一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷及其製備方法

2023-09-17 06:03:00 2

專利名稱：：一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於微波介質陶瓷材料
技術領域：
，尤其涉及用於通訊系統中的介質天線、介質基板等微波元器件的陶瓷材料及其製備方法。
背景技術：
：近年來，低介電常數微波介質陶瓷材料由於能用於製作微波通訊系統和微波電路中的介質天線、介質基板和其它關鍵器件，所以在民用和軍事上得到廣泛的應用。這些應用對低介電常數微波介質陶瓷材料的要求是(1)一定的介電常數(Er)；(2)低損耗(即高的品質因數或Q*f0(GHz)值)；(3)趨於零的諧振頻率溫度係數(τf)，用以保證器件在溫度波動時具有很好的穩定性。這些要求極大地限制了大部分陶瓷材料應用於實際器件。目前雖然已開發出多種低介電常數微波介質陶瓷材料，但是對某一種微波介質陶瓷材料而言，當獲得趨於零的諧振頻率的時候，其介電常數一般為某一定值，當需要改變介電常數時，往往需要重新選擇材料系列。並且，一般情況下，要求介質天線和介質基板具有耦合孔，傳統的通過模具產生孔的方法，不僅模具製作複雜，而且在介質天線和介質基板的生產過程中成品率和生產效率低，不利於大批量生產。
發明內容本發明提供一種具有低介電常數、低損耗與良好的溫度穩定性，且其介電常數連續可調，同時具有良好的機械加工性能的低介電常數低損耗微波介質陶瓷及其製備方法。本發明的技術方案是它的組成為(ZrvxLi2x)0·ySi02+awt%TiO2,其中0彡χ彡1，0.5彡y彡1，0彡a彡20;a為佔(Zn1^xLi2x)0·ySi02的質量分數。所述χ為0.18-0.22，所述y為0.45-0.55，所述a為11.0-11.9。本發明按以下步驟製備1)、先將氧化鋅、碳酸鋰、二氧化矽按所述(ZrvxLi2x)O·ySi02通式配製，均勻混合，在1100°C溫度下預燒3.5-4.5小時，合成通式為(ZrvxLi2x)O^ySiO2W主成分，其中O^x^1，0.5≤y≤1；製成粉狀；2)、往主成分中投入粉狀TiO2,混合，得粉狀混合料；所述TiO2和所述主成分總重量為100%，其中TiO2佔總重量的awt%；3)、制坯、燒結；將所述粉狀混合料壓製成形，在1200-1280°C的溫度中保持3.5-4.5小時，出料，冷卻，製得。本發明選用特定τf調節劑TiO2,使得材料的介電常數79，高品質因數Q*f0值、頻率溫度係數τf可調，同時材料製備工藝簡單、對設備和車間環境無特殊要求，便於批量生產及應用推廣。採用本發明配方及製備方法組成的本發明，可得到Er=79，Q*fO>10000GHz，諧振頻率係數τf<=10的微波介質陶瓷，性能指標可滿足微波介質陶瓷材料要求。本發明材料使用成本低、工藝穩定、重現性好，可用於多層介質天線、巴倫、各類濾波器等多層頻率器件設計生產，模具簡單，加工方便，有利於大批量生產。用本發明生產的介質陶瓷材料具有良好的機械加工性能且其介電常數連續可調，便於產品加工和設計開發。具體實施例方式實施例一1、按Zn1O·0.5Si02配製主原料80kg。在1100°C溫度下預燒3.5小時，合成通式為Zn1O·0.5Si02的主成分，製成粉狀；2、往主成分中投入20kg粉狀TiO2,混合，得粉狀混合料；3、制坯、燒結；將所述粉狀混合料壓製成形，在1200°C的溫度中保持3.5小時，出料，冷卻，製得。實施例二1、按Li2O·SiO2配製主原料80kg。在1100°C溫度下預燒4.5小時，合成通式為Li2O·SiO2的主成分，製成粉狀；2、往主成分中投入Ilkg粉狀TiO2,混合，得粉狀混合料；3、制坯、燒結；將所述粉狀混合料壓製成形，在1280°C的溫度中保持4.5小時，出料，冷卻，製得。實施例三1、按(Zna5Li)O'(XSSiO2配製主原料80kg。在1100°C溫度下預燒4小時，合成通式為(Zna5Li)O·0.SSiO2的主成分，製成粉狀；2、往主成分中投入11.9kg粉狀TiO2,混合，得粉狀混合料；3、制坯、燒結；將所述粉狀混合料壓製成形，在1250°C的溫度中保持4小時，出料，冷卻，製得。實施例四1、按(Zna5Li)O'(XSSiO2配製主原料80kg。在1100°C溫度下預燒4小時，合成通式為(Zna5Li)O·0.SSiO2的主成分，製成粉狀；2、制坯、燒結；將所述粉狀混合料壓製成形，在1250°C的溫度中保持4小時，出料，冷卻，製得。本發明將參照下述的實施進一步詳細說明首先，氧化鋅(上海京華)、碳酸鋰(廣州光華)、二氧化矽(上海凌峰)按(ZrvxLi2x)O·ySi02K學式配料混合配料，置於聚氨酯球磨罐中，加入氧化鉳球和無水乙醇球磨混合20h，烘乾後在箱式爐1100°C預燒4h，合成主成分(ZrvxLi2x)O·ySi02。將合成的主成分(ZrvxLi2x)0-ySi02及TiO2(金紅石)原料按瓷料組成配料，置於聚氨酯球磨罐中，加入氧化鉳球和無水乙醇混合20h，烘乾，加入12襯％聚乙烯醇(PVA)粘合劑造粒，在IOOMpa壓力下壓製成直徑18mm，厚度IOmm的圓薄片，在1240°C。燒結4h。為了測量樣品的介電性能，首先將圓柱狀陶瓷樣品在1200目金鋼砂紙上打磨，然後將其用超聲波在酒精中清洗。對本發明的製成品採用AilmentE5071B網絡分析儀進行檢測，根據空腔法用微波頻率的橫向電場(TE011模)分析樣品的介電性能，測試頻率在68GHz。通過測量介質諧振器的諧振頻率隨溫度的變化率得到樣品的諧振頻率溫度係數，測量的溫度範圍formulaseeoriginaldocumentpage5表1可見，隨著y增大，陶瓷樣品的Er和品質因數Q*f0值降低，τf向負溫度係數方向移動。Li的摻入拓寬了燒結溫區，X(Li)含量增加時，Q*f0值降低。添加Ti02可起調節τf作用，隨a(Ti02)含量增加，陶瓷樣品的Er升高，Q*f0值降低，τf向正溫度係數方向移動。在本實施各項性能最佳成分中，x=0.2,y=0.5,a=11.4,的組分點在1240°C燒結具有最佳的微波介電性能=Er=8.44，Q*f0=15500GHz,τf=4.8PPm。該組分材料可用於多層介質天線、巴倫、各類濾波器等多層頻率器件設計生產。表1tableseeoriginaldocumentpage5上述結果與現有技術相比可知本發明具有低損耗與良好溫度穩定性，且具有良好的微波介質性能，介電常數為79，品質因數Qf>12000GHz，頻率溫度係數可根據需要調節。權利要求一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷，其特徵在於，它的組成為(Zn1-xLi2x)O·ySiO2+awt％TiO2，其中0≤x≤1，0.5≤y≤1，0≤a≤20；a為佔(Zn1-xLi2x)O·ySiO2的質量分數。2.根據權利要求1所述的一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷，其特徵在於，所述χ為0.18-0.22，所述y為0.45-0.55，所述a為11.0-11.9。3.一種製備權利要求1所述的一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，按以下步驟製備1)、先將氧化鋅、碳酸鋰、二氧化矽按所述(ZrvxLi2x)O^ySiO2通式配製，均勻混合，在1100°C溫度下預燒3.5-4.5小時，合成通式為(ZrvxLi2x)0·ySi02的主成分，其中O^x^1，0.5彡y彡1；製成粉狀；2)、往主成分中投入粉狀TiO2,混合，得粉狀混合料；所述TiO2和所述主成分總重量為100%，其中TiO2佔總重量的awt%；3)、制坯、燒結；將所述粉狀混合料壓製成形，在1200-1280°C的溫度中保持3.5-4.5小時，出料，冷卻，製得。全文摘要一種低介電常數低損耗微波介質陶瓷及其製備方法，屬於微波介質陶瓷材料
技術領域：
。具有低介電常數、低損耗與良好的溫度穩定性，且其介電常數連續可調，同時具有良好的機械加工性能。它的組成為(Zn1-xLi2x)O·ySiO2+awt％TiO2，其中0≤x≤1，0.5≤y≤1，0≤a≤20；a為佔(Zn1-xLi2x)O·ySiO2的質量分數。本發明按以下步驟製備1)先將氧化鋅、碳酸鋰、二氧化矽按所述(Zn1-xLi2x)O·ySiO2通式配製，混合，預燒，合成主成分；製成粉狀；2)往主成分中投入粉狀TiO2，混合，得粉狀混合料；3)制坯、燒結。本發明選用特定τf調節劑TiO2，使得材料的介電常數7～9，高品質因數Q＊f0值、頻率溫度係數τf可調，同時材料製備工藝簡單、對設備和車間環境無特殊要求，便於批量生產及應用推廣。文檔編號C04B35/14GK101817674SQ20101015678公開日2010年9月1日申請日期2010年4月27日優先權日2010年4月27日發明者嚴盛喜,張益勇,趙明,韋玉華申請人:江蘇江佳電子股份有限公司