[發(fā)明專利]一種鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210854920.4
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115108823B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 修志宇;毛敏敏;宋開新;石仁剛;朱晟鍇
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: C04B35/443
• 分類號: C04B35/443;C04B35/622;C04B35/64
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本發(fā)明公開了一種鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，材料的物相晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石型結(jié)構(gòu)，化學式為MgAlsubgt;2?x/subgt;(Znsubgt;0.5/subgt;Mnsubgt;0.5/subgt;)subgt;x/subgt;Osubgt;4/subgt;，其中，0x≤0.08。本發(fā)明利用Znsupgt;2+/supgt;和Mnsupgt;4+/supgt;協(xié)同置換所述鎂鋁尖晶石晶格中的Alsupgt;3+/supgt;，制備得到的微波介質(zhì)陶瓷材料在摻雜Znsupgt;2+/supgt;和Mnsupgt;4+/supgt;后的燒結(jié)溫度為1440℃～1590℃，低于現(xiàn)有的鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料的燒結(jié)溫度，其介電常數(shù)為8.23～8.51，品質(zhì)因數(shù)為76764GHz～111010GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為?64ppm/℃～?58ppm/℃，微波介電性能顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線移動通訊與射頻電子電路系統(tǒng)用電子陶瓷元器件與材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

微波介質(zhì)陶瓷作為一種新型多功能陶瓷材料受到了研究人員的重視，也常稱它為無線通信的基石。它被廣泛地應(yīng)用于無線互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、雷達等領(lǐng)域內(nèi)。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，基于微波介質(zhì)陶瓷設(shè)計的濾波器、諧振器、介質(zhì)天線等被廣泛地應(yīng)用，對微波介質(zhì)陶瓷材料的需求也在大大增加。當然，對于材料的性能也提出了更高的要求。研究人員一般重點關(guān)注微波介質(zhì)陶瓷材料的三個性能指標參數(shù)：能夠決定器件尺寸大小，影響設(shè)備傳輸時延的相對介電常數(shù)(ε_r)，能夠影響微波元器件損耗大小的品質(zhì)因數(shù)(Q×f)以及決定微波元器件能否在不同溫度下具有良好溫度穩(wěn)定性的諧振頻率溫度系數(shù)(τ_f)。為了滿足5G技術(shù)的應(yīng)用，低介電常數(shù)(ε_r20)，高品質(zhì)因數(shù)和近零溫度系數(shù)(|τ_f|3ppm/℃)的微波介質(zhì)陶瓷材料是目前研究的重點。

當前有關(guān)鎂鋁尖晶石微波陶瓷材料與制備技術(shù)上仍然存在品質(zhì)因數(shù)不夠高、負諧振頻率溫度系數(shù)絕對值較大與燒結(jié)溫度高(＞1600℃)等缺點，低的品質(zhì)因數(shù)和絕對值大的負頻率溫度系數(shù)不滿足5G技術(shù)的要求，會導致器件損耗大與諧振頻率溫度穩(wěn)定性差，而且高燒結(jié)溫度會產(chǎn)生大量的能源消耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，本發(fā)明利用Zn²⁺和Mn⁴⁺協(xié)同置換所述鎂鋁尖晶石晶格中的Al³⁺，制備得到的微波介質(zhì)陶瓷材料MgAl_2-x(Zn_0.5Mn_0.5)_xO₄(0x≤0.08)在摻雜Zn²⁺和Mn⁴⁺后的燒結(jié)溫度為1440℃～1590℃，低于現(xiàn)有的鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料的燒結(jié)溫度，相對介電常數(shù)ε_r為8.23～8.51，品質(zhì)因數(shù)Q×f為76764GHz～111010GHz、諧振頻率溫度系數(shù)τ_f為-64ppm/℃～-58ppm/℃，微波介電性能優(yōu)良。

本發(fā)明提供了一種鎂鋁尖晶石微波介質(zhì)陶瓷材料，材料的物相晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石型結(jié)構(gòu)，化學式為MgAl_2-x(Zn_0.5Mn_0.5)_xO₄，其中，x為摩爾比，0x≤0.08。

優(yōu)選的，x為0.02、0.04、0.06、0.08。

優(yōu)選的，所述微波介質(zhì)陶瓷材料的燒結(jié)溫度為1440℃～1590℃；相對介電常數(shù)為8.23～8.51，品質(zhì)因數(shù)為76764GHz～111010GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-64ppm/℃～-58ppm/℃。