及其制備方法
【技術領域】
[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】
[0002] 微波介電陶瓷是指應用于微波頻段(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) 導波回路等元器件，是現(xiàn)代通信技術的關鍵基礎材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無 繩電話、電視衛(wèi)星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應用，在現(xiàn)代通訊工具的小型 化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用。
[0003] 應用于微波頻段的介電陶瓷，應滿足如下介電特性的要求：（1)系列化介電常數(shù) \以適應不同頻率及不同應用場合的要求；（2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或低的介質(zhì)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。國際上從20世紀30年 代末就有人嘗試將電介質(zhì)材料應用于微波技術，并制備出1102微波介質(zhì)濾波器，但其諧振 頻率溫度系數(shù)^太大而無法實用化。上世紀70年代以來，開始了大規(guī)模的對介質(zhì)陶瓷材 料的開發(fā)工作，根據(jù)相對介電常數(shù)\的大小與使用頻段的不同，通?？蓪⒁驯婚_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 #20,品質(zhì)因數(shù)QXf》50000GHz，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。主要應用于f彡8 GHz的衛(wèi)星直播等微波 通信機中作為介質(zhì)諧振器件。
[0006] (3)中等％和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 動通訊系統(tǒng)，這也是微波介電陶瓷研宄的重點。80年代以來，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，簡稱BLT系）、 復合媽鈦礦結(jié)構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)達到90,鉛基系列（Pb, Ca) ZrO3介電常數(shù)達到105。
[0008] 以上這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300° C，不能直接與價格便宜的Ag和 Cu等低熔點金屬電極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-fired Ceramics, LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國內(nèi)外的研 宄人員對一些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研宄，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(zhì)損耗，玻璃相的存在大大提高了材料 的介質(zhì)損耗。因此研制無玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當前研宄的重點。
[0009] 在探索與開發(fā)新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中，固有燒結(jié)溫度低的Li基 化合物、Bi基化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關注 與研宄，但是由于微波介電陶瓷的三個性能指標（與〇4和T f)之間是相互制約的關 系（見文獻：微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能間的制約關系，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)，滿足三個性能要求且可低溫燒結(jié)的單相微波介質(zhì)陶瓷 非常少，它們的諧振頻率溫度系數(shù)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實際生產(chǎn)應用。目前 對微波介質(zhì)陶瓷的研宄大部分是通過大量實驗而得出的經(jīng)驗總結(jié)，卻沒有完整的理論來 闡述微觀結(jié)構與介電性能的關系，在理論上還無法從化合物的組成與結(jié)構上預測其諧振頻 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)既能低溫燒結(jié)又具有近零諧振頻率溫 度系數(shù)（-10 ppm /°C彡τ#+10 ppm/°C)與較高品質(zhì)因數(shù)的微波介電陶瓷是本領域技術 人員一直渴望解決但始終難以獲得成功的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種具有良好熱穩(wěn)定性與低損耗又可低溫燒結(jié)的超低介電 常數(shù)微波介電陶瓷材料及其制備方法。
[0011] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學組成為Li2Zn4O 5。
[0012] 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Li2COjP ZnO的原始粉末按Li 2Ζη405的組成 稱量配料。
[0013] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質(zhì)為無水乙醇，烘干后在750°C 大氣氣氛中預燒6小時。
[0014] (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；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%。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點Ii2Zn4O5陶瓷在850 °C以下燒結(jié)良好，介電常數(shù)達到12. 7? 13.3,尤其是諧振頻率的溫度系數(shù)^近零，溫度穩(wěn)定性好；品質(zhì)因數(shù)Qf值高達 105000-133000GHZ，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 低溫共燒技術及微波多層器件的技術需要，在工業(yè)上有著極大的應用價值。
【具體實施方式】
[0016] 實施例： 表1示出了構成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個具體實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)諧振器法進行微波介電性能的評價。
[0017] 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 動通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術需要。
[0018] 表 1 :
【主權項】
1. 一種可低溫燒結(jié)的溫度穩(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 電陶瓷的化學組成為！Li2Zn 4O5; 所述微波介電陶瓷的制備方法步驟為： (1) 將純度為99. 9% (重量百分比）以上的Li2COjP ZnO的原始粉末按Li 2Ζη405的組成 稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質(zhì)為蒸餾水，烘干后在750°C大氣氣 氛中預燒6小時；； (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；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%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可低溫燒結(jié)的溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li2Zn4O5及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3和ZnO的原始粉末按Li2Zn4O5的組成稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時，球磨介質(zhì)為無水乙醇，烘干后在750℃大氣氣氛中預燒6小時；（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；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)達到12.7～13.3，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達105000-133000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應用價值。
【IPC分類】C04B35-453, C04B35-622
【公開號】CN104609851
【申請?zhí)枴緾N201510052728
【發(fā)明人】方亮, 李純純, 蘇和平
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月2日