[发明专利]近零谐振频率温度系数的铌基微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以氧化物为基础的以成分为特征的陶瓷化合物，更确切地说，是关于一种以铌基复合钙钛矿化合物为主要成分的陶瓷化合物。

背景技术

微波介质陶瓷是微波器件的核心材料。最近十几年来，由于微波技术设备向小型化与集成化，尤其是向民用产品的大产量、低价格化方向的快速发展，使得微波介质陶瓷的研究与实用化迅速发展。应用于微波电路的介质陶瓷，应满足如下介电特性的要求：(1)高的相对介电常数ε_r以减小器件尺寸，一般要求ε_r≥20；(2)高的品质因子Q以降低噪音，一般要求Qf≥3000GHz；(3)接近零的谐振频率温度系数τ_f以保证器件的温度稳定性，一般要求-5ppm/℃≤τ_f≤5ppm/℃。

Ba(Co_1/3Nb_2/3)O₃微波介质陶瓷(ε_r≈32，Qf＝63000GHz，τ_f＝-13ppm/℃)的品质因子高，成本低，主要应用于用于微波高频段(8GHz以上)的领域。但是它的主要缺点是：(1)谐振频率温度系数绝对值偏大；(2)烧结温度高达1450℃左右。这限制了它的使用，一般需要通过掺入其他组分的材料来调节其谐振频率温度系数或降低烧结温度以达到使用要求。如《欧洲陶瓷协会会刊》(Journal of the European Ceramic Society)在2003年的一篇文章《微波谐振器用的低成本、高性能Ba(Zn_1/3Nb_2/3O₃)基材料的开发》(Development of low cost，highperformance Ba(Zn_1/3Nb_2/3O₃)based materials for microwave resonator applications)中报道，采用具有正温度系数的Ba(Zn_1/3 Nb_2/3)O₃(τ_f＝30ppm/℃)和负温度系数的Ba(Co_1/3Nb_2/3)O₃形成固溶体化合物陶瓷，当Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃的掺入量为60mol％时，就得到了τ_f为零的微波介质陶瓷材料(ε_r＝35.6，Qf＝86000GHz，τ_f＝0±3ppm/℃)。

发明内容

本发明的目的是克服现有Ba(Co_1/3Nb_2/3)O₃微波介质陶瓷谐振频率温度系数偏大并且烧结温度高的缺点，通过掺入CaTiO₃和MnO₂材料而获得一种近零谐振频率温度系数、较低烧结温度并且具有较高品质因子的微波介质陶瓷；同时提供Ba(Co_1/3Nb_2/3)O₃基微波介质陶瓷的组成配方和制造该介质陶瓷产品的方法。

本发明的目的是这样实现的：近零谐振频率温度系数的铌基微波介质陶瓷，其特征在于由氧化物形式的Ba、Co、Nb、Ca、Ti和Mn组成，其化学式为：

((1-x)BaO·1/3(1-x)CoO·1/3(1-x)Nb₂O₅·xTiO₂·xCaO·yMnO₂，式中x＝2/399-0.1，y＝1/399-0.05。

所述的微波介质陶瓷，其组份摩尔份量比为：BaO 100：CoO 100/3：Nb₂O₅ 100/3：CaO200/397-100/9：TiO₂ 200/397-100/9：MnO₂ 100/397-5。

本发明所述陶瓷(1-x)BaO·1/3(1-x)CoO·1/3(1-x)Nb₂O₅·xTiO₂·xCaO·yMnO₂(式中x＝2/399-0.1，y＝1/399-0.05)的制备方法，包括如下步骤：