[发明专利]一种高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用，所述陶瓷材料的化学组成为Cu_x/3Nb_2x/3Ti_1‑xO₂‑yMnO，其中0.2≤x≤0.4，0＜y≤0.05。本发明的高介微波陶瓷材料能小型化、稳定性高、烧结温度低，可用于多层陶瓷滤波器、耦合器、谐振器等微波器件制作。

技术领域

本发明涉及一种高介微波介质陶瓷材料及其制备方法，可应用于电子材料与器件技术领域。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，主要用于用作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件。可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面。是近年来国内外对微波介质材料研究领域的一个热点方向。微波介质陶瓷作为微波元器件，应满足：接近于零的频率温度系数，具备稳定载波信号频率；相对较高的介电常数，可以使得器件小型化；较高的品质因数，具有优良的选频特性。目前，己实用化的微波介质陶瓷材料烧结温度大部分高于1000℃，而本征烧结温度小于1000℃高介微波陶瓷鲜有报道。

目前，国内外大部分高介微波陶瓷材料均为CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂、Bao-Ln₂O₃-TiO₂和ABO₃基等材料。它们均有一个结构特征，即存在以顶角相连接的氧八面体结构，这个氧八面体存在具有高介电常数性能的原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能小型化、高稳定性、烧结温度低的低损耗高介CuO-Nb₂O₅-TiO₂系微波介质陶瓷材料。

在此，本发明提供一种高介电常数微波介质陶瓷材料，所述陶瓷材料的化学组成为 Cu_x/3Nb_2x/3Ti_1-xO₂-yMnO，其中0.2≤x≤0.4，0＜y≤0.05。

本发明提出的金红石型CuO-Nb₂O₅-TiO₂系高介微波介质陶瓷材料中，Cu²⁺、Nb⁵⁺扭曲分氧八面体空隙，有助于降低体系的本征烧结温度。由于在烧结过程中存在钛离子变价而产生氧空位，掺杂MnO能有效抑制氧空位产生，从而有效改善体系的介电性能。

较佳地，0.25≤x≤0.3，0.005≤y≤0.03。

本发明中，所述高介电常数微波介质陶瓷材料的介电常数大于80，品质因数Q×f大于10000GHz。

另一方面，本发明还提供了一种上述高介电常数微波介质陶瓷材料的制备方法，包括：

将原料铜源、铌源、钛源、锰源按所述化学组成称量配料，混合，于850～950℃下预烧2～6小时，研磨、烘干得到预烧粉料；

向所得预烧粉料中加入粘合剂并造粒，压制成型得到生坯；以及

将所得生坯在900～1100℃下烧结2～6小时，得到所述的高介电常数微波介质陶瓷材料。

本发明采用传统固相法制备，烧结温度不高于1100℃，介电常数大于80，Q×f大于10000的高介电常数微波介质陶瓷，与相同结构的高介微波陶瓷材料相比，具有更高品质因数。本发明采用传统固相法，制备工艺简单、重复性良好。所使用的化学原料均可采用工业原料，因而该微波陶瓷材料有希望进行工业化生产。本发明制备得到的高介微波陶瓷材料能小型化、稳定性高、烧结温度低，可用于多层陶瓷滤波器、耦合器、谐振器等微波器件制作。