[发明专利]一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，主要用于通讯系统的介质滤波器。本发明材料为BaWO₄基微波介质陶瓷材料，烧结温度850℃～900℃，介电常数5.8～9.0，损耗低至3.70×10^‑4，频率温度系数‑30～‑10ppm/℃；其化学通式为BaWO₄‑xM₂CO₃‑yBaO‑zB₂O₃‑wSiO₂，其中M为Li⁺、K⁺或Na⁺碱金属离子，且x、y、z、w不能同时为零。当y＝0时，在850℃～900℃下烧结后均为BaWO₄相；当y不等于0时，主晶相为BaWO₄相，次晶相为BaSi₂O₅相。制备时，直接将原料按照所需化学式配料，通过固相烧结法制得；最终获得烧结温度低至850℃，保温时间0.5～2h，介电性能5.8～9.0满足高频介质滤波器的BaWO₄基的LTCC微波介质陶瓷材料，可应用在LTCC领域。

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，主要用于通讯系统的介质滤波器。

背景技术

在20世纪70年代，介质滤波器就被用于微波通信领域，80年代以后，随着蜂窝电话的出现，介质滤波器也被用于移动通信系统。随着移动通信业务和内容的不断拓展，我国的移动通信频段由早期的900MHz和1800MHz频段于2013年底正式拓展到4G。如今，5G技术的发展也方兴未艾，而用于该波段的微波介质陶瓷需有低介电常数(ε_r10)，因此，开发出能满足5G技术发展的微波介质陶瓷具有重要的工业应用价值。

同时，低温共烧技术(LTCC)是电子元器件制造工艺的主流趋势，该技术能够实现电子元器件的集成化、模块化，且生产成本较低。对于应用于LTCC的陶瓷材料，需要其能在低于银电极熔点(961℃)的温度下烧结成瓷。目前，刚玉瓷Al₂O₃是介电常数在10左右的主要微波介质陶瓷，但其较高的烧结温度(1600℃～1800℃)难以满足工厂批量化生产的要求，所以寻求具有较低烧结温度的低介电常数材料是科研人员将微波介质陶瓷用于5G技术中不断探索的目标。

低介电常数微波介质陶瓷中具有四方相白钨矿结构的A²⁺W⁶⁺O₄(A＝Ca，Sr，Ba)陶瓷因其较好的烧结特性和微波介电性能而被关注，尤其是针对CaWO₄陶瓷的改性和降烧研究极为广泛。其中，BaWO₄陶瓷能在1100℃烧结致密且介电性能为：ε_r＝9.0，Q×f＝32200GHz，但其相对较高的烧结温度及较长的保温时间，限制了其在LTCC中的应用。然而迄今为止，对BaWO₄基陶瓷的烧结性能的研究仅限于加入Ba₃(VO₄)₂后能够在925℃保温4h烧结致密并获得较好性能或者利用BaWO₄的中温烧结特性来降低高温烧结陶瓷材料的温度，而对BaWO₄微波介质陶瓷的低温烧结的系统研究及LTCC应用并未报道。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为改善BaWO₄陶瓷的烧结特性，使其能够应用在LTCC领域，并且保持良好的介电性能，本发明提供了一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，在低至850℃下保温0.5～2h烧结成瓷，使BaWO₄陶瓷材料能够在LTCC领域应用。