓷基板、介質諧振器與濾波器等微波元器件的制造。

技術領域

本發明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及在微波頻率使用的陶瓷基板、諧振器、濾波器等微波元器件，以及陶瓷電容器或溫度補償電容器的介電陶瓷材料的制備及應用。

背景技術

微波介質陶瓷是指應用于微波頻段(300Mz～300Hz)電路中作為介質并完成微波波導、屏蔽和諧振等一種或多種功能的材料，已成為現代移動通訊技術的關鍵基礎材料。衡量微波介質材料性能的三個重要指標是介電常數ε_r、品質因數Q×f和諧振頻率溫度系數τ_f。其中，介電常數與器件的尺寸成反比，決定了元器件的尺寸；高品質因數有利于提高信號強度和諧振頻率分辨率；盡可能近零(±10ppm/℃)的諧振頻率溫度系數以保證器件良好的熱穩定性。

近來基于5G的無線通信系統、物聯網、智能運輸系統和智能駕駛等應用市場的迅猛發展，微波介質元器件趨向高頻、小型、輕量、薄型與高性能的發展。當通訊頻率上升到毫米波頻段(30GHz)，低ε_r不僅能降低材料與電極之間的交互耦合損耗，而且可以減少信號傳輸過程中的延遲以滿足高頻高速的要求，高品質因數(Q×f90000GHz)有利于提高元件的選頻特性并減少工作過程中的發熱量，因此超低介電常數(ε_r10)和高品質因數(Q×f90,000GHz)微波介質陶瓷的研究與開發越來越受到重視。

現有低ε_r與高Q×f值的材料體系主要是Al₂O₃系、尖晶石MgAl₂O₄和ZnAl₂O₄系、MgTiO₃系、硅酸鹽M₂SiO₄(M＝Mg、Zn)、Li₂TiO₃系、K₂NiF₄型SrRAlO₄(R＝Sm、Nd、La)等^[1-4]，其中硅酸鹽陶瓷如Mg₂SiO₄、Zn₂SiO₄等因具有低ε_r與高Q×f，以及密度低、價格便宜等優點而受到關注。

以上這些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。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(Low Temperature Co-firedCeramics，LTCC)的發展和微波多層器件發展的要求，國內外的研究人員對一些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復合材料體系，因低熔點玻璃相具有相對較高的介質損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質損耗。因此研制無玻璃相的本征低燒結溫度的微波介質陶瓷材料是當前研究的重點。