[发明专利]一种石榴石结构铝酸盐微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石榴石结构铝酸盐微波介质陶瓷，材料化学式组成为Ca_xY_3‑xAl_5‑xTi_xO₁₂，其中x＝1.0～2.0。本发明还提供了所述石榴石结构铝酸盐微波介质陶瓷的制备方法。本发明的石榴石结构的铝酸陶瓷是一种新型的微波介质陶瓷材料，进一步丰富高性能铝酸盐微波介质陶瓷材料的种类。

技术领域

本发明涉及一种介质陶瓷及其制备方法，具体涉及一种石榴石结构铝酸盐微波介质陶瓷及其制备方法，属于电子信息功能材料与器件技术领域。

背景技术

Al₂O₃陶瓷、尖晶石结构的MAl₂O₄(M＝Zn、Mg)陶瓷和钙钛矿结构的改性NdAlO₃和LaAlO₃陶瓷材料均已是重要的铝基微波介质陶瓷材料，而对于具有石榴石结构的铝酸盐陶瓷材料如Y₃Al₅O₁₂(YAG)陶瓷，是否也能作为微波介质材料应用，还未有确切的研究报道。2009年，Kagomiya通过固相反应法制备了YAG陶瓷，在1650℃烧结24h获得的样品相对密度达99.6％，具有优异的微波介电性能：ε_r＝10.5，Q×f＝440000GHz，τ_f＝-50ppm/℃，Q×f值非常高，但τ_f值较大，制成微波器件后会导致器件温度稳定性差。因此，要将具有石榴石结构的YAG陶瓷开发成一种新的铝酸盐微波介质材料，首先必须将其大的负频率温度系数调控归零，并且同时保持其高Q×f值的优点。

为此提出了YAG陶瓷频率温度系数调零的思路：选择掺杂剂CaTiO₃，通过Ca²⁺/Ti⁴⁺离子复合取代进入YAG晶格形成Ca_xY_3-xAl_5-xTi_xO₁₂固溶体结构(0≤x≤3为Ca²⁺/Ti⁴⁺离子掺杂量)，改变晶格结构以调控石榴石结构Ca_xY_3-xAl_5-xTi_xO₁₂固溶体陶瓷微波介电性能。CaTiO₃陶瓷本身具有正频率温度系数τ_f＝+800ppm/℃，而且Ca²⁺和Ti⁴⁺等比列共掺杂能起到协同作用，分别取代Y³⁺和Al³⁺，即能保持电荷平衡而且不改变YAG晶格上的离子比列，所以在固溶进入YAG晶格后能够在调控频率温度系数归零的同时，维持改性后Ca_xY_3-xAl_5-xTi_xO₁₂固溶体仍为纯石榴石晶格结构，没有新生杂相，具备获得高Q×f值潜力，是YAG陶瓷频率温度系数调零研究的一种较优新思路。Ca²⁺/Ti⁴⁺离子复合取代势必提高Ca_xY_3-xAl_5-xTi_xO₁₂固溶体陶瓷的介电常数，因此石榴石结构的Ca_xY_3-xAl_5-xTi_xO₁₂固溶体铝酸盐陶瓷将会是一种新中介电常数的微波介质陶瓷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以石榴石结构为主晶相的Ca_xY_3-xAl_5-xTi_xO₁₂固溶体新型铝酸盐微波介质陶瓷材料，进一步丰富高性能铝酸盐微波介质陶瓷材料的种类。

本发明是这样实现的：