[发明专利]一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法，材料的物相晶体结构为尖晶石型结构，化学式为MgAlsubgt;2‑x/subgt;(Znsubgt;0.5/subgt;Mnsubgt;0.5/subgt;)subgt;x/subgt;Osubgt;4/subgt;，其中，0x≤0.08。本发明利用Znsupgt;2+/supgt;和Mnsupgt;4+/supgt;协同置换所述镁铝尖晶石晶格中的Alsupgt;3+/supgt;，制备得到的微波介质陶瓷材料在掺杂Znsupgt;2+/supgt;和Mnsupgt;4+/supgt;后的烧结温度为1440℃～1590℃，低于现有的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的烧结温度，其介电常数为8.23～8.51，品质因数为76764GHz～111010GHz，谐振频率温度系数为‑64ppm/℃～‑58ppm/℃，微波介电性能显著提高。

技术领域

本发明属于无线移动通讯与射频电子电路系统用电子陶瓷元器件与材料技术领域，具体涉及一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷作为一种新型多功能陶瓷材料受到了研究人员的重视，也常称它为无线通信的基石。它被广泛地应用于无线互联网、移动通信、雷达等领域内。随着5G技术的发展，基于微波介质陶瓷设计的滤波器、谐振器、介质天线等被广泛地应用，对微波介质陶瓷材料的需求也在大大增加。当然，对于材料的性能也提出了更高的要求。研究人员一般重点关注微波介质陶瓷材料的三个性能指标参数：能够决定器件尺寸大小，影响设备传输时延的相对介电常数(ε_r)，能够影响微波元器件损耗大小的品质因数(Q×f)以及决定微波元器件能否在不同温度下具有良好温度稳定性的谐振频率温度系数(τ_f)。为了满足5G技术的应用，低介电常数(ε_r20)，高品质因数和近零温度系数(|τ_f|3ppm/℃)的微波介质陶瓷材料是目前研究的重点。

当前有关镁铝尖晶石微波陶瓷材料与制备技术上仍然存在品质因数不够高、负谐振频率温度系数绝对值较大与烧结温度高(＞1600℃)等缺点，低的品质因数和绝对值大的负频率温度系数不满足5G技术的要求，会导致器件损耗大与谐振频率温度稳定性差，而且高烧结温度会产生大量的能源消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料及其制备方法，本发明利用Zn²⁺和Mn⁴⁺协同置换所述镁铝尖晶石晶格中的Al³⁺，制备得到的微波介质陶瓷材料MgAl_2-x(Zn_0.5Mn_0.5)_xO₄(0x≤0.08)在掺杂Zn²⁺和Mn⁴⁺后的烧结温度为1440℃～1590℃，低于现有的镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料的烧结温度，相对介电常数ε_r为8.23～8.51，品质因数Q×f为76764GHz～111010GHz、谐振频率温度系数τ_f为-64ppm/℃～-58ppm/℃，微波介电性能优良。

本发明提供了一种镁铝尖晶石微波介质陶瓷材料，材料的物相晶体结构为尖晶石型结构，化学式为MgAl_2-x(Zn_0.5Mn_0.5)_xO₄，其中，x为摩尔比，0x≤0.08。

优选的，x为0.02、0.04、0.06、0.08。

优选的，所述微波介质陶瓷材料的烧结温度为1440℃～1590℃；相对介电常数为8.23～8.51，品质因数为76764GHz～111010GHz，谐振频率温度系数为-64ppm/℃～-58ppm/℃。