[发明专利]一种超低温烧结高Q×f值微波介质材料及其制备方法

说明书

本发明属于功能陶瓷技术领域，具体提供一种超低温烧结高Q×f值微波介质材料，用以克服现有微波介电陶瓷烧结温度普遍过高、以及添加玻璃等烧结助剂后性能严重恶化的问题；本发明提供的微波介质材料的化学表达式为Ca₅Zn_xMg_yV₆O₂₄，其中x+y＝4，x0，y0，尤其是1.5x2.5，1.5y2.5；该材料不需要额外添加任何的烧结助剂，能在700～770℃超低温度烧结成瓷，最佳烧结温度为750℃，与单一离子占B位的A₃B₂V₃O₁₂型钒酸盐体系微波介质相比，本发明通过一定量的Mg和Zn共占B位的方法，提高了阳离子有序度，从而达到优异的微波介电特性：相对介电常数为11.0，Q×f值为66995GHz(10.3GHz)，谐振频率温度系数为‑78.9ppm/℃；另外，本发明的制备工艺简单，节能环保，可重复性好，成本低廉，具有很高的实际应用价值。

技术领域

本发明属于功能陶瓷技术领域，特别涉及一种超低温烧结高Q×f值微波介质材料及其制备方法。

背景技术

在信息化浪潮席卷全球的今天，通信设备和便携式终端向着小型、轻量、薄型、高频、多功能、高性能方向不断发展。低温共烧陶瓷(low-temperature co-fired ceramic，LTCC)技术作为一种先进的三维立体组装集成技术，为无源器件以及无源/有源器件混合集成的发展创造了条件，以LTCC为基础的多层结构设计可有效减小器件体积，是实现元器件向小型化、集成化、高可靠性和低成本发展的重要途径。因此，研究相对介电常数(ε_r)为6～15，具有高Q×f值与近零谐振频率温度系数(τ_f)的LTCC低介电常数微波介质材料是今后微波无源元件发展的重要方向。

LTCC技术一般采用导电性优异的银作为导体，银的低熔点961℃要求介质材料必须950℃以下实现致密烧结。同时随着LTCC发展，要求陶瓷材料可以与更低熔点的电极、半导体材料、聚合物基基板等集成共烧，对陶瓷的低温烧结提出了更苛刻的要求，烧结温度低于800℃的超低温共烧陶瓷(ULTCC)技术运用而生。目前国内外研究最多、最常用的低温化方法是掺加适当的氧化物或低熔点玻璃等烧结助剂、引入化学合成法以及采用纳米粉粒促进烧结温度的降低；其中，利用掺加烧结助剂来实现微波介质材料的低温烧结是最常见的一种方法，然而助烧剂都必须单独制备，如玻璃熔制等，其制备工艺繁琐，必然增加了整个微波陶瓷制备过程的复杂性和不稳定性，并且需要耗费大量能源并增加了时耗；同时由于助烧剂的添加会使介电陶瓷结构难于控制以及带来界面效应，材料的微波介电性能会严重恶化，致密度和瓷体强度也会大大降低。而化学合成以及纳米粉体的制备工艺复杂、成本高昂、重复性差、可控性差，不适合工业大规模生产。因此，开发新型的微波性能好、固有烧结温度低的超低温烧结微波介质材料显得尤为迫切。