[发明专利]六方钙钛矿结构微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种六方钙钛矿结构微波介质陶瓷材料及其制备方法。该陶瓷材料主体为ASr₃LaM₄O₁₅(A＝Na，K；M＝Nb，Ta)，加以重量百分比为0.5％～1.5％的BaCu(B₂O₅)。该材料通过传统的高温固相合成法制备，在二次球磨过程中添加少量分散剂，随后在热环境下超声振动，使样品粉体颗粒不易团聚。由此制备的材料在1230℃～1260℃下烧结良好，介电常数为30.4～31.9，其品质因数Qf值高达43700‑59100GHz，谐振频率温度系数小。同时本发明首次公开了B位缺位型六方钙钛矿结构的ASr₃LaM₄O₁₅(A＝Na，K；M＝Nb，Ta)陶瓷具有良好的微波介电性能。

技术领域

本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及用于制造微波频率使用的陶瓷基板、谐振器与滤波器等微波元器件的介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

现代移动通讯迅速发展推动着各类微波移动通信终端设备向小型化、轻量化、多功能化及低成本的方向快速发展。用于制作介质谐振器、滤波器、电容器、介质基板等器件的介质陶瓷须满足以下条件：较高的相对介电常数以实现器件的小型化和提高集成度，较低介电损耗以提高选频特性，趋近于零的谐振频率温度系数以提高器件的温度稳定型。

由于微波介电陶瓷的三个性能指标(ε_r与Q·f和τ_f)之间是相互制约的关系(见文献：微波介质陶瓷材料介电性能间的制约关系，朱建华，梁飞，汪小红，吕文中，电子元件与材料，2005年3月第3期)，同时满足中高介电常数、高品质因数和近零谐振频率温度系数要求的单相微波介质陶瓷非常少。根据文献报道，系列Ba(Sr)-La-Ta(Nb)，Ba(Sr)-La-Ti-Ta(Nb)，La-Mg(Zn)-Ti，Ba-Zn(Mg或Ni)-Ta，Ba-Ti-Nb等B位缺位型六方钙钛矿陶瓷的介电常数在30以上，而且有的微波介质陶瓷的τ_f较小(-20ppm/℃≤τ_f≤20ppm/℃)，甚至有的τ_f接近于零，但它们的烧结温度均在1380℃以上，有的烧结温度甚至高达1600℃，而且大部分的品质因数不到40000GHz，严重制约了它们的实际应用，因此通常需要加入不少的助烧剂(一般占陶瓷重量的3％-5％)才能降低烧结温度，但性能随之恶化。

目前对微波介质陶瓷的研究大部分是通过大量实验而得出的经验总结,却没有完整的理论来阐述微观结构与介电性能的关系，而且也无法在理论上从化合物的组成与结构上预测其谐振频率温度系数和品质因数等微波介电性能。更重要的是，微波介质陶瓷材料的制备工艺也是影响材料微波介电性能的主要因素之一，从已商业化的微波介质陶瓷到近来综合微波介电性能较好的微波介质陶瓷材料，其主要的制备方法是通过高温固相合成法，这是因为该方法技术成熟，工艺简单，生产效率高，相对于溶胶凝胶法，水热法等为代表的湿化学法在工业生产上更具有可操作性和经济价值，但高温固相合成法其固有的缺点，如能耗大、球磨后颗粒易团聚等仍应引起该领域的足够重视。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种新型含Na或K的B位缺位型六方钙钛矿结构的微波介质陶瓷材料以及制备该微波介质陶瓷材料的方法。该微波介质陶瓷材料具有良好的热稳定性与低损耗，同时烧结温度低于1300℃，而且材料中的主体化合物为首次报道具有良好微波介电性能的化合物。

为了克服现有技术的不足，本发明提供的技术方案是：