[发明专利]一种锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制备领域，特别涉及一种锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷材料是近30年来迅速发展起来的新型功能电子陶瓷，它具有损耗低、频率温度系数小、介电常数高等特点。用这种微波介质材料可以制成介质谐振器（Dielectric Resonator，简称DR），与金属腔谐振器相比,介质谐振器具有体积小、重量轻、温度稳定性好、价格便宜等特点。微波陶瓷制造的器件有:微波介质天线、介质稳频振荡器（简称DRO）、介质波导传输线等，目前广泛应用于移动通信、卫星电视广播通信、雷达、卫星定位导航系统等众多领域。

微波介质陶瓷器件的发展趋势为微型化、低损耗、高稳定及片式化，生产大规模化、低成本等。相应微波介质材料的发展趋势为介电常数系列化、谐振频率温度系数近零、超低介电损耗（超高Q值）。对于具有超高Q值（Q值＞10000）的中K（介电常数介于20至40之间）微波介质材料体系，目前常用的是MgNb₂O₆（烧结温度1300^oC，介电常数21.4，Qf=93800GHz，谐振频率温度系数TCF=-70ppm/^oC），它的烧结温度较高，TCF为较大的负值，不满足工业应用要求。使用TiO₂或者SrTiO₃调节MgNb₂O₆的TCF值又会引起Qf值的降低，相组成不易控制。因此，研究开发具有超高Q值、TCF值近零、物相易控制的中K微波介质陶瓷材料已成为目前微波通讯技术发展应用的关键点之一。

综上所述，为满足微波介质陶瓷器件微型化、高稳定及片式化的发展要求，研究开发具有超高Q值、TCF值近零、物相易控制、生产成本低且环保的中K微波介质陶瓷材料是新材料开发领域的一项重要任务。

发明内容

本发明提供一种锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料及其制备方法，以克服现有技术存在的具有超高Q值的中K微波介质陶瓷材料体系缺少的不足。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案是：一种锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料，其结构表达式为：Li_1+2xZn_0.5-xTi_1.5-3xO_4-2x, 式中0.05≤x≤0.45。

上述锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料制备方法，依次包括下述步骤：

1）将化学原料ZnO、TiO₂和Li₂CO₃按配方通式Li_1+2xZn_0.5-xTi_1.5-3xO_4-2x, 式中0.05≤x≤0.45；

2）将配制后的化学原料混合，放入尼龙罐中，加入酒精球磨4个小时，充分混合磨细，取出后在200^oC下快速烘干，过筛100目后压制成块状；

3）压制的块体经900^oC预烧4小时，即可得到样品烧块；

4）将样品烧块粉碎，并经过6个小时的二次球磨，充分混合磨细、200^oC下烘干、造粒，造粒后经80目与120目筛网双层过筛，得到所需粉末；

5）将粉末按需要压制成型，在1100^oC~1200^oC下烧结2个小时成瓷，即可得到锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、性能优良：烧结后的相对介电常数为20.2~25，低的低频介电损耗（tanδ<2×10^-4，1MHz），良好的微波介电性能（31,500 GHz≤Qf≤123,600 GHz），谐振频率温度系数在零附近可调（-9.5 ppm/^oC≤TCF≤+33 ppm/^oC）。

2、本发明的锂基低损耗温度稳定型微波介质陶瓷材料具有以下特点：相对介电常数居中（20.2~25），低频下介电损耗小（tanδ<2×10^-4，1MHz），微波性能优异（31,500 GHz≤Qf≤88,600 GHz），谐振频率温度系数零附近可调（-9.5 ppm/^oC≤TCF≤+33 ppm/^oC），化学组成及制备工艺简单。