[发明专利]低温烧结的复合铌酸盐微波介电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温烧结的复合铌酸盐微波介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介电 材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、 介电基片、介电导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便 携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达等方面有着 十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大 的作用。对微波介电元器件的要求主要在于：1)介电常数要高，以实现小型化； 2)介电损耗要小，即品质因子Qf值要高；3)热稳定性高，即谐振频率温度系数 (TCF)接近0ppm/℃。近年来，随着低温共烧陶瓷技术 (Low Temperature Co-firedCeramics，LTCC)和微波多层器件发展的发展，要求 使用价格低廉的金属如Ag作为形成多层陶瓷电容器中的内电极的材料来代替 Pd、Pt和Au等贵金属。Ag的熔点为960℃，而一般微波陶瓷的烧结温度大都在 1300℃左右。如果将Ag与烧结温度高于960℃的介电陶瓷合并在一起形成多层 陶瓷电容器，则会出现在介电陶瓷材料烧结过程中Ag被熔化出来的问题。近年 来，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，为降低 微波介电材料的烧结温度，传统的方法有三种：掺杂适当的氧化物或者低熔点 玻璃等烧结助剂；采用化学合成法和使用超细粉体作为起始原料以及选用固有 烧结温度较低的材料。采用化学合成方法需要复杂的处理步骤，会大大增加微 波介电元器件的生产成本和时间。许多研究表明，氧化物或低熔点玻璃的掺入 可以有效的降低陶瓷材料的烧结温度，但是会不同程度的损坏材料的微波介电 性能，因此合理选择烧结助剂和加入量就变的很有意义了。方亮等在 《Journal of the American Ceramic Society》2009年92期556～558页发表的 “Sr₃LaNb₃O₁₂：A New Low Loss and TemperatureStable A₄B₃O₁₂-Type Microwave  Dielectric Ceramic”一文中公开了Sr₃LaNb₃O₁₂陶瓷的微波介电性能：介电常数 ε_r为35.8，品质因子Qf为45327GHz，频率温度系数τ_f为-9ppm/℃。Ritesh Rawal 等在《Journal of the American CeramicSociety》2006年89期332～335页发 表的“Microwave Dielectric Propertiesof Hexagonal 12R-Ba₃LaNb₃O₁₂ Ceramics” 一文公开了Ba₃LaNb₃O₁₂陶瓷的微波性能：介电常数ε_r为44，品质因子Qf为 9000GHz，频率温度系数τ_f为-100ppm/℃。上述两种材料具有较高的介电常数， 高的品质因子，但是谐振频率温度系数需要进一步修正，以使τ_f接近0ppm/℃； 另外它们的烧结温度都在1300℃以上，远远高于Cu、Ag的熔点，不能实现和廉 价金属的共烧，必须对其进行低温化研究。考虑到金红石相的TiO₂本身具有高 的介电常数ε_r为100，低的介电损耗tanδ为6×10^-5(室温下，频率为3GHz)， 但是TiO₂不能直接用于微波介电谐振器，因为它的谐振频率温度系数τ_f为 450ppm/℃。

发明内容