[发明专利]超低介电损耗微波介电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高品质因数微波介电陶瓷材料及其制备方法。该陶瓷材料主体为Ba₃La_2‑xGa_1+xM₃O₁₅(M＝Nb，Ta)，其中0≤x≤0.55，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1240℃～1260℃下烧结良好，介电常数为31.8～34.3，其品质因数Qf值高达94000‑126000GHz，谐振频率温度系数小。同时本发明首次公开了Ba₃La_2‑xGa_1+xM₃O₁₅(M＝Nb，Ta)，其中0≤x≤0.55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

近年来现代通信技术迅速发展，传统的2G～4G通信网络难以满足越来越高的信息传输速度的要求。国内外加快推进了5G通讯网络的研究与测试，与2G～4G通信网络采用的2.5GHz通信频段不同，5G通讯网络要求以28GHz的Ka波段作为通讯波段。对于微波介质陶瓷而言，要满足28GHz的通信频率要求，其品质因数需要≥90000GHz，然而满足如此高品质因数的微波介电陶瓷很少，而且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尤其稀缺。比如最近报道的Ba₃Zn(Nb_2-xMo_x)O_9+x/2(CN107382314A)、Mg_2.5+xTaNbO_7.5+x+ywt％B₂O₃+zwt％C(CN107382313A)等陶瓷的品质因数在90000GHz以上，但Ba₃Zn(Nb_2-xMo_x)O_9+x/2的烧结温度均在1400℃以上，过程耗能大，x取值范围极窄(x＝0.006-0.009)；Mg_2.5+xTaNbO_7.5+x+ywt％B₂O₃+zwt％C(0≤x≤0.2)也需要严格控制x的比例，x取值区间窄小，一旦超出区间容易生成杂相从而致使性能下降，不利于实际生产过程，而且它们的介电常数均小于20，不利于器件的小型化和高集成化，这些都严重制约了它们的实际应用。

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超低介电损耗的微波介电陶瓷材料以及制备该微波介电陶瓷材料的方法。该微波介电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：