本發(fā)明屬于電子陶瓷材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波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)代通訊中被廣泛作為諧振器、濾波器、介質(zhì)基板等元器件，在軍事雷達(dá)、電視衛(wèi)星、飛機(jī)、移動(dòng)電話等方面均有重要的應(yīng)用。作為微波介質(zhì)陶瓷，需滿足以下介電特性的要求：(1)系列化介電常數(shù)ε_r以適應(yīng)不同頻率及場(chǎng)合的要求；(2)高的品質(zhì)因數(shù)或低的介質(zhì)損耗tanδ；(3)諧振頻率的溫度系數(shù)τ_f盡可能小以保證器件具有好的熱穩(wěn)定性。

根據(jù)介電常數(shù)的大小，可將微波介質(zhì)陶瓷分為超低介瓷ε_r≤10、低介瓷10＜ε_r≤30、中介瓷30＜ε_r≤70及高介瓷ε_r＞70。其中，超低介瓷由于介電常數(shù)較低，通常還要求具有較高Q值，可作為微波基板和高端微波元件，在頻率大于10GHz的衛(wèi)星通訊體系中使用。一般來說，超低介瓷的燒結(jié)溫度通常高于1300℃，不能與低熔點(diǎn)的金屬進(jìn)行共燒。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)LTCC的發(fā)展及微波多層器件的要求，國內(nèi)外對(duì)低燒材料進(jìn)行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃、陶瓷-玻璃體系。由于低熔點(diǎn)玻璃相具有相對(duì)較高的介質(zhì)損耗，導(dǎo)致材料的介質(zhì)損耗增大，采用陶瓷-低熔點(diǎn)氧化物制備LTCC材料成了目前研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料及制備方法，滿足超低介電、低損耗及低燒結(jié)溫度的要求。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料，制備其的原料由如下重量百分比的各主成分組成：35％≤MgO≤50％，50％≤H₃BO₃≤65％；以及包括占所述主成分總重量的以下重量百分比的各輔助成分：第一輔助成分1～5％，BaO 1～10％，其中，所述第一輔助成分為CuO，Bi₂O₃和V₂O₅中的至少一種。

優(yōu)選地，所述主成分的重量百分比為：40％≤MgO≤45％；55％≤H₃BO₃≤60％。

優(yōu)選地，所述第一輔助成分占所述主成分總重量的重量百分比為2～4％。

優(yōu)選地，所述BaO占所述主成分總重量的重量百分比為4～8％。

一種所述的超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、主成分混合：將主成分MgO及H₃BO₃進(jìn)行混合研磨，研磨至粒徑在0.5～0.7μm之間，得到混合粉料；

S2、預(yù)燒：將所述混合粉料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為950～1050℃，保溫時(shí)間2～4小時(shí)，得到預(yù)燒粉料；

S3、混合輔助成分：在所述預(yù)燒粉料中，摻入各輔助成分進(jìn)行混合研磨，研磨至粒徑在0.5～0.7μm之間，得到微波介質(zhì)粉料；

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料的重量計(jì)算，添加重量百分比為10～15％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；

S5、成型：將所述微波介質(zhì)造粒粉壓制成為生坯；

S6、燒結(jié)：將所述生坯在850～950℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，得到所述超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料。

優(yōu)選地，所述步驟S1和/或步驟S3中所述的混合研磨是將粉料與研磨球、無水乙醇混合加入研磨罐中，置于行星球磨機(jī)進(jìn)行混合研磨，并進(jìn)行烘干。

優(yōu)選地，所述步驟S2中的預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間為4小時(shí)。

優(yōu)選地，所述步驟S4中的粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

一種采用所述的制備方法制得的超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的微波基板。

一種采用所述的制備方法制得的超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的微波元器件。

本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明的主成分由MgO及H₃BO₃組成，采用本方案的配比經(jīng)過預(yù)燒后可以得到單一物相的硼酸鎂，其本身具有超低介電常數(shù)及超低介電損耗，但其燒結(jié)溫度需要在1200℃以上，而添加的輔助成分中CuO(或Bi₂O₃或V₂O₅)與BaO在燒結(jié)過程中可以形成低共熔相，起到液相燒結(jié)的作用，其效果優(yōu)于單一相的助燒劑，可實(shí)現(xiàn)在950℃以下燒結(jié)。其最終得到的超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的介電常數(shù)在6～10之間，介電損耗小，Q×f值在30000GHz以上，且具有較小的頻率溫度系數(shù)，溫度穩(wěn)定性好，可作為微波基板及各種高端微波元器件的應(yīng)用，其滿足低溫?zé)Y(jié)的要求，在工業(yè)應(yīng)用具有較大的價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供一種超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料，在一些實(shí)施方式中，制備其的原料由如下重量百分比的各主成分組成：35％≤MgO≤50％，50％≤H₃BO₃≤65％；以及包括占所述主成分總重量的以下重量百分比的各輔助成分：第一輔助成分1～5％，BaO 1～10％，其中，所述第一輔助成分為CuO，Bi₂O₃和V₂O₅中的至少一種。

在一些較優(yōu)的實(shí)施例中，所述主成分的重量百分比為：40％≤MgO≤45％；55％≤H₃BO₃≤60％。所述第一輔助成分占所述主成分總重量的重量百分比為2～4％。所述BaO占所述主成分總重量的重量百分比為4～8％。更優(yōu)選的一些實(shí)施例是：第一輔助成分為3wt％。BaO為6wt％。

本發(fā)明還提供一種超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，在一些實(shí)施方式中，如圖1所示，包括以下步驟：

S1、主成分混合：將主成分MgO及H₃BO₃按上述任一實(shí)施方式中的重量百分比進(jìn)行混合研磨，研磨至粒徑在0.5～0.7μm之間，得到混合粉料；

S2、預(yù)燒：將所述混合粉料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為950～1050℃，保溫時(shí)間2～4小時(shí)，得到預(yù)燒粉料；

S3、混合輔助成分：在所述預(yù)燒粉料中，摻入按上述任一實(shí)施方式中的重量百分比的各輔助成分進(jìn)行混合研磨，研磨至粒徑在0.5～0.7μm之間，得到微波介質(zhì)粉料；

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料的重量計(jì)算，添加重量百分比為10～15％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；

S5、成型：將所述微波介質(zhì)造粒粉壓制成為生坯；

S6、燒結(jié)：將所述生坯在850～950℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，得到所述超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料。

在一些優(yōu)選的實(shí)施中，所述步驟S1和/或步驟S3中所述的混合研磨是將粉料與研磨球、無水乙醇混合加入研磨罐中，置于行星球磨機(jī)進(jìn)行混合研磨，并進(jìn)行烘干(更優(yōu)的是，按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行研磨)。所述步驟S2中的預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間為4小時(shí)，當(dāng)預(yù)燒溫度過低時(shí)，形成的硼酸鎂物相不充分，而當(dāng)預(yù)燒溫度過高時(shí)，會(huì)影響材料的燒結(jié)活性。所述步驟S4中的粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

本發(fā)明還提供一種采用上述任一實(shí)施方式制備得到的超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的微波基板。

本發(fā)明還提供一種采用上述任一實(shí)施方式制備得到的超低介電微波介質(zhì)陶瓷材料的微波元器件。

以下將通過幾個(gè)更優(yōu)的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實(shí)施例1

S1、主成分混合：采用分析純的MgO及H₃BO₃為原材料，按重量百分比為：MgO為40％，H₃BO₃為60％進(jìn)行計(jì)算稱量，將原材料與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干。

S2、預(yù)燒：將混合粉料置于箱式爐進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。

S3、混合輔助成分：在預(yù)燒粉料的基礎(chǔ)上，摻入輔助成分CuO、BaO，以預(yù)燒粉料重量計(jì)算，輔助成分的添加量為：CuO為3wt％，BaO為6wt％，將粉體與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干，得到微波介質(zhì)粉料。

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料重量計(jì)算，添加重量百分比為10％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；其中，粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

S5、成型：將微波介質(zhì)造粒粉壓制成生坯；所述的生坯規(guī)格為D12*6(直徑×高度＝12mm×6mm)。

S6、燒結(jié)：將所述生坯置于箱式爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，保溫時(shí)間為4H，得到燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷。

采用TE01D諧振腔及網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C對(duì)燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷樣品進(jìn)行常溫下測(cè)試，采用恒溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測(cè)試。測(cè)得材料的微波介電性能為：ε_r＝7.4，Q×f＝42000GHz，τ_f＝-12ppm/℃。

實(shí)施例2

S1、主成分混合：采用分析純的MgO及H₃BO₃為原材料，按重量百分比為：MgO為44％，H₃BO₃為56％進(jìn)行計(jì)算稱量，將原材料與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干；

S2、預(yù)燒：將混合粉料置于箱式爐進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。

S3、混合輔助成分：在預(yù)燒粉料的基礎(chǔ)上，摻入輔助成分CuO、BaO，以預(yù)燒粉料重量計(jì)算，輔助成分的添加量為：CuO為4wt％，BaO為8wt％，將粉體與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干，得到微波介質(zhì)粉料。

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料重量計(jì)算，添加重量百分比為10％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；其中，粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

S5、成型：將微波介質(zhì)造粒粉壓制成生坯；所述的生坯規(guī)格為D12*6(直徑×高度＝12mm×6mm)。

S6、燒結(jié)：將所述生坯置于箱式爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，保溫時(shí)間為4H，得到燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷。

采用TE01D諧振腔及網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C對(duì)燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷樣品進(jìn)行常溫下測(cè)試，采用恒溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測(cè)試。測(cè)得材料的微波介電性能為：ε_r＝8.5，Q×f＝38000GHz，τ_f＝-15ppm/℃。

實(shí)施例3

S1、主成分混合：采用分析純的MgO及H₃BO₃為原材料，按重量百分比為：MgO為38％，H₃BO₃為62％進(jìn)行計(jì)算稱量，將原材料與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干；

S2、預(yù)燒：將混合粉料置于箱式爐進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。

S3、混合輔助成分：在預(yù)燒粉料的基礎(chǔ)上，摻入輔助成分CuO、BaO，以預(yù)燒粉料重量計(jì)算，輔助成分的添加量為：CuO為3wt％，BaO為5wt％，將粉體與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干，得到微波介質(zhì)粉料。

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料重量計(jì)算，添加重量百分比為10％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；其中，粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

S5、成型：將微波介質(zhì)造粒粉壓制成生坯；所述的生坯規(guī)格為D12*6(直徑×高度＝12mm×6mm)。

S6、燒結(jié)：將所述生坯置于箱式爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，保溫時(shí)間為4H，得到燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷。

采用TE01D諧振腔及網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C對(duì)燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷樣品進(jìn)行常溫下測(cè)試，采用恒溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測(cè)試。測(cè)得材料的微波介電性能為：ε_r＝7.1，Q×f＝31000GHz，τ_f＝-20ppm/℃。

實(shí)施例4

S1、主成分混合：采用分析純的MgO及H₃BO₃為原材料，按重量百分比為：MgO為40％，H₃BO₃為60％進(jìn)行計(jì)算稱量，將原材料與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干；

S2、預(yù)燒：將混合粉料置于箱式爐進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。

S3、混合輔助成分：在預(yù)燒粉料的基礎(chǔ)上，摻入輔助成分Bi₂O₃、BaO，以預(yù)燒粉料重量計(jì)算，輔助成分的添加量為：Bi₂O₃為5wt％，BaO為5wt％，將粉體與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干，得到微波介質(zhì)粉料。

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料重量計(jì)算，添加重量百分比為10％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；其中，粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

S5、成型：將微波介質(zhì)造粒粉壓制成生坯；所述的生坯規(guī)格為D12*6(直徑×高度＝12mm×6mm)。

S6、燒結(jié)：將所述生坯置于箱式爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，保溫時(shí)間為4H，得到燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷。

采用TE01D諧振腔及網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C對(duì)燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷樣品進(jìn)行常溫下測(cè)試，采用恒溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測(cè)試。測(cè)得材料的微波介電性能為：ε_r＝7.8，Q×f＝35000GHz，τ_f＝-26ppm/℃。

實(shí)施例5

S1、主成分混合：采用分析純的MgO及H₃BO₃為原材料，按重量百分比為：MgO為45％，H₃BO₃為55％進(jìn)行計(jì)算稱量，將原材料與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干；

S2、預(yù)燒：將混合粉料置于箱式爐進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1000℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。

S3、混合輔助成分：在預(yù)燒粉料的基礎(chǔ)上，摻入輔助成分V₂O₅、BaO，以預(yù)燒粉料重量計(jì)算，輔助成分的添加量為：V₂O₅為5wt％，BaO為5wt％，將粉體與研磨球、無水乙醇置于研磨罐中按料：球：無水乙醇＝1:2:1進(jìn)行混合研磨，研磨粒徑要求在0.5～0.7μm之間，并將漿料烘干，得到微波介質(zhì)粉料。

S4、造粒：按所述微波介質(zhì)粉料重量計(jì)算，添加重量百分比為10％的粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到微波介質(zhì)造粒粉；其中，粘合劑采用濃度為10wt％的PVA溶液。

S5、成型：將微波介質(zhì)造粒粉壓制成生坯；所述的生坯規(guī)格為D12*6(直徑×高度＝12mm×6mm)。

S6、燒結(jié)：將所述生坯置于箱式爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃，保溫時(shí)間為4H，得到燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷。

采用TE01D諧振腔及網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C對(duì)燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷樣品進(jìn)行常溫下測(cè)試，采用恒溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測(cè)試。測(cè)得材料的微波介電性能為：ε_r＝8.3，Q×f＝36000GHz，τ_f＝-25ppm/℃。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。