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) EfW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 5 W降低噪音，一般要求Qf> 3000GHz; (3)諧振頻率的溫度系數(shù)I/盡可能小W保證器件 具有好的熱穩(wěn)定性，一般要求-10ppm/°C《T/《+10ppm/°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)T/太大而無(wú)法實(shí)用化。上世紀(jì)70年代W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)Ef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Al2〇3-Ti〇2、YzBaCuOs、MgAlzO^ MgzSiO*等，其er《2〇，i?Fi質(zhì)因數(shù)QXf>5〇OOOGHz，T10ppm/。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BaO-MgO-Ta205，BaO-化O-TazOs或 BaO-MgO-NbzOs, 8曰0-化0-佩205系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其e刮0~35，Q=(l~2)X104(在f> 10細(xì)Z下），T0。主要應(yīng)用于f> 8細(xì)Z的衛(wèi)星直播等微波 通信機(jī)中作為介質(zhì)諧振器件。
[000引（3)中等er和Q值的微波介電陶瓷，主要是WBaTi409、8曰2化02。和（Zr、Sn)Ti04等為基的MWDC材料，其er= 35~45,Q= (6~9)XlO3 (在f=3~_ 4細(xì)Z下)，T5 ppm/D C。主要用于4~8GHz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0.8~4GHz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-山2〇3-Ti〇2系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡(jiǎn)稱BLT系）、 復(fù)合巧鐵礦結(jié)構(gòu)CaO-化〇-山2〇3-Ti〇2系列、鉛基系列材料、Cai山WsTiOs系等高er微 波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO-Nd2〇3-Ti〇2材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列任b，Ca) Zr〇3介電常數(shù)達(dá)到105。
[0008]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和化等低 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)（LowTemperature Co-firedCeramics,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S個(gè)性能指標(biāo)（et與Q.f和TP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=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) (-IOppm /°C《T/《+l〇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。
[0010] 我們對(duì)組成La4VB〇i。、Sm4VB〇i。、La4NbB〇i。的系列化合物進(jìn)行了微波介電性能的研 究，但只有La4VB〇i。具有近零諧振頻率溫度系數(shù)與高品質(zhì)因數(shù)；Sm4VB〇i。諧振頻率溫度系數(shù) 偏大(為-4化pm/°C)而不能作為微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用；La4NbB〇i。為半導(dǎo)體在微波頻段下找不 到諧振峰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 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)的超低 介電常數(shù)微波介電陶瓷材料及其制備方法。
[0012] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學(xué)組成為L(zhǎng)a4VB〇i。。
[0013] 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）W上的La2〇3、V205和B2〇3的原始粉末按La4VBO1。的 組成稱量配料。
[0014] (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)。
[0015] (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%。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：La4VB〇i。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) 106000-119000GHZ，介電常數(shù)為15. 6~16. 3,其諧振頻率的溫度系數(shù)T/小，溫度穩(wěn)定性 好；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。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 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)。
[0018] 本陶瓷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，可滿足移動(dòng)通信 和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的技術(shù)需要。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度穩(wěn)定型高品質(zhì)因數(shù)的超低介電常數(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=La4VBO10; 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La203、％05和B 203的原始粉末按La JBO1。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%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可低溫?zé)Y(jié)的高品質(zhì)因數(shù)溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷La4VBO10及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的La2O3、V2O5和B2O3的原始粉末按La4VBO10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950℃以下燒結(jié)良好，介電常數(shù)為15.6～16.3，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)10600-119000GHz，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。
【IPC分類】C04B35/50, C04B35/622
【公開號(hào)】CN105236977
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510669344
【發(fā)明人】蘇聰學(xué), 覃杏柳, 李潔
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月18日