可低溫?zé)Y(jié)的溫度穩(wěn)定型微波介電陶瓷Li<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>Ti<sub>4</sub>O<sub>12</sub>及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可低溫?zé)Y(jié)的溫度穩(wěn)定型低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li2Cu3Ti4O12及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、CuO和TiO2的原始粉末按Li2Cu3Ti4O12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)為蒸餾水，烘干后在800℃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850~900℃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)明制備的陶瓷在900℃以下燒結(jié)良好，介電常數(shù)達(dá)到23.1～24.3，品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)83000?105000 GHz,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】
可低溫?zé)Y(jié)的溫度穩(wěn)定型微波介電陶瓷Li 2CU3T i 4〇12及其制備 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及介電陶瓷材料，特別是設(shè)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(guò)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)Er W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值或低的介質(zhì)損耗tanSW降低 噪音，一般要求Qf>3000 G化；（3)諧振頻率的溫度系數(shù)τ/盡可能小W保證器件具有好的 熱穩(wěn)定性，一般要求-10 ppm /°C《T/《+l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Ti化微波介質(zhì)濾波器，但其諧振頻率溫度系數(shù)τ/ 太大而無(wú)法實(shí)用化。上世紀(jì)70年代W來(lái)，開(kāi)始了大規(guī)模的對(duì)介質(zhì)陶瓷材料的開(kāi)發(fā)工作，根 據(jù)相對(duì)介電常數(shù)Er的大小與使用頻段的不同，通?？蓪⒁驯婚_(kāi)發(fā)和正在開(kāi)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Al2〇3-Ti〇2、Y2BaCu〇5、MgAl2〇4和 Mg2Si〇4等，其品質(zhì)因數(shù)QXf>50000細(xì)ζ，τ/《1〇 ppm/°c。主要用于微波基板W及高 端微波元器件。
[000引 （2)低Er和高Q值的微波介電陶瓷，主要是Ba0-Mg0-Ta20日，Ba0-ai0-Ta20日或8曰0- Mg0-Nb205，Ba0-Zn0-Nb205系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其Er=20~35, Q=(l~2)X 104(在f>10 G化下），τ/>0。主要應(yīng)用于f>8 G化的衛(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Er和Q值的微波介電陶瓷，主要是WBaTi4〇9、Ba2Ti9〇20和(Zr、Sr〇Ti〇4等為 基的MWDC材料，其Er = 35~45，Q=(6~9)X103(在f=3~一4細(xì)Z下），τ/《5 ppm/°C。主要用于4 ~8 G化頻率范圍內(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Er而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8~4G化頻率范圍內(nèi)民用移動(dòng)通 訊系統(tǒng)，運(yùn)也是微波介電陶瓷研究的重點(diǎn)。80年代W來(lái)，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了 類巧鐵礦鶴青銅型BaO-Ln2〇3-Ti化系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡(jiǎn)稱化T系）、復(fù)合巧鐵礦 結(jié)構(gòu)CaO-Li2〇-Ln2〇3-Ti〇2系列、鉛基系列材料、Cai-xLri2x/3Ti〇3系等高Er微波介電陶瓷， 其中BLT體系的BaO-NcbO廠Ti化材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列（Pb，化)Zr〇3介電常數(shù)達(dá) 到 105。
[000引 W上運(yùn)些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300°C，不能直接與Ag和Cu等低烙點(diǎn)金 屬共燒形成多層陶瓷電容器。近年來(lái)，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)化ow Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)一些低燒體系 材料進(jìn)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(fù)合材料體系，因低烙點(diǎn) 玻璃相具有相對(duì)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(wú) 玻璃相的低燒微波介質(zhì)陶瓷材料是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。
[0009] 在探索與開(kāi)發(fā)新型可低燒微波介電陶瓷材料的過(guò)程中，固有燒結(jié)溫度低的Li基化 合物、Bi基化合物、鶴酸鹽體系化合物和蹄酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關(guān)注與 研究，但是由于微波介電陶瓷的Ξ個(gè)性能指標(biāo)(Er與Q . f和τ/)之間是相互制約的關(guān)系(見(jiàn) 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Ξ個(gè)性能要求且可低溫?zé)Y(jié)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(guò)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)陶瓷的研究大部分是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，卻沒(méi)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，運(yùn)在很大程度上限制了低溫共燒技術(shù)及微 波多層器件的發(fā)展。探索與開(kāi)發(fā)既能低溫?zé)Y(jié)同時(shí)具有近零諧振頻率溫度系數(shù)(-10 ppm / ppm/°C)與較高品質(zhì)因數(shù)的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W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的熱穩(wěn)定性與低損耗，同時(shí)可低溫?zé)Y(jié)的低介 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(xué)組成為高品質(zhì)因數(shù)。
[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）^上的^2〇)3、加0和11化的原始粉末按112化3114〇12 的組成稱量配料。
[0013] (2)將步驟(1)原料濕式球磨混合12小時(shí)，球磨介質(zhì)為蒸饋水，烘干后在800°C大氣 氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[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850~900°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%的聚乙締醇溶液，聚乙締醇添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：Li2CU3Ti4012陶瓷燒結(jié)溫度低，原料成本低；其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá) 83000-105000 G化，介電常數(shù)達(dá)到23.1~24.3,其諧振頻率的溫度系數(shù)τ/小，溫度穩(wěn)定性 好;可廣泛用于各種基板、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。
【具體實(shí)施方式】 [0016]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)。
[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(dòng)通信和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
[001引表1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可低溫?zé)Y(jié)的溫度穩(wěn)定型低介電常數(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:Li2Cu 3Ti4〇12 ; 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1^2〇)3、〇1〇和1102的原始粉末按1^ 2(：113114〇12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)為蒸餾水，烘干后在800°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850~900°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)】C04B35/634GK106083031SQ201610434275
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月18日
【發(fā)明人】徐敏育, 李純純, 方維雙
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)