及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li3Si2B3O10及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、SiO2和H3BO3的原始粉末按Li3Si2B3O10的組成稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，烘干后在750℃大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)；（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在800~850℃大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添加量占粉末總質(zhì)量的3%。本發(fā)明制備的陶瓷燒結(jié)良好，介電常數(shù)達(dá)到5.3～5.8，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)113000-149000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】超低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li3SiP3O1。及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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(shù)】
[0002] 微波介電陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段(主要是UHF和SHF頻段)電路中作為介質(zhì)材料 并完成一種或多種功能的陶瓷，在現(xiàn)代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片和介質(zhì) 導(dǎo)波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，已在便攜式移動(dòng)電話、汽車電話、無(wú) 繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達(dá)等方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型 化、集成化過程中正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。
[0003] 應(yīng)用于微波頻段的介電陶瓷，應(yīng)滿足如下介電特性的要求：（1)系列化介電常數(shù) \以適應(yīng)不同頻率及不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求；（2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或低的介電損耗tan δ 以降低噪音，一般要求Qf多3000 GHz; (3)諧振頻率的溫度系數(shù)τ.盡可能小以保證器件 具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求-10 ppm /°C< τ，<+]_〇 ppm/°c。國(guó)際上從20世紀(jì)30年 代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)，并制備出1102微波介質(zhì)濾波器，但其諧振 頻率溫度系數(shù)^太大而無(wú)法實(shí)用化。上世紀(jì)70年代以來(lái)，開始了大規(guī)模的對(duì)介質(zhì)陶瓷材 料的開發(fā)工作，根據(jù)相對(duì)介電常數(shù)\的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發(fā)和正 在開發(fā)的微波介質(zhì)陶瓷分為4類。
[0004] (1)超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，主要代表是Al203-Ti0 2、Y2BaCu05、MgAl2O4和 Mg2SiO4等，其ε #2〇,品質(zhì)因數(shù)QXf》5〇〇〇〇GHz，τ #10 ppm/。C。主要用于微波基 板以及高端微波元器件。
[0005] (2)低\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(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其ε ^20?35， Q= (1?2) X IO4(在f彡10 GHz下），τ產(chǎn)〇。主要應(yīng)用于f彡8 GHz的衛(wèi)星直播等微波 通信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
[0006] (3)中等ε，Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi 409、Ba2Ti9O2tl和（Zr、Sn) TiO4 等為基的 MWDC 材料，其 ε r= 35~45, Q= (6 ?9) XlO 3 (在 f=3 ?一4GHz 下)，5 ppm/° C。主要用于4?8 GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器 件。
[0007] (4)高ε,而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8?4GHz頻率范圍內(nèi)民用移 動(dòng)通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研宄的重點(diǎn)。80年代以來(lái)，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并 研宄了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO - Ln2O3-TiO2系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡(jiǎn)稱BLT系）、 復(fù)合媽鈦礦結(jié)構(gòu)CaO -Li2O-Ln2O3-TiO2系列、鉛基系列材料、Ca ^Ln2xiZ3TiO3系等高ε ^微 波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO - Nd2O3 - TiO2材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列（Pb, Ca) ZrO3介電常數(shù)達(dá)到105。
[0008] 由于微波介電陶瓷的三個(gè)性能指標(biāo)（ε ^與Q · f和τ p之間是相互制約的關(guān)系 (見文獻(xiàn)：微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能間的制約關(guān)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(gè)性能要求的單相微波介質(zhì)陶瓷非常少，主要 是它們的諧振頻率溫度系數(shù)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無(wú)法實(shí)際應(yīng)用要求。目前對(duì)微 波介質(zhì)陶瓷的研宄大部分是通過大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，卻沒有完整的理論來(lái)闡述 微觀結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)系，因此，在理論上還無(wú)法從化合物的組成與結(jié)構(gòu)上預(yù)測(cè)其諧振 頻率溫度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)等微波介電性能，探索與開發(fā)近零諧振頻率溫度系數(shù)（-10 ppm /°C彡τ^Ξ+1〇 ppm/°C)與較高品質(zhì)因數(shù)的系列不同介電常數(shù)微波介電陶瓷是本領(lǐng)域技 術(shù)人員一直渴望解決但始終難以獲得成功的難題，這在很大程度上限制了微波介電陶瓷與 器件的發(fā)展。我們對(duì)組成Li 3Si2B301Q、Li3Ti 2B301Q、Li3Zr2B 301Q、Li3Ge2B3O ltl的系列化合物進(jìn) 行了微波介電性能的研宄，發(fā)現(xiàn)它們的燒結(jié)溫度低于950°C，其中只有1^#128 301(|有近零諧 振頻率溫度系數(shù)與高品質(zhì)因數(shù)。Li3Zr2B 3Oltl陶瓷的諧振頻率溫度系數(shù)τ /扁大(分別為+28 ppm/°C)而無(wú)法作為可實(shí)用化的微波介質(zhì)陶瓷；而Li3Ti2B3O ltl和Li 3Ge2B301(l為半導(dǎo)體，其 介電損耗太大而無(wú)法作為微波介質(zhì)陶瓷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種具有良好熱穩(wěn)定性與低損耗的超低介電常數(shù)微波介電 陶瓷材料及其制備方法。
[0010] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學(xué)組成為L(zhǎng)i3Si2B 3O1P
[0011] 本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為： (1)將純度為99. 9%(重量百分比）以上的Li2C03、Si〇dP H3BO3的原始粉末按Li 3Si2B3010 的組成稱量配料。
[0012] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，烘干后在750°C 大氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[0013] (3)在步驟（2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在 800~850 °C大氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙 烯醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)Ii3Si2B3O ltl陶瓷介電常數(shù)達(dá)到5. 3?5. 8,其諧振頻率的溫度系數(shù) τ /J、，溫度穩(wěn)定性好；品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)113000-149000GHZ，可廣泛用于各種介質(zhì)諧振器 和濾波器等微波器件的制造，可滿足低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的技術(shù)需要，在工業(yè)上 有著極大的應(yīng)用價(jià)值。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例： 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個(gè)具體實(shí)施例及其微波介電性能。其制備 方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評(píng)價(jià)。
[0016] 本陶瓷可廣泛用于各種介質(zhì)基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足移 動(dòng)通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
[0017] 表1:

【權(quán)利要求】
1. 一種溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷，其特征在于所述微波介電陶瓷的化學(xué) 組成為：Li3Si2B3010; 所述微波介電陶瓷的制備方法具體步驟為： (1) 將純度為99. 9%(重量百分比）以上的Li2C03、Si〇dP H3B03的原始粉末按Li 3Si2B3010的組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，烘干后在750°C大氣 氣氛中預(yù)燒6小時(shí)； (3) 在步驟（2)制得的粉末中添加粘結(jié)劑并造粒后，再壓制成型，最后在800~850°C大 氣氣氛中燒結(jié)4小時(shí)；所述的粘結(jié)劑采用質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
【文檔編號(hào)】C04B35/01GK104478408SQ201410688890
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】蔣雪雯, 李純純, 蘇和平 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)