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Ca₃Y₂Ge₃O₁₂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合氧化物Ca3Y2Ge3O12作為高品質(zhì)因數(shù)溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷的應(yīng)用及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的CaCO3、Y2O3和GeO2的原始粉末按Ca3Y2Ge3O12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1350℃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1400~1450℃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10.4～11.3，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)107000?148000GHz，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】
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 Ca3Y2Ge3〇i2
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(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)^ 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值或低的介質(zhì)損耗tans以降低 噪音，一般要求Qf多3000 GHz;(3)諧振頻率的溫度系數(shù)T/盡可能小以保證器件具有好的 熱穩(wěn)定性，一般要求-10 ppm /"OSt/S+IO 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TiO2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年代以來(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)k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、Y2BaCu0 5、MgAl2〇4和 1%231〇4等，其￡<20，品質(zhì)因數(shù)0\€彡500006抱七彡10卯!11/°(：。主要用于微波基板以及高 端微波元器件。
[0005] (2Mger和高Q值的微波介電陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O 5，BaO-ZnO-Ta2O5SBaO-MgO-Nb2O 5，BaO-ZnO-Nb2O5系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其ε Γ=20~35，Q=(l~2)X 104(在f彡10 GHz下），τ/^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)中等值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi4〇9、Ba2Ti9〇20和(Zr、Sn)Ti〇4等為 基的MffDC材料，其e r = 35~45，Q=(6~9)X103(在f=3~一4GHz下），τ/彡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^(guò)而〇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究的重點(diǎn)。80年代以來(lái)，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并研究了 類鈣鈦礦鎢青銅型BaO-Ln 2O3-TiO2系列(Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡(jiǎn)稱BLT系）、復(fù)合鈣鈦礦 結(jié)構(gòu)CaO-Li2〇一Ln2〇3-Ti〇2系列、鉛基系列材料、Cai- xLn2x/3Ti〇3系等尚￡]:微波介電陶瓷， 其中BLT體系的BaO-NcbO 3-TiO2材料介電常數(shù)達(dá)到90,鉛基系列（Pb,Ca)Zr03介電常數(shù)達(dá) 到 105〇
[0008] 由于微波介電陶瓷的三個(gè)性能指標(biāo)（^與〇 · 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(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，探索與開(kāi)發(fā)近零諧振頻率溫度系數(shù)(-10 ppm + 10 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Ca3Y 2Ge3O12 Ju3Y2Ge3O12Jn3Y 2Ge3O1^系列化合物進(jìn)行了微波介電性能的研究， 其中Cu3Y2Ge3〇i2、Mn3Y2Ge3〇i2為半導(dǎo)體，介電損耗大而無(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Ca3Y2Ge3O12tj
[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Ca⑶3、Y2O3和GeO2的原始粉末按Ca 3Y2Ge3O1^ 組成稱量配料。
[0012] (2)將步驟⑴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1350°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1400~1450 °(：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%。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：Ca3Y2Ge3O12陶瓷在1450°C以下燒結(jié)良好，介電常數(shù)達(dá)到10.4~ 11.3,尤其是諧振頻率的溫度系數(shù)T/小，溫度穩(wěn)定性好；品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)107000-148000GHz，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(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:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合氧化物作為高品質(zhì)因數(shù)溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷的應(yīng)用，其 特征在于所述復(fù)合氧化物的化學(xué)組成為:Ca3Y2Ge3012; 所述復(fù)合氧化物的制備方法步驟為： (1) 將純度為99.9%(重量百分比）以上的Ca⑶3、Y203和Ge0 2的原始粉末按Ca3Y2Ge3012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1350°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1400~1450Γ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%。
【文檔編號(hào)】C04B35/01GK106007673SQ201610344236
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】徐敏育, 方亮, 唐瑩, 鄧酩
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)