[发明专利]介电陶瓷组合物

说明书

本发明涉及用于微波的介电陶瓷组合物，特别是在诸如具有一定微波频段内工作的介电谐振器的微波设备上用的介电陶瓷组合物。

近来，移动通讯和卫星通讯等远程通讯的发展对用于微波的介电陶瓷设备引起了日益增长的兴趣。特别是包括汽车电话、蜂窝电话、寻呼机及GPS(全球定位系统)的移动通讯方案采用了微波介电材料并要求这些材料具有各种电学和物理性能，如高介电常数ε、高品质因数Q、小谐振频率温度系数(Tf)与优良的烧结性能。

以往，有关微波用的介电组合物的研究集中于TiO₂型介电材料。因此，这就决定了TiO₂型的介电材料如Ba₂Ti₉O₂₀、(Zr,Sn)TiO₄、BaO-Re₂O₃-TiO₂(Re∶稀土元素)和BaO-Nd₂O₃-TiO₂(BNT型)与具有复杂钙钛矿型结构的电介体如Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃、Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃和Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃一样成为适于上述应用的材料。另外，近来对于新型介电材料的研究十分活跃。这种新型材料由两种或更多具有钙钛矿型结构的陶瓷成分的固溶体构成。

然而，对于BNT型的电介体，由于其在高频下具有小于其它电介体的品质因数Q并且在1GHz以下的谐振频率有限，导致在应用中存在着很多问题。另外，Nb₂O₃是一种相对昂贵的稀土金属氧化物。

(Zr,Sn)TiO)₄型的电介体由于其高品质因数Q和稳定的温度特性得到了广泛应用。其介电常数为30～40,Q值在4GHz为约8000，谐振频率的温度系数(ε_f)为-30～+30ppm/℃。但是，采用普通固相反应法制备的此种材料需在1600℃以上才能烧结，并且在无助烧剂如CuO、CO₂O₃、ZnO及类似物的情况下难以实现低温烧结。然而助烧剂的加入会劣化陶瓷材料的物理性能。

尽管许多液相方法被用于微粉合成(如溶胶-凝胶、醇盐和共沉淀法)，但这些方法过于复杂而难以经济地实现，从而导致产品成本的提高。

复杂钙钛矿型陶瓷组合物的电介体，如Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃也难于烧结，因其烧结温度高于1550℃。另外，当加入诸如BaZrO₃和Mn等以降低烧结温度时，许多工艺参数难于控制。

当电子设备如介电滤波器的尺寸逐渐变小的时候，多层器件针对小型化就应运而生。但是，这种器件的生产要求介电材料与电极能够共烧。为了采用Ag、Cu等低介电极，介电材料必须具有低烧结性能。因此，仍需开发具有良好烧结性能及简单组成同时具备与用于微波的传统介电陶瓷性能相当的新型介电陶瓷材料。

此项研究集中于ABO₃型二元体系材料，该种材料在B位存在一种离子而具有立体复杂钙钛矿型结构。因此，本发明的介电陶瓷组合物具有与复杂钙钛矿型结构的陶瓷组合物类似的介电性能如介电常数和品质因数Q，但其烧结温度低于传统复杂钙钛矿结构的烧结温度。

因此，本项发明的目的是提供具有微波应用所需的电学和物理性能的介电陶瓷组合物，并且它能克服了上述在相关工艺上的限制与不足。

本发明其它的特点与优势将在下面的描述中阐明，并且其中的一部分由描述而显而易见或通过发明的实践来了解。本发明的目的与其它优点将在本文中通过说明书和权利要求书所指明的结构而得到阐述和实现。

为了获得上述的目的和优点，本发明提供了一种用于微波的介电陶瓷组合物。此种组合物基本上由通式B′B₂″O₆组成，其中B′元素为Mg、Ca、Co、Mn、Ni和Zn中的至少一种元素，B″元素是Nb和Ta中的至少一种。