[发明专利]一种高品质因数微波介质陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种高品质因数微波介质陶瓷材料及制备方法，所述微波介质陶瓷材料的化学表达式为：(1‑x)Mg₂Al₄Si₅O₁₈‑xMg₂SiO₄，其中，x为质量百分数，10％≤x≤90％。本发明的微波介质陶瓷材料具有介电性能可调、高品质因数、较低损耗、温度系数稳定的特性，提供的微波介质陶瓷材料的制备方法，具有制备工艺简单、原材料成本及工艺成本低等特点。

技术领域

本发明涉及电子元器件材料领域，尤其涉及一种低介电高品质因数的微波介质陶瓷材料及制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷材料常被用来制作滤波器、谐振器、介质导波回路等微波元器件和微波电路基片，其已经广泛应用于卫星、电视、雷达、移动通讯和电子计算机等众多领域。随着无线通信的快速发展，电子通讯电路及设备对微波介质器件的要求越来越高，进而推动对了微波器件所依赖的微波介质材料的更高的要求：(1)适宜的介电常数以有利于器件的小型化；(2)超低损耗或超高品质因数Q值，一般要求Q×f≥20000GHz；(3)介电常数(ε_r)、Q值和频率温度系数(τ_f)三个指标可以在相应的范围内根据应用调整。

目前，低介电常数高品质因数的微波介质陶瓷材料有着较为广泛的应用，其主要包括以下几类材料：1.α-Al₂O₃陶瓷材料，其为三方晶系，刚玉型结构，介电常数在10左右，具有较高的品质因数，不过在烧结过程中温度过高，所测得的谐振频率温度系数较大。2.R₂Ba(Cu_1-xA_x)系微波陶瓷材料，其为单斜晶系，其中，R可以为Nd、Sm、Y、Yb等元素，A可以为Mg、Zn等元素。该体系结构中有棱锥型多面体的CuO₅、多面体R₂O₁₁，此结构中，A元素被取代来提高其品质因数，介电常数在9左右，Q×f可以为3000～50000GHz，但其频率温度系数(τ_f)高达-35ppm/℃左右，需要研究新的方法来改善。3.AWO₄体系，其中A可以为Ba、Ca、Mg、Sr、Zn等元素，A²⁺离子半径是决定其结构的主要因素，当A²⁺的半径比较小的时候，例如A为Mg、Mn、Zn等元素，该结构就容易形成黑钨矿结构。对于烧结温度，此体系在1100℃～1200℃范围内，可以得到较高的品质因数。Ba、Ca、Mg、Sr、Zn在A位时陶瓷样品的介电常数分别为10.0、8.58、8.27、16.58、8.75，品质因数Q×f大于20000GHz，但其频率温度系数较大，高达-40ppm/℃左右。

由上述分析可知，目前的微波介质材料均还存在不同的缺陷，其实际应用效果不尽理想，需对目前的微波介质材料进行改进，或者寻求一种新的高性能材料来满足微波通信领域的微波元器件的制作需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高品质因数(高Q×f值)、低频率温度系数及低介电常数的微波介质陶瓷材料。

为达到上述目的，本发明提供一种高品质因数微波介质陶瓷材料，所述微波介质陶瓷材料的化学表达式为：(1-x)Mg₂Al₄Si₅O₁₈-xMg₂SiO₄，其中，x为质量百分数，10％≤x≤90％。

优选的，所述10％≤x≤50％。

优选的，所述微波介质陶瓷材料的主晶相为Mg₂Al₄Si₅O₁₈，次晶相为Mg₂SiO₄。

本发明还提供一种高品质因数微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：