微波陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及信息功能材料，具体涉及一种超低损耗极限类Mgn+iTin〇3n+i微波陶瓷材 料。
【背景技术】
[0002] 由于微波信号具有频率高、波长短、信息容量大以及穿透性强等特点，以致于在高 速发展的通信技术中，微波介质材料作为不可或缺的一种新型材料，已成为世界范围内的 研究热点之一。通常，评价微波介质陶瓷的性能主要有相对介电常数（^)，品质因子(Q)与 谐振频率的乘积(QXf:Q=l/tan，tan为介电损耗)和谐振频率温度系数（T f)，三种参数相辅 相成又相互制约。目前，随着通信设备涉及的领域不断扩大，在不同的微波频率范围内，都 需要有相应的实用化微波介质材料与之匹配。故而，许多传统微波介质材料已不再符合新 领域对其介电性能的高要求，即新型微波材料的研制和探索迫在眉睫。其中，运用于高端介 质基板的超低损耗极限类微波介质陶瓷材料也应运而生。
[0003] 近年来，用于介质基板的材料多为低~高〇值微波陶瓷，这些材料的^通常介于10~ 25之间，同时具有相当高的QXf值（100,000~200,000 GHz)，也是最早研究和得以实用化的 微波介质陶瓷。这类材料主要是以复和钙钛矿a(b'b〃)o3系列固溶体材料为主，典型的代表 有Ba(Mg, Ta)03 (BMT)、Ba(Zn, Ta)03 (BZT)、Ba(Mg, Nb)03 (BMN)和Ba(Zn, Nb)03 (BZN)以 及以它们为基体的复合、掺杂体系：BMT-Nd2〇3，BZT-BaZr03，BZT-B2〇3_CuO，BZN-Sr (Zm/ 3Nb2/3)03等。但这些材料的烧结温度较高，不太容易满足LCTT的应用。而且为了改善信号延 迟的时间，这些传统材料较高的Q值也并没有达到新要求的标准;这迫使研究者们必须开发 研制出新型超高Q值低^的微波陶瓷材料。然而，需要正视的是，这类材料的开发还处于起 步阶段，只有少量的研究报道。
[0004] 在微波陶瓷体系中，若采用具有相反温度系数的钙钛矿结构材料进行复合，不论 是形成固溶体还是构成了复相体系，新材料的Q值通常是在基体的Q值和与其复合的材料Q 值之间变化。如（l-x)CaTi03-xLaA103系列的QXf值就是在CaTi0 3 (QXf? 3600 GHz)与 LaA103 (QXf? 68,000 GHz)之间变化。要想获得具有更高Q值的微波介质陶瓷，并使其介电 常数保持在10~20内，存在一定的难度。然而，Mg n+1Tin03n+1(l < η <⑴)材料则是一个不 错的选择，因为Mgn+iTin〇3n+i化合物中含有Ruddlesden-Popper (R-P)同源层状f丐钛矿结构， 当η值较小时该体系形成复相结构；随着η值逐渐增加，体系则转变为具有层状钙钛矿结构 与纯MgTi〇3共存的新型化合物;而当η值进一步增大时，体系晶体结构则接近于纯MgTi〇3相 成分;当η值为无穷大时，体系结构虽接近Mg : Ti ?1 : 1，但杂相又再次出现。其中，这种 特殊R-P相的存在也是使得Mgn+1Tin0 3n+1材料的Q值不是简单的在MgTi03 (QXf ? 166， 400GHz)与其它相的Q值之间变化，而是出现了一种晶体结构的稳定性与原子进一步有序排 列的层结构共同引起的Q值叠加效应。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种适用于高端介质基板，制备工艺简单且具有极低损耗低 介电Mgn+1Tin〇 3n+1(n = 2，3，4···50)微波陶瓷，其QXf值几乎接近于已有电介质基础理论 可解释的最大极限值范畴~400,000 GHz。
[0006] 实现本发明目的的技术方案是： 一种超低损耗极限类Mgn+1Tin〇3n+1微波陶瓷，其组成通式为:Mg n+1Tin〇3n+1，式中，η = 2，3，4，5，6，7.·_50〇
[0007] -种超低损耗极限类Mgn+1Tin03n+1微波陶瓷的制备方法，包括如下步骤： (1)合成Mgn+1Tin〇3n+1粉体:设计试样成分:η = 2、3、4、5、6、7···50，并按照化学计量比 称量原料粉体MgO和Ti02，混合，将所得混合粉体24小时球磨后烘干过100目筛，在1100°C下 保温2小时进行预烧，把预烧后的粉体进行二次球磨12小时后过200筛，获得Mg n+iTin〇3n+i合 成粉体。
[0008] (2)压制成型：将步骤（1)获得的Mgn+1Tin0 3n+1合成粉体加入5wt%聚乙烯醇混合均 匀，烘干后细磨，在成型机上压制成圆柱形坯体； (3烧结:将步骤(2)所得圆柱形坯体在1340~1380°C温度下烧结4小时成瓷，即获得超低 损耗极限类Mgn+1Tin〇3n+1微波陶瓷。
[0009] 所述圆柱形还体的最优烧结温度为1360°C。
[0010] 本发明制备的超低损耗极限类Mgn+1Tin03n+1微波陶瓷，经性能测试后表明：相对于 181^〇3(￡:=17,〇\€? 166,4006抱和4?-50??111/。(：）与]\%211〇4(￡:=14.2,〇\€?160， 000 GHz和Tf?-60ppm/°C)陶瓷的微波介电性能，Mgn+1Tin〇 3n+1 (η = 5)微波陶瓷能够获得 更高的QXf值~382,500 GHz (fQ= 7.534 GHz),而介电常数εΓ介于14.9~16.4之间，且谐 振频率温度系数Tf约为_55ppm/°C。它们的和τΗ直与MgTi0 3、Mg2Ti〇4的相比变化不大，但Q Xf值却有极其显著的提高。预计进一步调节温度系数（i f)接近于零时，Mgn+1Tin〇3n+1 (η = 5)微波陶瓷体系有望作为介质基板的主要材料应用于各高频领域的高端大型通信设备的 微波电路中。
【附图说明】
[0011] 图1为室温下MgTi〇3和Mgn+1Tin〇3n+1系列样品在1360°C烧结4h的XRD图谱； 图2为Mgn+1Tin03n+1系列样品的介电常数(er)与品质因子(QXf)与η值的关系曲线图。
【具体实施方式】
[0012] 下面通过10个实施例进一步阐明本发明的实质特点和显著进步，但本发明绝非仅 限于所述的实施例。
[0013] 实施例1 制备Mg3Ti2〇7陶瓷样品； 其制备方法，包括如下步骤： (1)合成Mg3Ti2〇7粉体:按原料以MgO: Ti02 = 3 : 2摩尔比例混合，把所得混合粉体24 小时球磨后烘干过100目筛，在ll〇〇°C下保温时间2小时进行预烧，把预烧后的粉体进行二 次球磨12小时后过200筛，获得Mg 3Ti2〇7合成粉体。
[00M] (2)压制成型:把步骤（1)获得的Mg3Ti2〇7瓷料加入5wt%聚乙烯醇混合均匀，烘干后 细磨，在成型机上压制成圆柱形坯体； (3)烧结:将步骤(2)所得圆柱形坯体在1360°C温度下烧结4小时成瓷，即获得超低损耗 极限类Mg3Ti2〇7微波陶瓷。
[0015]通过XRD衍射图谱分析Mg3Ti2〇7物相，确定其粉体物相组成，通过矢量网络分析测 试其微波介电性能。性能测试表明：在1360 °C烧结4小时，其介电常数^为15.8，谐振频率温 度系数Tf为-58.1 ppm/°C，QXf值为211,600 GHz (f〇= 7.843 GHz)。
[0016] 实施例2 制备Mg4Ti3〇1Q陶瓷样品； 其制备方法，除按原料以MgO: Ti02 = 4