[发明专利]低介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波介质陶瓷材料，用于通讯系统中的介质天线、介质基板等微波元器件。

背景技术

近年来，低介电常数微波介质陶瓷材料由于能用于制作微波通讯系统和微波电路中的介质天线、介质基板和其它关键器件，所以在民用和军事上得到广泛的应用。这些应用对低介电常数微波介质陶瓷材料的要求是：(1)一定的介电常数(ε_r)；(2)低损耗(即高的品质因数或Q*f(GHz)值)；(3)趋于零的谐振频率温度系数(TCf)，用以保证器件在温度波动时具有很好的稳定性。这些要求极大地限制了大部分陶瓷材料应用于实际器件。目前虽然已开发出多种低介电常数微波介质陶瓷材料，但是对某一种微波介质陶瓷材料而言，当获得趋于零的谐振频率的时候，其介电常数一般为某一定值，当需要改变介电常数时，往往需要重新选择材料系列。并且，一般情况下，要求介质天线和介质基板具有一些孔，传统的通过模具产生孔的方法，不仅模具制作复杂，而且在介质天线和介质基板的生产过程中成品率和生产效率低，不利于大批量生产。

发明内容

本发明提供一种低介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法，目的是具有低介电常数、低损耗与良好的温度稳定性，其介电常数连续可调，同时具有良好的机械加工性能。

本发明的一种低介电常数微波介质陶瓷材料，其为主材料表达式为uMgO-vSiO₂-wCaO-xTiO₂的固溶体介质陶瓷，各组分的含量分别是：47.6mol.％≤u≤65.4mol.％，0mol.％≤v≤32.6mol.％，1.0mol.％≤w≤2.4mol.％，1.0mol.％≤x≤50.0mol.％，u+v+w+x＝100mol.％；按所述u、v、w、x的摩尔比称量原料，经球磨、干燥、预烧、再球磨、造粒成型和烧结制成。

所述的低介电常数的微波介质陶瓷材料，其特征在于，其中掺有0～5wt.％的B₂O₃。

本发明的一种低介电常数微波介质陶瓷材料制备方法，包括下述步骤：

(1)主成分材料采用按所述u、v、w、x的摩尔比称量原料uMgO，vSiO₂，wCaCO₃和xTiO₂为起始原料，混合后用酒精和锆球在行星球磨机中球磨3～6小时；

(2)混合物在75～120℃下干燥8～12小时；

(3)在1100～1200℃下预烧2～4个小时；

(4)掺入0～5wt.％的B₂O₃，将混合物用酒精和锆球在行星球磨机中球磨3～6小时；

(8)干燥后添加粘合剂并造粒，在1000kg/cm²的压力下加压成型，制备出直径20mm、厚度8～10mm的陶瓷坯体；

(9)采用温度在1300～1450℃的范围内的一系列烧结工艺，烧结2～4个小时。

为了测量样品的介电性能，首先将圆柱状陶瓷样品在1200目SiC砂纸上打磨，然后将其用超声波在酒精中清洗。采用开式腔法用微波频率的横向电场(TE₀₁₁模)分析样品的介电性能，测试频率在6～8GHz。通过测量介质谐振器的谐振频率随温度的变化率得到样品的谐振频率温度系数，测量的温度范围为25～75℃。

本发明的微波介质陶瓷材料，介电常数在6～20之间连续可调，具有低的微波介电损耗和较小的谐振频率温度系数，同时还具有优良的机械加工性能，可对其进行切削和钻孔。本发明可用于通讯系统中的介质天线、介质基板等微波元器件，并且模具简单，加工方便，有利于大批量生产。

具体实施方式

表1给出本发明的具体实施例及其相应的微波介电性能。