[发明专利]一种硼酸盐基低介微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硼酸盐基低介电常数微波介质陶瓷及其制备方法，微波介质陶瓷的化学组成为Ca_xB₂O_3+x，其中0.3≤x≤3.0。微波介质陶瓷的介电常数为5.62～10.12，品质因数为13161GHz～52416GHz，谐振频率温度系数为‑20.42ppm/℃～‑54.65ppm/℃。陶瓷材料以5℃/min升温至700℃保温3小时完成预烧合成，以5℃/min升温至750℃～1275℃保温3小时完成烧结。本发明中制备得到的微波介质陶瓷具有低介电常数、高品质因数和较低的烧结温度，适合用于制备LTCC基板、介质谐振器、滤波器和介质天线等微波通讯器件。

技术领域

本发明属于微波介质陶瓷技术领域，更具体地，涉及一种硼酸盐基低介微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是制备射频电容、电路基板、介质滤波器、介质天线等电子元器件的关键材料，因而广泛应用于各类无线通讯系统中。随着通讯频谱逐渐向高频区间拓展，微波毫米波通讯逐渐普及，这使得通信设备的集成度与工作频率不断提高，从而导致信号时延、信号串扰、系统发热等问题日益严峻。以低介微波介质陶瓷为基础材料制备的电子元器件可有效缓解上述问题，符合以5G通讯为代表的微波毫米波通讯的需求，因此开发新型低介微波介质陶瓷迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种硼酸盐基低介微波介质陶瓷及其制备方法，由此缓解现有技术中存在的信号时延、信号串扰、系统发热等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种硼酸盐基低介微波介质陶瓷及其制备方法，陶瓷主晶相的化学式为Ca_xB₂O_3+x，其中0.3≤x≤3.0。

进一步地，微波介质陶瓷的介电常数为5.62～10.12。

进一步地，微波介质陶瓷的品质因数为13161GHz～52416GHz。

进一步地，微波介质陶瓷的谐振频率温度系数为-20.42ppm/℃～-54.65ppm/℃。

本发明提供了一种硼酸盐基低介微波介质陶瓷的制备方法，包括：

(1)将CaCO₃和H₃BO₃按照按化学式Ca_xB₂O_3+x进行配料，其中0.3≤x≤3.0，为补偿高温时挥发的硼元素，在称量H₃BO₃时，其质量存在15wt％的过量，然后对混合原料依次进行球磨、干燥、过筛，得到颗粒均匀的粉料；

(2)将(1)中的粉料在700℃下预烧3小时，对预烧粉料依次进行球磨、干燥、过筛，得到预烧陶瓷粉体，利用粘结剂对预烧陶瓷粉体进行造粒后加压成型，得到陶瓷坯体，将陶瓷坯体在750℃～1275℃下烧结3小时，得到微波介质陶瓷。

进一步地，球磨的具体实现方式为：

将混合原料和无水乙醇加入装有锆球的聚酯球磨罐中，在行星式球磨机中球磨12小时。

进一步地，预烧的具体实现方式为：

将粉末装入刚玉坩埚后置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至700℃后保温3小时，然后随炉冷却至室温。

进一步地，干燥的具体实现方式为：

将球磨后的混合原料置于90℃的鼓风干燥箱中干燥12h。

进一步地，烧结的具体实现方式为：

将陶瓷坯体放在垫板上后置于高温炉中，以5℃/min的速率升温至550℃后保温1小时完成排胶，然后继续以5℃/min的速率升温至750℃～1275℃保温3小时，完成烧结后随炉冷却至室温。