[发明专利]复合微波介质陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合微波介质陶瓷材料，属于介质陶瓷领域。

背景技术

近年来，随着移动通讯技术的迅猛发展，终端设备的便携化、微型化、高稳定及片式化、低成本已成为发展的必然趋势。其中，包括多层滤波器、双工器、片式天线等在内的多层片式微波器件得到了很快的发展。多层微波器件发展的同时也对微波介质陶瓷提出了更高的要求。

微波元器件的多层片式化，需要微波介质材料能与高电导率的金属电极如Pt，Pd，Au，Cu，Ag等共烧。从经济性以及环境保护角度考虑，一般采用高电导的Cu或Ag作为电极材料，因此，以发展能够与Cu或Ag共烧的低烧结温度的微波介质陶瓷(Low TemperatureCo-fired Ceramic，简称LTCC)成为微波介质材料发展的主流。作为LTCC材料，不仅要求具有合适的介电常数，低的介电损耗与小的谐振频率温度系数，更要求材料能在较低的烧结温度下烧结(一般在900℃左右)，以便能与高导电率的铜或银金属内电极共烧。但是，目前大多数商用微波介质陶瓷的烧结温度均在1200～1500℃，如Ba₂Ti₉O₂₀、BaTi₄O₉、(Pb，Ca)(Zr，Ti)O₃以及(Zn，Sn)TiO₄，它们的烧结温度远远高于Cu、Ag的熔点。因此，为了实现与贱金属共烧，必须寻找新的具有低烧结温度的材料或对现有的材料进行低温化研究。

目前，国内外科技人员为了降低微波介质陶瓷材料的烧结温度，常采用的方法一般有三种：掺加适当的氧化物或者低熔点玻璃等烧结助剂、采用化学合成等先进制粉方法制备烧结活性高的超细或纳米粉体作起始原料以及寻找选用新的固有烧结温度低的介质材料。尽管氧化物或低熔点玻璃的掺加可以有效的降低陶瓷材料的烧结温度，但由于对许多的微波介质陶瓷材料而言，需掺加的添加剂量比较大，从而对材料的微波介电性能带来了不同程度的损坏；采用化学合成方法则需要复杂的处理步骤，会大大增加微波介质元器件的生产成本和时间。目前，总的说来，由于研究的介质材料体系本身特性等原因，存在介电常数范围窄、烧结温度高、材料低温化与介电性能不能兼备、难与高电导的Ag或Cu等贱金属或其合金进行共烧等问题，真正产业化的低温烧结微波介质陶瓷材料很少，阻碍了多层微波器件的发展。因此，研究开发本身具有低烧结温度的材料体系并对其进行低温烧结研究已经引起了国内外研究人员的极大兴趣。

Li₂O-Nb₂O₅-TiO₂体系是一种烧结温度比较低(～1100℃)的材料体系。2001年，Borisevich和Davies等人研究报道了“M-相”Li_1+x-yNb_1-x-3yTi_x+4yO₃材料，发现其具有较高的介电常数、高的Q*f值以及可调的谐振频率温度系数。最近，我们在该体系中发现了另一种具有Li₂TiO₃固溶体(Li₂TiO₃ss)结构的LNT材料(Li_2+xNb_3xTi_1-4xO₃)，其具有相对较低的介电常数(ε_r＝15～25)以及高的Q*f值。由于这两种材料具有相同的元素，以及烧结温度都不高(～1100℃)并且均具有优异的微波介电性能，因此根据复合法则，可望在该体系中通过简单复合这两相陶瓷来调节出具有合适介电常数值的微波介电性能优异的新型LNT陶瓷材料。将上述两种陶瓷材料，即“M-相”和Li₂TiO₃ss两种材料进行简单的复合以调节其介电常数等微波介电性能的研究，目前还未见有类似的报道。

发明内容