一种温度稳定型超低损耗微波介电陶瓷及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种温度稳定型超低损耗微波介电陶瓷LiV2BO7及其制备方法。（1）将纯度为99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、V2O5和H3BO3的原始粉末按LiV2BO7的组成称量配料；（2）将步骤（1）原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为无水乙醇，烘干后在650℃大气气氛中预烧6小时；（3）在步骤（2）制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在700~750℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添加量占粉末总质量的3%。本发明制备的陶瓷烧结良好，介电常数达到7.8～8.2，其品质因数Qf值高达176000-238000GHz，谐振频率温度系数小，在工业上有着极大的应用价值。
【专利说明】一种温度稳定型超低损耗微波介电陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及用于制造微波频率使用的陶瓷基板、谐振 器与滤波器等微波元器件的介电陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF和SHF频段)电路中作为介质材料 并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片和介质 导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、汽车电话、无 绳电话、电视卫星接受器和军事雷达等方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型 化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。
[0003] 应用于微波频段的介电陶瓷，应满足如下介电特性的要求：（1)系列化介电常数 \以适应不同频率及不同应用场合的要求；（2)高的品质因数Q值或低的介质损耗tan δ 以降低噪音，一般要求Qf多3000 GHz; (3)谐振频率的温度系数τ.尽可能小以保证器件 具有好的热稳定性，一般要求-10 ppm /°C< τ，<+]_〇 ppm/°c。国际上从20世纪30年 代末就有人尝试将电介质材料应用于微波技术，并制备出1102微波介质滤波器，但其谐振 频率温度系数^太大而无法实用化。上世纪70年代以来，开始了大规模的对介质陶瓷材 料的开发工作，根据相对介电常数\的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正 在开发的微波介质陶瓷分为4类。
[0004] (1)超低介电常数微波介电陶瓷，主要代表是Al203-Ti0 2、Y2BaCu05、MgAl2O4和 Mg2SiO4等，其ε #2〇,品质因数QXf》5〇〇〇〇GHz，τ #10 ppm/。C。主要用于微波基 板以及高端微波元器件。
[0005] (2)低\和高Q值的微波介电陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta2O5, BaO-ZnO-Ta2O5或 BaO-MgO-Nb2O5, BaO-ZnO-Nb2O5系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其ε ^20?35， Q= (1?2) X IO4(在f彡10 GHz下），τ产〇。主要应用于f彡8 GHz的卫星直播等微波 通信机中作为介质谐振器件。
[0006] (3)中等ε，Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi 409、Ba2Ti9O2tl和（Zr、Sn) TiO4 等为基的 MWDC 材料，其 ε r= 35~45, Q= (6 ?9) XlO 3 (在 f=3 ?一4GHz 下)，5 ppm/° C。主要用于4?8 GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器 件。
[0007] (4)高ε,而Q值较低的微波介电陶瓷，主要用于0.8?4GHz频率范围内民用移 动通讯系统，这也是微波介电陶瓷研宄的重点。80年代以来，Kolar、Kato等人相继发现并 研宄了类钙钛矿钨青铜型BaO - Ln2O3-TiO2系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，简称BLT系）、 复合妈钛矿结构CaO -Li2O-Ln2O3-TiO2系列、铅基系列材料、Ca ^Ln2xiZ3TiO3系等高ε ^微 波介电陶瓷，其中BLT体系的BaO - Nd2O3 - TiO2材料介电常数达到90,铅基系列（Pb, Ca) ZrO3介电常数达到105。
[0008] 由于微波介电陶瓷的三个性能指标（ε ^与Q · f和τ p之间是相互制约的关系 (见文献：微波介质陶瓷材料介电性能间的制约关系，朱建华，梁飞，汪小红，吕文中，电 子元件与材料，2005年3月第3期)，满足三个性能要求的单相微波介质陶瓷非常少，主要 是它们的谐振频率温度系数通常过大或者品质因数偏低而无法实际应用要求。目前对微 波介质陶瓷的研宄大部分是通过大量实验而得出的经验总结，却没有完整的理论来阐述 微观结构与介电性能的关系，因此，在理论上还无法从化合物的组成与结构上预测其谐振 频率温度系数和品质因数等微波介电性能，探索与开发近零谐振频率温度系数（-10 ppm /°C彡τ^Ξ+1〇 ppm/°C)与高品质因数的系列不同介电常数微波介电陶瓷是本领域技术 人员一直渴望解决但始终难以获得成功的难题，这在很大程度上限制了微波介电陶瓷与器 件的发展。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种具有良好温度稳定性与超低损耗的超低介电常数微波 介电陶瓷材料及其制备方法。
[0010] 本发明的微波介电陶瓷材料的化学组成为LiV2BO7。
[0011] 本微波介电陶瓷材料的制备方法步骤为： (1)将纯度为99. 9% (重量百分比）以上的Li2C03、V2O5和H 3BO3的原始粉末按LiV2BO7 的组成称量配料。
[0012] (2)将步骤（1)原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为无水乙醇，烘干后在650°C 大气气氛中预烧6小时。
[0013] (3)在步骤（2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在 700~750 °C大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙 烯醇添加量占粉末总质量的3%。
[0014] 本发明的优点=LiV2BO7陶瓷介电常数达到7. 8?8. 2,其谐振频率的温度系数τ , 小，温度稳定性好；品质因数Qf值高达176000-238000GHZ，可广泛用于各种介质谐振器和 滤波器等微波器件的制造，可满足低温共烧技术及微波多层器件的技术需要，在工业上有 着极大的应用价值。
【具体实施方式】
[0015] 实施例： 表1示出了构成本发明的不同烧结温度的3个具体实施例及其微波介电性能。其制备 方法如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。
[0016] 本陶瓷可广泛用于各种介质基板、谐振器和滤波器等微波器件的制造，可满足移 动通信和卫星通信等系统的技术需要。
[0017] 表1:
【权利要求】
1. 一种温度稳定型超低损耗微波介电陶瓷，其特征在于所述微波介电陶瓷的化学组成 为：LiV2B07; 所述微波介电陶瓷的制备方法具体步骤为： (1) 将纯度为99. 9% (重量百分比）以上的Li2C03、V205和H 3B03的原始粉末按LiV2B07的组成称量配料； (2) 将步骤（1)原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为无水乙醇，烘干后在650°C大气 气氛中预烧6小时； (3) 在步骤（2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在700~750°C大 气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇添加量 占粉末总质量的3%。
【文档编号】C04B35/495GK104446473SQ201410825337
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月27日 优先权日:2014年12月27日
【发明者】方维双, 李纯纯, 邓婧 申请人:桂林理工大学