[发明专利]一种低损耗氟氧化物微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及电子信息材料及其器件技术领域，尤其涉及一种低损耗氟氧化物微波介质陶瓷及其制备方法。这种微波介质陶瓷的表达式为MgTiO₂F₂。本申请中，提供了一种物相稳定单一，无第二相存在的氟氧化物基微波介质陶瓷，其相对介电常数ε_r为13.5～14.7，品质因数Qf为132850～150500GHz，谐振频率温度系数为–42～–56ppm/℃。本申请的微波介质陶瓷兼具较低相对介电常数以及较高的品质因数，在微波通讯系统无源器件中有非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电子信息材料及其器件技术领域，尤其涉及一种低损耗氟氧化物微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波频段（300MHz–300GHz）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的低损耗介质陶瓷。

近几十年来，随着无线通讯技术的迅猛发展，微波介质陶瓷作为微波通讯系统中无源器件（如谐振器、滤波器、天线等）的关键材料而得到了广泛关注。此外，随着人们对信息传输内容、速度及质量等要求的不断提高，新一代信息技术如5G 移动通信，物联网（IoT）技术等不断涌现，无线通信所用频段也逐渐朝毫米波方向发展。由电介质经典色散理论可知，材料介电损耗随频率的增加而逐渐增大，过大的介电损耗容易使电磁波信号能量在传播过程中以热量的形式耗散，从而使器件发热并严重缩短信号的传播距离。目前，学术界和工业界通过品质因数Qf值来评价介质材料的介电损耗大小，即高品质因数代表低介电损耗。因此，为满足未来微波介质陶瓷的应用需求，对微波介质陶瓷的综合性能、尤其是低损耗化提出了更高的要求。科学家们正在积极开发超低损耗（即超高品质因数Qf 100000GHz）的新型微波介质陶瓷。

在此背景下，微波介质陶瓷经过了几十年的发展逐渐产生了一大批陶瓷体系。这些材料体系基本是以常见的氧化物为原料通过反应合成了一系列化合物：如铝酸盐、硅酸盐、钛酸盐等，其烧结温度通常在1400℃左右。然而对于氟化物以及氟氧化物的研究则十分罕见。相比较于氧化物，氟化物的烧结温度通常较低，有利于降低陶瓷的烧结温度，从而节约工业生产所需的能源，降低成本。另外，常见氟化物陶瓷相比较于对应的氧化物陶瓷的品质因数更加优异，因此在微波介质陶瓷领域具有更加广泛的应用前景。因此，研究新型氟化物与氟氧化物基微波介质陶瓷具有十分重要的科学研究与实际应用价值。

公开号为CN113307621A的专利文件公开了这样一种高Q值钛酸锂基微波介质陶瓷材料，其特征在于，其化学式为Li₂CO₃+xM，其中M为Li₂CO₃、MgO、LiF、MgF₂或MgO+LiF，x为M占Li₂TiO₃的质量百分比，x＝x＝1wt.％～3wt.％。这种微波介质陶瓷材料中，根据其化学式可知，其物相分为Li₂TiO₃和M，说明包括氟化物的化合物M只是微量地作为掺杂剂加入其内，利用的是其熔点低的特性，用于改善微波介质陶瓷的烧结特性，化合物M并没有与Li₂CO₃复合形成氟氧化物。而且，这种微波介质陶瓷材料的介电常数为19.474～24.9112，介电常数较高，微波介电性能较差。

期刊论文《锂基岩盐结构微波介质陶瓷的低温烧结与性能优化研究》中提到了化学式为Li₅Ti₂O₆F和Li₇Ti₃O₉F的微波介质陶瓷，虽然得到了氟氧化物，但是品质因数最高仅达到97000 GHz，不满足超低损耗要求。

发明内容

本发明要解决上述问题，提供一种低损耗氟氧化物微波介质陶瓷及其制备方法。