[发明专利]一种小介电常数的微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料技术领域，涉及一种小介电常数的微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

现代定位和导航技术的发展，特别是中国独立完成的北斗全球定位系统的推进，大大推动了军民两用定位和导航产业的发展。通常低、中介电常数微波介质陶瓷材料主要应用在卫星直播及军用雷达等领域。随着微波通讯技术的快速发展，适用于更高频段应用的微波介质陶瓷的研究也日益迫切，低介电常数微波介质陶瓷的研究也逐渐向介电常数的下沿即小介电常数方向发展。

目前微波陶瓷行业市场上销售的低介电常数微波材料有Al₂O₃基介质陶瓷材料、MgO-ZnO-Al₂O₃基介质陶瓷材料，MgO-ZnO-TiO₂-CaCO₃等。Al₂O₃基介质陶瓷材料的缺点是烧结温度过高，通常需要高于1500℃的烧结温度，而且其介电常数也未达到一个较低的值(其Er＝9～11)。

CN1830889A公开了一种低介电常数微波介质陶瓷，该发明的微波介质陶瓷具有低介电常数、低损耗与近零谐振频率温度系数,其介电常数为7-9，Qf值高达60,000～160,000GHz。但是，该发明提供的MgO-ZnO-Al₂O₃基介质陶瓷材料的原材料成本高，其烧结温度也很高(>1500℃)，工业应用范围较窄。

CN1765820A公开了一种低介电常数微波介质陶瓷材料，属于微波介质陶瓷材料，目的是其具有低损耗与良好的温度稳定性，同时介电常数低于10。表达式为uZnO-vSiO₂-wTiO₂的固溶体介质陶瓷，其中58.0mol.％≤u≤69.0mol.％，28.0mol.％≤v≤35.0mol.％，3.0mol.％≤w≤7mol.％，其主晶相为Zn₂SiO₄，副相为TiO₂。该发明提供的ZnSiTi基介质陶瓷材料的原材料成本高，工业应用价值受限，而且其介电常数还未能达到Er<7的介电常数值。

CN103803954A公开了一种低介电常数的微波介质陶瓷材料及其制备方法，其表达式为aMgO-bSiO₂-cTiO₂-dCaCO₃，其中a、b、c和d分别独立表示摩尔比率，并满足下述条件：40.0mol％≤a≤50.0mol％，35.0mol％≤b≤50.0mol％，0mol％≤c≤15.0mol％；0mol％≤d≤20.0mol％，a+b+c+d＝100mol％。本发明由于采用了上述材料组成及其制备方法，使陶瓷材料在中温烧结的条件下可以保持高介电常数Er＝6.0～7.0，Qf>10000GHz。该发明提供的MgO-ZnO-TiO₂-CaCO₃基介质陶瓷材料粉料成本低，烧结温度适宜，但也未达到很低的介电常数值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种小介电常数的微波介质陶瓷材料，可以在中温烧结(1250～1350℃)的条件下保持以下的微波性能：Er＝4.0～5.0，Qf>15000GHz，可调的τf并且符合<±30ppm/℃的要求，可满足微波移动通信、卫星通信和雷达系统等领域的技术需求，而且原材料和工艺成本低廉，具有重要的工业应用价值。

为达上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种小介电常数的微波介质陶瓷材料，其组成表达式为aMgO-bSiO₂-cAl₂O₃-dCaCO₃，其中a、b、c和d分别独立表示摩尔比率，并满足下述条件：10.0mol％≤a≤20.0mol％，70.0mol％≤b≤80.0mol％，0mol％≤c≤10.0mol％；0mol％≤d≤10.0mol，a+b+c+d＝100mol％。

本发明所述的小介电常数的微波介质陶瓷材料，意指介电常数小于7的微波介质陶瓷材料，特别指介电常数小于6的微波介质陶瓷材料。