本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，特別涉及一種近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料及其制備方法，該微波介質(zhì)材料用于制備介質(zhì)基板、天線和諧振器等微波元器件。

背景技術(shù)：

微波介質(zhì)材料是指應(yīng)用于微波頻段（300mhz~300ghz）電路中作為介質(zhì)并完成一種或多種功能的陶瓷，主要用于制備諧振器、濾波器、介質(zhì)天線、介質(zhì)導(dǎo)波回路等微波元器件。近年來，隨著微波元器件不斷向低成本化、高頻化以及輕量化方向的發(fā)展，這要求微波介質(zhì)材料具有優(yōu)良的微波介電性能（高的q×f值，低的介電常數(shù)、近零的τf值）、低的生產(chǎn)成本、低的密度。盡管目前報道了很多性能優(yōu)異的微波介電材料，比如：ba(zn1/3nb2/3)o3，ba(mg1/3nb2/3)o3，ba(y1/2ta1/2)o3。但是較大的諧振頻率溫度系數(shù)限制了其在商業(yè)上的應(yīng)用。目前最常用的調(diào)節(jié)溫度系數(shù)的方法主要有以下三種：（1）添加具有相反溫度系數(shù)的材料形成混合相；（2）添加具有相反溫度系數(shù)的材料形成固溶體；（3）開發(fā)新體系。目前，使用最多的方法是添加具有相反溫度系數(shù)的材料形成混合相。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料及其制備方法。

本發(fā)明思路：3mgo-al2o3-3tio2體系具有優(yōu)良的微波介電性能，但是溫度系數(shù)較負，而catio3具有正的τf值（～800ppm/℃），通過向3mgo-al2o3-3tio2體系中添加catio3調(diào)節(jié)3mgo-al2o3-3tio2材料的τf值，從而獲得一種近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料。本發(fā)明通過引入添加劑catio3調(diào)節(jié)τf值，從而獲得一種溫度系數(shù)近零且性能優(yōu)異的微波介質(zhì)陶瓷材料。

本發(fā)明的近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料的化學(xué)組成式為：(1-x)(3mgo-al2o3-3tio2)-xcatio3，其中x為摩爾分數(shù)，且0.1≤x≤0.3。

制備上述近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料的具體步驟為：

(1)以純度≥99%的al2o3、mgo和tio2為主要原料，先按3mgo-al2o3-3tio2進行稱量，然后混合制得混合料；按照無水乙醇與混合料質(zhì)量比為1:1的比例向混合料中加入無水乙醇，采用濕磨法混合4小時，磨細后在120~140℃下烘干，以60目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5℃/min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至1225℃并在此溫度下保溫4小時，制成3mgo-al2o3-3tio2樣品，將制得的3mgo-al2o3-3tio2樣品粉碎，分別按照無水乙醇與粉料質(zhì)量比為1:1的比例向粉料中加入無水乙醇，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在120~140℃下烘干，制得3mgo-al2o3-3tio2粉體。

(2)以純度≥99%的caco3和tio2為主要原料，按catio3進行稱料，然后混合制得混合料；按照無水乙醇與混合料質(zhì)量比為1:1的比例向混合料中加入無水乙醇，采用濕磨法混合4小時，磨細后在120~140℃下烘干，以60目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5℃/min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至1100℃并在此溫度下保溫4小時，制成catio3樣品，將制得的catio3樣品粉碎，分別按照無水乙醇與粉料質(zhì)量比為1:1的比例向粉料中加入無水乙醇，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在120~140℃下烘干，制得catio3粉體。

(3)以步驟(1)制得的3mgo-al2o3-3tio2粉體和步驟(2)制得的catio3粉體為原料，按(1-x)(3mgo-al2o3-3tio2)-xcatio3進行稱料，其中x為摩爾分數(shù)，且0.1≤x≤0.3，然后混合制得混合料；按照無水乙醇與混合料質(zhì)量比為1:1的比例向混合料中加入無水乙醇，采用濕磨法混合4小時，磨細后在120~140℃下烘干，制得混合粉體。

(4)將步驟(3)制得的混合粉體造粒后壓制成直徑為12mm，厚度為6mm的小圓柱，于500~600℃下排膠4小時，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1275~1350℃下燒結(jié)4小時即制得近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料。

本發(fā)明方法操作簡單，且制備的近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料，微波性能優(yōu)異：低的介電常數(shù)（εr），高的q×f值以及較小的τf值；其中0.8(3mgo-al2o3-3tio2)+0.2catio3組分在1325℃下燒結(jié)具有較好的性能（εr~17.6,q×f～36606ghz,τf~4.63ppm/℃），可用于諧振器、天線、濾波器等微波器件的制造。

具體實施方式

實施例1:

(1)以純度≥99%的al2o3、mgo和tio2為主要原料，先按3mgo-al2o3-3tio2進行稱量，然后混合制得混合料；按照無水乙醇與混合料質(zhì)量比為1:1的比例向混合料中加入無水乙醇，采用濕磨法混合4小時，磨細后在130℃下烘干，以60目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5℃/min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至1225℃并在此溫度下保溫4小時，制成3mgo-al2o3-3tio2樣品，將制得的3mgo-al2o3-3tio2樣品粉碎，分別按照無水乙醇與粉料質(zhì)量比為1:1的比例向粉料中加入無水乙醇，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在130℃下烘干，制得3mgo-al2o3-3tio2粉體。

(2)以純度≥99%的caco3和tio2為主要原料，按catio3進行稱料，然后混合制得混合料；按照無水乙醇與混合料質(zhì)量比為1:1的比例向混合料中加入無水乙醇，采用濕磨法混合4小時，磨細后在130℃下烘干，以60目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5℃/min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至1100℃并在此溫度下保溫4小時，制成catio3樣品，將制得的catio3樣品粉碎，分別按照無水乙醇與粉料質(zhì)量比為1:1的比例向粉料中加入無水乙醇，放入尼龍罐中球磨4小時后取出，放入烘爐內(nèi)在130℃下烘干，制得catio3粉體。

(3)以步驟(1)制得的3mgo-al2o3-3tio2粉體和步驟(2)制得的catio3粉體為原料，按0.9(3mgo-al2o3-3tio2)-0.1catio3進行稱料，然后混合制得混合料；按照無水乙醇與混合料質(zhì)量比為1:1的比例向混合料中加入無水乙醇，采用濕磨法混合4小時，磨細后在130℃下烘干，制得混合粉體。

(4)將步驟(3)制得的混合粉體造粒后壓制成直徑為12mm，厚度為6mm的小圓柱，于550℃下排膠4小時，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在1275℃下燒結(jié)4小時即制得近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)材料。用圓柱介質(zhì)諧振器法對本實施例制得的微波介質(zhì)材料進行微波介電性能的評價，結(jié)果見表1。

實施例2~12：

將3mgo-al2o3-3tio2簡寫為mat，catio3簡寫為ct。實施例2~12的制備步驟同實施例1，x的取值和步驟(4)中的燒結(jié)溫度見表1，用圓柱介質(zhì)諧振器法對實施例2~12制得的微波介質(zhì)材料進行微波介電性能的評價，結(jié)果見表1。

實施例1~12中制得的微波介質(zhì)材料能夠廣泛用于各種介質(zhì)基板、天線和濾波器等微波電子元器件的制造，滿足現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)的技術(shù)需要。

表1不同成分的12個具體實施例及其微波介電性能