及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可低溫?zé)Y(jié)的溫度穩(wěn)定型超低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li2TiB4O9及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、TiO2和H3BO3的原始粉末按Li2TiB4O9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700℃大氣氣氛中預(yù)燒12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800~840℃大氣氣氛中燒結(jié)10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8.3～8.7，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達85000-127000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價值。
【專利說明】超低介電常數(shù)微波介電陶瓷L i 2T i B4O9及其制備方法

【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(yīng)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(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) ε ^以適應(yīng)不同頻率及不同應(yīng)用場合的要求；（2)高的品質(zhì)因數(shù)Q值或低的介電損耗tan δ 以降低噪音，一般要求Qf彡3000 GHz; (3)諧振頻率的溫度系數(shù)^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(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(jì)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)L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 r<2〇,品質(zhì)因數(shù)QXf>5〇〇〇〇GHz，τ #10 ppm/。C。主要用于微波基 板以及高端微波元器件。
[0005] (2)低ε r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(fù)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)0。主要應(yīng)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ε，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 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究的重點。80年代以來，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并 研究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(fù)合f丐欽礦結(jié)構(gòu)CaO -Li2O一Ln2O3一TiO2系列、鉛基系列材料、Ca PxLn2xjZ3TiO3系等_ 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] 由于微波介電陶瓷的三個性能指標(biāo)（ε ^與Q · f和τ p之間是相互制約的關(guān) 系(見文獻：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)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實際應(yīng)用要求。目前對微 波介質(zhì)陶瓷的研究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(gòu)與介電性能的關(guān)系，因此，在理論上還無法從化合物的組成與結(jié)構(gòu)上預(yù)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)近零諧振頻率溫度系數(shù)（-10 ppm /°C彡+10 ppm/°C)與高品質(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。
[0009]


【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(xué)組成為Li2TiB40 9。
[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Li2C03、Ti0jP H3BO3的原始粉末按Li JiB4O9 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700°C 大氣氣氛中預(yù)燒12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 800~840°C大氣氣氛中燒結(jié)10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 乙烯醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點=Li2TiB4O9陶瓷燒結(jié)溫度低，介電常數(shù)達到8. 3?8. 7,其諧振頻率 的溫度系數(shù)τ /j、，溫度穩(wěn)定性好；品質(zhì)因數(shù)Qf值高達85000-127000GHZ，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)用價值。

【具體實施方式】
[0016] 實施例： 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(shù)需要。
[0018] 表1:

【權(quán)利要求】
1. 一種可低溫?zé)Y(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(xué)組成為：Li2TiB409; 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Li2C03、Ti0jP H3B03的原始粉末按Li 2TiB409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700°C預(yù)燒 12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800~840°C大 氣氣氛中燒結(jié)10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，聚乙烯醇添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
【文檔編號】C04B35/622GK104446376SQ201410646135
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】郭歡歡, 唐瑩, 蘇和平 申請人:桂林理工大學(xué)