[发明专利]一种低温烧结高品质因素微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种低温烧结高品质因素微波介质陶瓷及其制备方法，通过添加烧结助剂Bi₂O₃+CuO，组成其化学式组成为R_xM_2x+1Ti_1+xO₁₃+y(0.5Bi₂O₃+CuO)，其中R＝La、Ce、Y、Pr、Dy、Eu的一种或几种的组合，M为ZnO、NbO₂、MgO、CaO的一种或几种的组合，0.2≤x≤1，1≤y≤2wt％。通过添加稀土氧化物改性和少量的氧化物作为烧结助剂，其烧结温度可以降低到800～950℃，并且还具有优异微波介电性能。所得到的微波介电陶瓷，介电常数为17～23，Q*f值不低于50000GHz，以及较小的谐振频率系数。该制备方法工艺简单，降低了制备成本，致密化烧结，提高导热率，可应用于5G基站用微波介质陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种低温烧结高品质因素微波介质陶瓷以及制备方法，属于微波介质陶瓷领域。

背景技术

随着近几年5G的发展，5G时代基站将向主设备模块化、集成化方向发展，片式电子元器件具有小型化、集成度高、品质好等优点。目前，全球5G用户突破1亿，覆盖72％的国家、92个运营商，已建成超过70万个5G基站，而5G时代MIMO技术所使用的天线数量将迎来成倍增长，预计将需要64个乃至128个天线。由于每个天线都需要配备相应的双工器，并由相应的滤波器进行信号频率的选择与处理(即每个滤波器覆盖相应的频段)，滤波器的需求量将大量增加，滤波器也是基站射频器件中的核心受益部件，因此对滤波器的器件尺寸、品质性能与散热能力有更高的要求。

作为新型低温烧结微波介质陶瓷，不仅要有合适的介电常数，高的Qf值，低的介电损耗与小的谐振频率温度系数，要求材料不仅能在较低的温度下烧结(一般是900℃以下)，降低烧结成本，更要达到致密化烧结。目前多数的研究是往陶瓷基体材料中添加一定量的低温烧结助剂比如低熔点的氧化物V₂O₅、B₂O₃或者玻璃，但是由于掺杂的量多，微波介质陶瓷的介电性能变差，也会导致陶瓷烧结不够致密，导热率下降。对于目前热门的钛酸盐基微波介质陶瓷，Cho等人在Materials Science and Engineering B期刊文章《Microwavedielectric properties and low-temperature sintering of MgTiO₃-SrTiO₃ ceramicswith B₂O₃ or CuO》中指出向MgTiO₃-SrTiO₃体系陶瓷中加入B₂O₃烧结助剂，烧结温度从1270℃降到1170℃但是烧结温度还是较高。Hee-Kyun S等人在美国陶瓷学会杂志发表文章《Phase Evolution and Dielectric Properties of MgTiO₃-CaTiO₃-Based CeramicSintered with Lithium Borosilicate Glass for Application to Low TemperatureCo-Fired Ceramics》指出将10wt％锂硼硅加入0.9MgTiO₃-0.1CaTiO₃陶瓷，将陶瓷烧结温度由1300℃降至950℃，满足了低温烧结的要求，但是也降低了陶瓷的致密度。

发明内容

本发明提供的一种低温烧结高品质因素微波介质陶瓷以及制备方法，利用稀土氧化物改性和添加双元烧结助剂Bi₂O₃+CuO来降低该陶瓷的烧结温度到800～950℃相比于普通基的微波介质陶瓷，该体系烧结温度下降了100～250℃，并且能够致密化烧结陶瓷。本发明的另一个目的是为了提供上述材料的一种制备方法。