[发明专利]一种低温烧结的复合微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波介质材料制造技术领域，特别涉及以氧化物为基础特征的复相陶瓷化合物的一种低烧结温度的复合微波介质陶瓷及其制备方法。

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，尤其是向民用的大产量、低价格化方向迅速发展，目前已经开发出了一大批适用于各种微波频段的微波介质陶瓷材料。应用于微波电路的介质陶瓷，应满足如下介电特征的要求：(1)高的相对介电常数ε_r以减小器件尺寸；(2)高的品质因数Q以降低噪音，一般要求Q×f≥3000GHz；(3)接近零的频率温度系数τ_f以保证器件的温度稳定性。近年来，随着低温共烧陶瓷技术(LowTemperature Co-fired Ceramics，LTCC)的发展和微波多层器件发展的要求，国内外的研究人员对一些低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，目前对这一领域材料的研发仍在积极的开展之中。但是，对于用于低烧微波介质陶瓷的体系仍然比较有限，这在很大程度上限制了低温共烧技术及微波多层器件的发展。

在低介电常数微波介质陶瓷中(ε_r～20)，Mg_0.95Ca_0.05TiO₃是目前应用最广泛的陶瓷材料，它具有较高的品质因数(Q×f＝56000GHz)，以及良好的温度稳定性(τ_f＝-3ppm/℃)，但是其烧结温度却很高(1400-1450℃)，这在很大程度上限制了其在LTCC领域的应用。目前国际上对这类低介电常数的材料的研发正在积极的开展之中。如《合金化合物杂志》(Journal of Alloys and Compounds)在2008年1月的一篇文章《ZnO对0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃陶瓷烧结特性和微波性能的影响》(Effect of ZnO additive on sintering behavior and microwavedielectric properties of 0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃ceramics)用ZnO使其烧结温度降低到1300℃，但是温度依然很高。目前尚未见到过烧结温度在900℃附近，介电常数约为20，并具有高品质因数的材料的报道。

发明内容

本发明的目的是克服介电常数在20附近的介质陶瓷烧结温度偏高以及在低温烧结时性能不好的缺点，提出一种低烧结温度的复合微波介质陶瓷及其制备方法，其特征在于，所述低烧结温度的复合微波介质陶瓷由Ba、Nb、W的氧化物为基础复合而成，其化学表达式为：xBaO-yNb₂O₅-zWO₃+mA；Ba、Nb、W的氧化物按xBaO-yNb₂O₅-zWO₃中以重量份数比配料，然后加入助烧剂A，低烧成温度烧结成致密的微波介质陶瓷。其中x＝33-40，y＝14-18，z＝46-49，m＝0.3-1，其中A为H₃BO₃、ZnO、V₂O₅中的至少一种。

所述复合微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法的制备步骤如下：

1)以纯度99％的BaCO₃、Nb₂O₅、WO₃为起始原料，按化学表达式xBaO-yNb₂O₅-zWO₃的质量比准备原料；

2)将原料以去离子水为介质湿磨混合，烘干制成混合粉料；

3)将混合粉料在1000℃煅烧，保温2-5小时；

4)在上述粉料中加入m＝0.3-1的助烧剂，再以去离子水为介质湿磨、烘干；

5)加入浓度为3％或5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，加入量占粉末总重量的5-15％，然后，于150-200MPa，压制成型；

6)在温度900-1000℃高温炉中煅烧2-4小时，制成xBaO-yNb₂O₅-zWO₃+mA的微波介质陶瓷。