[发明专利]一种中介电常数的两相复合微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及通讯系统中的介质谐振器、滤波器、北斗导航天线以及军用雷达等微波元器件用的一种中介电常数的两相复合微波介质陶瓷及其制备方法，属于信息功能材料科学技术领域。

背景技术

微波介质陶瓷是指在微波频段中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是现代通信领域中广泛使用的谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等微波元器件的关键材料。随着现代通讯技术的不断发展，应用于微波电路的介质陶瓷材料，一般需要满足：(1)高的相对介电常数ε_r以减小器件尺寸，一般要求ε_r≥20；(2)高的品质因子Q以降低损耗，一般要求Q×f≥10000GHz；(3)接近零的谐振频率温度系数τ_f以保证器件的温度稳定性，一般要求-15ppm/℃≤τ_f≤15ppm/℃。

铌铁矿结构的ZnNb₂O₆具有较好的微波性能，其介电常数ε_r=25，Q×f=87300GHz，且烧结温度仅为1150℃。但其谐振频率温度系数偏移较大(τ_f=-56ppm/℃)，介电常数较低，限制了其实际应用。Feng Gao等在ZnNb₂O₆中添加1wt%V₂O₅+1wt%Bi₂O₃+2.5wt%CuO可将陶瓷的烧结温度降到880℃，介电性能为：ε_r=23.4，Q×f=46975GHz，τ_f=-44.89ppm/℃，氧化物掺杂使ZnNb₂O₆的τ_f向正方向移动，但达不到实际应用要求；且介电常数较低，不利于器件的小型化生产。张迎春研究了Ti⁴⁺和Ta⁵⁺对ZnNb₂O₆的B位离子取代，当Ti⁴⁺取代形成ZnNb_2(1-x)Ti_xO_(6-3X)陶瓷，在x=0.76～0.87的范围内，谐振频率温度系数可以调整到零，但其Q×f却大幅下降至5000～10000GHz；当Ta⁵⁺取代Nb⁵⁺形成ZnNb_2(1-x)Ta_2xO₆陶瓷，在x=0.62时，具有较高的Q×f值，且谐振频率温度系数可以调节到零，但Ta价格昂贵，不利于大规模生产。

复合钙钛矿结构的铌锌酸钡(Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃)陶瓷既具有良好的介电性能(ε_r=41)又具有正的谐振频率温度系数(τ_f=+28ppm/℃)，在ZnNb₂O₆陶瓷中添加Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃，通过调整其添加量可得到谐振频率温度系数接近于零的微波复相陶瓷，同时可提高陶瓷的介电常数，便于器件的小型化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种介电常数在30～35，具有高的Q×f值与良好谐振频率温度系数的微波介质陶瓷材料组成和制备方法，以满足北斗导航天线以及军用雷达等微波元器件对中介电常数(30～40)的微波介质陶瓷材料的需求。

本发明的技术解决方案是：一种中介电常数两相复合微波介质陶瓷，该陶瓷材料的摩尔比组成式为：x Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃+(1-x)ZnNb₂O₆，其中x为摩尔分数，0.25≤x≤0.40，是将Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃与ZnNb₂O₆做为基体材料，按不同比例复合添加而成。

一种中介电常数的两相复合微波介质陶瓷的制备方法，该方法包括如下步骤：