一種低損耗型低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li₃MgNbO₅的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合氧化物L(fēng)i3MgNbO5作為低損耗型低介電常數(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Li2CO3、MgO和Nb2O5的原始粉末按Li3MgNbO5的組成稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合8小時(shí)，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，烘干后在900℃大氣氣氛中預(yù)燒4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1100~1200℃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15.4～16.7，其品質(zhì)因數(shù)Q×f值高達(dá)63,000?76,000GHz，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】
一種低損耗型低介電常數(shù)微波介電陶瓷Li 3MgNb05
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] 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)^的大小與使用頻段的不 同，通常可將已被開(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 Mg2Si〇4等，其Er < 20，Βαπ質(zhì)因數(shù)QXf 2 50000GHz，v < 10 ppm/°c。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Ba〇-Mg〇-Ta2〇5，BaO-ZnO-Ta 2O5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εΓ= 20~35，Q = (1~ 2) X 104(在f 2 10 GHz下），τ/ ? 〇。主要應(yīng)用于f 2 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MWDC材料，其ε Γ= 35~45，Q =(6~9)X103(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^(guò)而〇值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8~4 GHz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-Ti〇2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] 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QXf 2 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/°C < τ/ < +10 ppm/°C。由于微波介電陶瓷的三個(gè)性能 指標(biāo)與QXf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(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)同時(shí)具有近零諧振頻率溫度系數(shù)(-10 ppm/°c < τ/ < +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。
[0009] 為進(jìn)一步探索新型微波介質(zhì)材料，上海大學(xué)卞建江研究小組報(bào)道了 A3BO4型巖鹽結(jié) 構(gòu)Li3NKk陶瓷具有低介電常數(shù)（e r~ 16.4)和高品質(zhì)因數(shù)Q X f值(47，200 GHz)，而其諧振頻 率溫度系數(shù)τ/負(fù)值偏大(-45 ppm/°C)。巖鹽結(jié)構(gòu)是AaBb0a+b型化合物最典型的結(jié)構(gòu)之一，其 結(jié)構(gòu)以共棱的氧八面體[B06 ]為骨架構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中陰離子B排列成立方密堆積，陽(yáng) 離子A填充在陰離子構(gòu)成的八面體空隙中，A和B的配位數(shù)均為6。巖鹽結(jié)構(gòu)化學(xué)組分的多變 性和結(jié)構(gòu)的可調(diào)性說(shuō)明其微波介電性能可以在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。我們對(duì)通式為 Li3MgxNb〇4+x(0 < X < 4)體系進(jìn)行了微波介電性能的研究，發(fā)現(xiàn)Li3MgNbO5具有較好的綜 合微波介電性能。

【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L(zhǎng)i3MgNbO5。
[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Li2C〇3、MgO和Nb2O5的原始粉末按Li 3MgNbO5的 組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合8小時(shí)，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，烘干后在900°C大氣氣 氛中預(yù)燒4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1100~1200°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，聚乙烯醇的添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：Li3MgNb05陶瓷的介電常數(shù)達(dá)到15.4~16.7，品質(zhì)因數(shù)Q X f值高達(dá) 63,000-76,0006他，諧振頻率的溫度系數(shù)1/較小，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，在工業(yè)上有著極大的應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 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)。
[0015] 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。
[0016] 表1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種作為溫度穩(wěn)定型低介電常數(shù)微波介電陶瓷應(yīng)用的復(fù)合氧化物，其特征在于所述 復(fù)合氧化物的化學(xué)組成為:Li3MgNb〇5; 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1^2〇)3、1^0和恥20 5的原始粉末按1^31^他05的 組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合8小時(shí)，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，烘干后在900°C大氣氣 氛中預(yù)燒4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1100~1200°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，聚乙烯醇的添加量 占粉末總質(zhì)量的3%。
【文檔編號(hào)】C04B35/495GK105859284SQ201610199093
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】李純純, 王丹, 相懷成, 楊光杰
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)