本发明属于材料技术领域，涉及一种超低介高q的微波介质陶瓷材料及其制备工艺。
背景技术：
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。
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εr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值或低的介电损耗tanδ以降低噪音，一般要求qf≥3000ghz；(3)谐振频率的温度系数τf尽可能小以保证器件具有好的热稳定性，一般要求-10ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃。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tio2微波介质滤波器，但其谐振频率温度系数τf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εr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。
(1)超低介电常数微波介电陶瓷，主要代表是al2o3-tio2、y2bacuo5、mgal2o4和mg2sio4等，其εr≤20，品质因数q×f≥50000ghz，τf≤10ppm/℃。主要用于微波基板以及高端微波元器件。
(2)低εr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εr＝20～35,q＝(1～2)×104(在f≥10ghz下),τf≈0。主要应用于f≥8ghz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。
(3)中等εr和q值的微波介电陶瓷，主要是以bati4o9、ba2ti9o20和(zr、sn)tio4等为基的mwdc材料,其εr＝35～45，q＝(6～9)×103(在f＝3～－4ghz下)，τf≤5ppm/℃。主要用于4～8ghz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。
(4)高εr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究的重点。80年代以来，kolar、kato等人相继发现并研究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)、复合钙钛矿结构cao—li2o—ln2o3—tio2系列、铅基系列材料、ca1-xln2x/3tio3系等高εr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。
以上这些材料体系的烧结温度一般高于1300℃，不能直接与ag和cu等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。近年来，随着低温共烧陶瓷技术(lowtemperatureco-firedceramics,ltcc)的发展和微波多层器件发展的要求，国内外的研究人员对一些低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷复合材料体系，因低熔点玻璃相具有相对较高的介质损耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介质损耗。因此研制无玻璃相的低烧微波介质陶瓷材料是当前研究的重点。
在探索与开发新型可低烧微波介电陶瓷材料的过程中，固有烧结温度低的li基化合物、bi基化合物、钨酸盐体系化合物和碲酸盐体系化合物等材料体系得到了广泛关注与研究，但是由于微波介电陶瓷的三个性能指标(εr与q×f和τf)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)，满足三个性能要求且可低温烧结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究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，这在很大程度上限制了低温共烧技术及微波多层器件的发展。探索与开发既能低温烧结同时具有近零谐振频率温度系数(-10ppm/℃≤τf≤+10ppm/℃)与较高品质因数的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。
技术实现要素：
本发明的第一个目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种谐振频率温度系数低，温度稳定性好的超低介高q的微波介质陶瓷材料。
本发明的第二个目的是提供上述超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺。
本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：
一种超低介高q的微波介质陶瓷材料，其特征在于：包含以下重量份数比的原料：
sio2：20～50份；
h3bo3：50～80份；
助剂mo：0.5～1份；
在上述的超低介高q的微波介质陶瓷材料中，所述助剂为mgo或al2o3、zno中的一种或几种。
本发明的第二个目的通过下列技术方案来实现：
一种超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
a、配料：将二氧化硅与硼酸按照设定的组分称重配料；
b、混合：将配料后的原料湿混20—26小时，球磨介质为锆球与水，然后置于150℃烘箱中经12小时干燥，得到干燥的粉料；
c、预烧：将干燥的粉料置于氧化铝坩埚中，并于650℃—760℃碳棒炉中预烧2—4小时，得到原料粉末；
d、造浆：将原料粉末球磨粉碎20—26小时，球磨介质为锆球与蒸馏水，得到粘稠状的浆料；
e、成型：在浆料中添加粘结剂并喷雾造粒后，再压制成型，最后在950—1200℃碳棒炉中成烧3小时。
在上述的超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺中，所述步骤b中的水为去离子水。
在上述的超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺中，所述步骤e中的粘结剂为短链聚乙烯醇粘合剂。
在上述的超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺中，所述步骤e中粘结剂的浓度为5wt％—20wt％。
在上述的超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺中，所述步骤e中粘结计的添加为浆料总质量的10％—25％。
与现有技术相比，本工艺球磨时采用去离子水(非酒精或有机物)；烧成温度低；制备工艺具备固相法批量生产的条件。
而且，本超低介高q的微波介质陶瓷材料介电常数低：3.6±0.2；品质因素q×f值高：≥40000；谐振频率温度系数低，温度稳定性好。可以应用在2.45g～5.5g蓝牙(接收天线)、基带天线、导航天线处。
附图说明
图1是本超低介高q的微波介质陶瓷材料的xrd分析图谱。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本超低介高q的微波介质陶瓷材料包含以下重量份数比的原料：
sio2：20份；
h3bo3：80份；
助剂mo：0.5份；
所述助剂为mgo或al2o3、zno中的一种或几种。
本超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺包括以下步骤：
a、配料：将二氧化硅与硼酸按照设定的组分称重配料；
本实施例子中，sio2：x＝20份；h3bo3:y＝80份；助剂mo(mgo或al2o3、zno中的一种或几种)z＝0.5份；将二氧化硅与硼酸按sixbyo2x+1.5y+zmo的组成称量配料。
b、混合：将配料后的原料湿混20小时，球磨介质为锆球与水，然后置于150℃烘箱中经12小时干燥，得到干燥的粉料；
本实施例中，球磨介质中水为去离子水；
c、预烧：将干燥的粉料置于氧化铝坩埚中，并于650℃碳棒炉中预烧2小时，得到原料粉末；
d、造浆：将原料粉末球磨粉碎20小时，球磨介质为锆球与蒸馏水，得到粘稠状的浆料；
e、成型：在浆料中添加粘结剂并喷雾造粒后，再压制成型，最后在1050℃碳棒炉中成烧3小时。
该步骤中的粘结剂为短链聚乙烯醇粘合剂，所述粘结剂的浓度为5wt％。
粘结计的添加为浆料总质量的10wt％。
本实施例制备的超低介高q的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为3.7，品质因素q×f值为41000，频率温度系数τf/ppm为-28。
实施例二
如图1所示，本超低介高q的微波介质陶瓷材料包含以下重量份数比的原料：
sio2：25份；
h3bo3：75份；
助剂mo：0.5份；
所述助剂为mgo或al2o3、zno中的一种或几种。
本超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺包括以下步骤：
a、配料：将二氧化硅与硼酸按照设定的组分称重配料；
本实施例子中，sio2：x＝25份；h3bo3:y＝75份；助剂mo(mgo或al2o3、zno中的一种或几种)z＝0.5份；将二氧化硅与硼酸按sixbyo2x+1.5y+zmo的组成称量配料。
b、混合：将配料后的原料湿混26小时，球磨介质为锆球与水，然后置于150℃烘箱中经12小时干燥，得到干燥的粉料；
本实施例中，球磨介质中水为去离子水；
c、预烧：将干燥的粉料置于氧化铝坩埚中，并于760℃碳棒炉中预烧4小时，得到原料粉末；
d、造浆：将原料粉末球磨粉碎26小时，球磨介质为锆球与蒸馏水，得到粘稠状的浆料；
e、成型：在浆料中添加粘结剂并喷雾造粒后，再压制成型，最后在1050℃碳棒炉中成烧3小时。
该步骤中的粘结剂为短链聚乙烯醇粘合剂，该步骤中粘结剂的浓度为20wt％。
该步骤e中粘结计的添加为浆料总质量的25％。
本实施例制备的超低介高q的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为3.6，品质因素q×f值为49000，频率温度系数τf/ppm为-15。
实施例三
如图1所示，本超低介高q的微波介质陶瓷材料包含以下重量份数比的原料：
sio2：30份；
h3bo3：70份；
助剂mo：0.5份；
所述助剂为mgo或al2o3、zno中的一种或几种。
本超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺包括以下步骤：
a、配料：将二氧化硅与硼酸按照设定的组分称重配料；
本实施例子中，sio2：x＝30份；h3bo3:y＝70份；助剂mo(mgo或al2o3、zno中的一种或几种)z＝0.5份；将二氧化硅与硼酸按sixbyo2x+1.5y+zmo的组成称量配料。
b、混合：将配料后的原料湿混23小时，球磨介质为锆球与水，然后置于150℃烘箱中经12小时干燥，得到干燥的粉料；
本实施例中，球磨介质中水为去离子水；
c、预烧：将干燥的粉料置于氧化铝坩埚中，并于700℃碳棒炉中预烧3小时，得到原料粉末；
d、造浆：将原料粉末球磨粉碎23小时，球磨介质为锆球与蒸馏水，得到粘稠状的浆料；
e、成型：在浆料中添加粘结剂并喷雾造粒后，再压制成型，最后在1070℃碳棒炉中成烧3小时。
该步骤中的粘结剂为短链聚乙烯醇粘合剂，该步骤中粘结剂的浓度为10wt％。
该步骤e中粘结计的添加为浆料总质量的20％。
本实施例制备的超低介高q的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为3.4，品质因素qf值为42000，频率温度系数τf/ppm为-25。
实施例四
如图1所示，本超低介高q的微波介质陶瓷材料包含以下重量份数比的原料：
sio2：25份；
h3bo3：75份；
助剂mo：1份；
所述助剂为mgo或al2o3、zno中的一种或几种。
本超低介高q的微波介质陶瓷材料的制备工艺包括以下步骤：
a、配料：将二氧化硅与硼酸按照设定的组分称重配料；
本实施例子中，sio2：x＝25份；h3bo3:y＝75份；助剂mo(mgo或al2o3、zno中的一种或几种)z＝1份；将二氧化硅与硼酸按sixbyo2x+1.5y+zmo的组成称量配料。
b、混合：将配料后的原料湿混25小时，球磨介质为锆球与水，然后置于150℃烘箱中经12小时干燥，得到干燥的粉料；
本实施例中，水为蒸馏水；根据实际情况，该步骤中的水采用去离子水也是可行的。
c、预烧：将干燥的粉料置于氧化铝坩埚中，并于750℃碳棒炉中预烧3小时，得到原料粉末；
d、造浆：将原料粉末球磨粉碎25小时，球磨介质为锆球与蒸馏水，得到粘稠状的浆料；
e、成型：在浆料中添加粘结剂并喷雾造粒后，再压制成型，最后在1030℃碳棒炉中成烧3小时。
该步骤中的粘结剂为短链聚乙烯醇粘合剂，该步骤中粘结剂的浓度为18wt％。
该步骤e中粘结计的添加为浆料总质量的22％。
本实施例制备的超低介高q的微波介质陶瓷材料的介电常数εr为3.6，品质因素q×f值为41000，频率温度系数τf/ppm为-18。