[发明专利]高介电常数微波介质陶瓷

说明书

本发明涉及通讯系统中的介质谐振器、滤波器等微波元器件用的微波介质陶瓷。

近年来，随着移动通讯与卫星通讯技术的迅速发展，对介质谐振器与滤波器等微波元器件用的微波介质陶瓷的需求正在日益增长。

对于微波介质陶瓷，首先要求其有低的介电损耗(高Q值，Q＞3000在应用频率)与接近于零的谐振频率温度系数(-20ppm/℃＜τf＜20ppm/℃，对于介电常数较低的材料系列，要求-10ppm/℃＜τf＜10ppm/℃)，同时，为满足器件小型化的需要而要求有尽量高的介电常数ε。

现有的微波介质陶瓷一般均以钙钛矿或类钙钛矿相为主晶相，目前虽然已开发出一系列微波介质陶瓷，但高介电常数类材料(ε＞80)为数较少，而且即使是介电常数最高的BaO-Nd₂O₃-TiO₂系列，其介电常数最高也只能达到90前后。一般来说，介电常数大的材料其介电损耗与温度系数也较大。因此，100的介电常数曾被认为是微波介质陶瓷难以逾越的一道门槛。这就大大地限制了微波器件进一步的小型化与应用范围的扩大。

鉴于上述，本发明的目的是提供一种具有低损耗与良好的温度稳定性，同时具有高介电常数的微波介质陶瓷。

本发明的技术解决方案是：从全新的角度出发，着眼于易形成钨青铜矿结构的BaO-Nd₂O₃-TiO₂-Ta₂O₅与BaO-Nd₂O₃-TiO₂-Nb₂O₅系，提出一种以BaO、(Nd_1-xBi_x)₂O₃、TiO₂、(Ta_1-yNb_y)₂O₅组合成的钨青铜结构的复合固溶体微波介质陶瓷，各成分的含量分别是：设  BaO的含量为m                   8.34摩尔％≤m≤41.66摩尔％

(Nd_1-xBi_x)₂O₃的含量为n     4.17摩尔％≤n≤20.83摩尔％，其中0≤x≤0.15

TiO₂的含量为p                25.0摩尔％≤p≤58.33摩尔％

(Ta_1-yNb_y)₂O₅的含量为q     12.5摩尔％≤q≤29.17摩尔％，其中0≤y≤1.0

m+n+p+q=100摩尔％。

各成分的优选含量为：m=33.34摩尔％，n=8.33摩尔％，p=33.33摩尔％，q=25.0摩尔％，x=0.05，y=0.25。

发明的高介电常数微波介质陶瓷可按下述方法制备而成。

首先，将纯度为99.9％以上的BaCO₃、Nd₂O₃、Bi₂O₃、TiO₂、Ta₂O₅及Nb₂O₅按一定的比例用湿式球磨法混合24小时(溶剂为蒸馏水)，烘干后在1100～1250℃、大气气氛中予烧3小时。然后，在予烧粉末中添加粘结剂并造粒后，通过单轴压力成形在1000kg/cm²的压力下制备出直径12mm、厚度3～6mm的陶瓷坯体，最后在1300～1450℃、大气气氛中烧结3小时以制备所需的微波介质陶瓷。

表1示出了构成本发明的各成分含量的几个具体实例及其微波介电性能。

从表1可知，在本发明的陶瓷体系中，随着BaO与Ta₂O₅含量(m、q)的增加和Nd₂O₃与TiO₂含量(n、p)的减少，介电常数ε趋于增加、而Qf值(Q为品质因数即介电损耗的倒数，f为谐振频率)趋于减少、同时谐振频率温度系数τf趋于增大。