专利名称：一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种微波介质陶瓷材料及其制备方法，尤其涉及一种用于制造通讯系统中的介质谐振器、滤波器、振荡器等微波元器件的中介电常数超高Q值的微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
微波介质陶瓷是近年来国际上对电介质材料研究的一个新动向，这主要是适应微波移动通讯的发展需求。20世纪后期，信息处理技术与电子信息数字化技术相结合将通讯系统推上了一个前所未有的新高峰。通信的终极目标是要做到全时空的信息传递与交换，从而使通讯机的高度可移动性成为发展的必然趋势。当前，移动通信已向全民推广，为扩大容量，就必须提高载波频率。为此，开发一系列适合于微波范围内具有高性能、高可靠性工作特性的电子材料与元器件上升为陶瓷材料领域的新焦点。近年来，随着微波移动通讯技术的迅速发展，应用于谐振器、滤波器、振荡器等微波元器件的微波介质材料的需求也日益增长。向着小型化、高频化、低成本和环境友好的方向发展，对微波介质陶瓷提出了更高的要求。由于现存的微波介质谐振器的质量和体积相对较大，大大限制了微波集成电路的发展。现存的微波介质陶瓷材料因为介电常数高而品质因数Q值较低，已无法满足器件小型化的要求，而中介电常数超高Q值微波介质陶瓷材料制作的微波管、管带线等构成的微波混合集成电路，可大大缩小器件尺寸，这就使中介电常数超高Q值微波介质陶瓷材料成为实现微波控制功能的基础和关键性材料。
发明内容
针对现有技术 存在的上述问题，本发明的目的是提供一种中介电常数、高Q、频率温度系数可调且制备成本低廉的微波介质陶瓷材料及其制备方法，以满足微波器件小型化、高频化、低成本的发展要求。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:一种微波介质陶瓷材料，由主晶相和改性添加剂组成,所述的主晶相的结构式为Zrx (ZnyNVy) ^TiO4,其中:0.2 < x < 0.7，1/3 ^ y ^ 2/3 ;所述的改性添加剂为 MnO2、CeO2、Ga2O3中的任意一种或二种以上的混合物。作为进一步优选方案，所述的微波介质陶瓷材料中的改性添加剂的总含量为
0.5 2.0wt %。作为更进一步优选方案，所述的微波介质陶瓷材料中的改性添加剂的总含量为
0.5 1.5wt %。一种所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤:a)按照主晶相结构式的化学计量比称取氧化锆、氧化锌、氧化铌、氧化钛，球磨使混合均匀；
b)出料，烘干，然后在1050 1150°C进行预烧；c)粉碎，添加改性添加剂，再次球磨使混合均匀；d)出料，烘干，过筛，造粒，压制成型；e)在 1150 1350°C进行烧结。步骤a)中的球磨推荐为:以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨球，球:料:水的质量比为1.5: I: 1，球磨时间为20 28小时。步骤b)中的预烧时间优选为3 5小时。步骤c)中的球磨推荐为:以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨球，球:料:水的质量比为1.5: I: 1，球磨时间为10 16小时步骤b)和d)中的烘干温度均推荐为100 200°C。步骤e)中的烧结时间优选为3 5小时。与现有技术相比，本发明的微波介质陶瓷材料具有如下优点:①烧结温度较低，只需1150 1350°C ;②具有良好的微波介电性能:介电常数￡ = 42 54，且在此范围内可调节；品质因数Qf = 25000 42500GHz (谐振频率f = 4 6GHz);频率温度系数t f = -8 +60ppm/°C,且在此范围内可调节；③原料价廉 易得，无毒环保；④制备工艺简单，无需特殊设备和苛刻工艺条件，适合工业化生产。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明。实施例中陶瓷的介电性能在4 6GHz频率下测得。实施例a)按照主晶相结构式=Zrx(ZnyNlvy) ^xTiO4 (其中的x和y的取值见表I所示)的化学计量比称取氧化错、氧化锌、氧化银和氧化钛；b)以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨球，球:料:水的质量比为
1.5: I: I，进行球磨20 28小时，使混合均匀；c)出料，在100 200°C干燥；d)在1050 1150°C进行预烧3 5小时；e)粉碎，添加改性添加剂(具体见表I所示);f)以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨球，球:料:水的质量比为
1.5: I: 1，进行球磨10 16小时，使混合均匀；g)出料，在100 200°C干燥，过200目筛，添加3 8wt %的聚乙烯醇水溶液造粒，造粒后过40 100目筛，然后压制成型；h)在1150 1350°C进行烧结3 5小时，即得本发明所述的微波介质陶瓷材料。制得的相应微波介质陶瓷材料的微波介电性能也见表I所示。表I
权利要求
1.一种微波介质陶瓷材料，由主晶相和改性添加剂组成，其特征在于:所述的主晶相的结构式为Zrx (ZnyNlvy) ^TiO4，其中:0.2 < x < 0.7，1/3 ^ y ^ 2/3 ;所述的改性添加剂为Mn02、CeO2, Ga2O3中的任意一种或二种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于:所述的微波介质陶瓷材料中的改性添加剂的总含量为0.5 2.0wt%。
3.根据权利要求2所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于:所述的微波介质陶瓷材料中的改性添加剂的总含量为0.5 1.5wt%。
4.一种权利要求1所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: a)按照主晶相结构式的化学计量比称取氧化锆、氧化锌、氧化铌、氧化钛，球磨使混合均匀； b)出料，烘干，然后在1050 1150°C进行预烧； c)粉碎,添加改性 添加剂,再次球磨使混合均匀； d)出料，烘干，过筛，造粒，压制成型； e)在1150 1350°C进行烧结。
5.根据权利要求4所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于:步骤a)中的球磨是以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨球，球:料:水的质量比为1.5: I: 1，球磨时间为20 28小时。
6.根据权利要求4所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于:步骤b)中的预烧时间为3 5小时。
7.根据权利要求4所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于:步骤c)中的球磨是以去离子水为球磨介质，以氧化锆球为磨球，球:料:水的质量比为1.5: I: 1，球磨时间为10 16小时。
8.根据权利要求4所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于:步骤b)和d)中的烘干温度均为100 200°C。
9.根据权利要求4所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于:步骤e)中的烧结时间为3 5小时。
全文摘要
本发明公开了一种微波介质陶瓷材料及其制备方法。所述的微波介质陶瓷材料是由主晶相和改性添加剂组成，所述的主晶相的结构式为Zrx(ZnyNb1-y)1-xTiO4，其中0.2≤x≤0.7，1/3≤y≤2/3；所述的改性添加剂为MnO2、CeO2、Ga2O3中的任意一种或二种以上的混合物。该材料的制备包括如下步骤配料；球磨；预烧；添加改性添加剂，球磨；造粒；压制成型；烧结。本发明的微波介质陶瓷材料具有烧结温度较低，微波介电性能好，是一种中介电常数、高Q、频率温度系数可调的微波介质陶瓷材料，能满足微波器件小型化、高频化的发展要求，可用于制造通讯系统中的介质谐振器、滤波器、振荡器等微波元器件。
文档编号C04B35/462GK103159473SQ20111042592
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者何飞, 林慧兴, 姜少虎, 陈玮, 罗澜 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所