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(dòng)電話、汽車電話、無 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) \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(shí)用化。上世紀(jì)70年代以來，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)\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Al203-Ti0 2、Y2BaCu05、MgAl204和 1%如04等，其ε #20,品質(zhì)因數(shù)QXf彡50000GHz，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Ba〇-Mg〇-Ta 205，Ba0-Zn0-Ta205或 Ba0-Mg0_Nb205，Ba0-Zn0-Nb205系統(tǒng)或它們之間的復(fù)合系統(tǒng)MWDC材料。其ε ^20-35, Q=(l~2) X 104(在f彡10 GHz下），τ產(chǎn)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ε，Q值的微波介電陶瓷，主要是以BaTi 409、Ba2Ti902。和（Zr、Sn) Ti04等為基的 MWDC 材料，其 ε r= 35~45, Q= (6 ~9) X 10 3 (在 f=3 ~一4GHz 下)，τ 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eJjQ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，Kolar、Kato等人相繼發(fā)現(xiàn)并 研究了類鈣鈦礦鎢青銅型BaO - Ln203-Ti02系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡稱BLT系）、 復(fù)合1丐欽礦結(jié)構(gòu)CaO -Li20 -Ln203-Ti02系列、鉛基系列材料、Ca i xLn2x/3Ti03系等尚ε j^微 波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO - Nd203- Ti02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。
[0008] 以上這些材料體系的燒結(jié)溫度一般高于1300° C，不能直接與Ag和Cu等低 恪點(diǎn)金屬共燒形成多層陶瓷電容器。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術(shù)（Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)的發(fā)展和微波多層器件發(fā)展的要求，國內(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，因低熔點(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程中，固有燒結(jié)溫度低的Li基 化合物、Bi基化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲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三個(gè)性能指標(biāo)（\與9*€和τ p之間是相互制約的關(guān) 系（見文獻(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)通常過大或者品質(zhì)因數(shù)偏低而無法實(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大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)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，這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)（-10 ppm /°C彡+10 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 望解決但始終難以獲得成功的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 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。
[0011] 本發(fā)明的微波介電陶瓷材料的化學(xué)組成為Li2ZnGe04。
[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、Zn0和Ge02的原始粉末按Li 2ZnGe04的組成稱量配料。
[0013] (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850°C大 氣氣氛中預(yù)燒6小時(shí)。
[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 900~950°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 稀醇添加量占粉末總質(zhì)量的3%。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1^221^6〇4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) 95000-158000GHZ，介電常數(shù)達(dá)到15. 3~16. 2,其諧振頻率的溫度系數(shù)τ ,小，溫度穩(wěn)定性 好；可廣泛用于各種基板、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】
[0016] 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)。
[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(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. 一種復(fù)合氧化物作為溫度穩(wěn)定型高品質(zhì)因數(shù)微波介電陶瓷的應(yīng)用，其特征在于所述 微波介電陶瓷的化學(xué)組成為：Li2ZnGe04; 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、Zn0和Ge02的原始粉末按Li2ZnGe04 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850°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900~950°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。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、ZnO和GeO2的原始粉末按Li2ZnGeO4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850℃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900~950℃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)達(dá)到15.3～16.2，其品質(zhì)因數(shù)Qf值高達(dá)95000-158000GHz，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】C04B35/01, C04B35/622
【公開號(hào)】CN105399403
【申請?zhí)枴緾N201510842471
【發(fā)明人】方維雙, 程柳, 蘇和平
【申請人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月29日