本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，具体涉及的是一种具有成本低中介电常数、q·f高且谐振频率温度系数τf优异等特点的微波介质陶瓷材料及其制备方法。可用于制作介质谐振器、滤波器及双工器等微波器件。
背景技术：
随着现代通信技术的迅速发展，尤其是4g、5g网络的迅速推进，小型化、集成化和低成本化成为移动通信和移动终端的发展方向。实现通信设备的小型化、高稳定性和廉价的途径是微波电路的集成化。传统的金属谐振腔和金属波导体积和重量过大，限制了微波集成电路的发展，为此需要开发一系列适合于微波范围内具有高性能、高可靠工作特性的电子材料与元器件。中等介电常数、高品质因数微波介质陶瓷正是在这一背景下迅速发展起来的适合这一要求的最佳电介质材料，它具有低微波损耗、较高的介电常数和频率温度系数小等综合特点，用其制作的滤波器具有体积小、重量轻、数据传输速率高等优势，是解决目前lte网络建设频谱资源瓶颈问题的关键材料。
英国、俄罗斯、日本等国家的学者相继研究开发出性能达到介电常数εr为43～48，q·f≥40000ghz，τf≈0ppm/℃的catio3-ndalo3体系微波介质陶瓷，但在国内尚未见该系材料在应用方面达到国外产品的性能指标，国内产品的q·f值远低于国外产品，仅在35000ghz左右。国内工业生产使用的catio3-ndalo3系列陶瓷主要是从日本购买合成好的陶瓷粉末，既花费大量外汇、又不利于自主技术进步。此外，稀土氧化物nd2o3原料的昂贵，价格对于catio3-ndalo3微波介质陶瓷的商业化应用推广是一个非常大的限制因素。因此，获得一种可替代catio3-ndalo3陶瓷且易于批量化生产的低成本微波介质陶瓷，不仅具有重要的社会效益而且具有显著的经济利益。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有成本低、中介电常数、q·f高及温度变化率低等特点的微波介质陶瓷材料及其制备方法。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：一种低成本微波介质陶瓷材料，由主晶相材料和掺杂相材料经球磨混合、预烧、掺杂球磨、喷雾造粒制成；其中：所述主晶相材料为catio3质量百分比为50～70％，laalo3质量百分比为30～50％；所述掺杂相材料co2o3，质量百分比为0～1％。
所述主晶相材料中catio3、laalo3之间的摩尔比为1-x:x，x为0.35～0.65。
所述掺杂相材料为氧化物co2o3，质量百分比为0～1％。
一种低成本微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：主晶相材料制备，按摩尔比分别称量caco3、tio2和la2o3、al2o3，按料∶球∶水的比例1:2:0.8进行球磨，压滤烘干后，在高温下预烧，合成主晶相材料catio3和laalo3；预烧后的主晶相材料，粉碎后按1-x:x的摩尔比称取，再加入0～1％的掺杂相材料co2o3，按步骤一的条件进行二次球磨，浆料加入22wt%的pva溶液，喷雾干燥成球状颗粒。
本发明的微波介质陶瓷材料的成分组成为：xcatio3+（1-x）laalo3+ywt％co2o3，其中x为0.35～0.65，y为0～1。
本发明组成微波介质陶瓷材料的关键组成为xcatio3+（1-x）laalo3+ywt％co2o3，配方成分中含有钙、钛、铝、镧和钴元素，制备这种微波介质陶瓷材料的原材料ca、ti、al、la、co是含这些元素的盐及氧化物。其中，掺杂元素钴是为了调整微波介质陶瓷材料的品质因数q·f。
本发明的主要重点在于微波介质陶瓷材料的成分配方，实际应用过程中可以根据需要对合成方法和生产工艺进行相应调整，灵活性大。合成方法可采用固相反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、气相沉积法或其它陶瓷材料的合成方法来实现。本发明选用适于工业大生产的固相反应法，利于生产成本降低。
本发明的微波介质陶瓷材料特性的检测是采用压制成圆片，高温烧结，烧渗银电极，用hp4291b阻抗分析仪来测量瓷片的特性参数。
本发明涉及的微波介质陶瓷材料的特色和优势表现在：①材料成分简单，原材料比较丰富，环境友好；②制备过程中预烧温度较低，降低生产成本；③材料以元素钴作为掺杂元素；④通过调整铝酸镧含量可调介电常数及温度变化率；⑤通过调节成分组成中钴的含量，可以调节品质因数，适合微波应用场合。
本发明微波介质陶瓷材料的电性能可实现以下参数要求：介电常数εr为42～47，q·f≥45000ghz，τf≈0±2ppm/℃。
本发明的有益之处在于：制备方法工艺简单，生产成本低，容易实现，提高了材料的q·f值，降低了产品的τf值，能满足微波条件下的使用要求。
具体实施方式
本发明的内容结合以下实施例作进一步的说明。以下实施例只是符合本发明技术内容的几个实例，并不说明本发明仅限于下述实例所述的内容。本发明的重点在于成分配方，所述原材料、工艺方法和步骤可以根据实际生产条件进行相应的调整，灵活性大。
本发明采用分析纯度的caco3、tio2、la2o3、al2o3为原料制备主晶相，以纯度为4n的co2o3进行掺杂，具体实施方式如下：按表一、表二称量配料，将混合料放入搅拌式球磨罐中，按料球水质量比1:2:0.8，球磨2～6小时，转速为260转/分钟。粒度控制在d50=1.2μm以内，将球磨混好的料压滤，放于100℃烘箱烘干，粉碎后过40目筛，在箱式电阻炉中按表中条件预烧，粉碎后过40目筛备用；按表2中的比例添加掺杂相材料co2o3进行二次球磨，粒度控制在0.8μm以下，浆料加入22wt%的pva溶液，进行喷雾造粒，用手动压机20mpa成型外径φ12.2mm，厚度2mm的圆片。将生坯样置于烧结炉中，1350℃/5h条件下，烧结成瓷片样品，两面涂覆银浆，850℃/10m条件下烧渗，通过hp4291b阻抗分析仪对样品进行性能测试。
本发明具体实施例成瓷密度、介电性能结果详细见表三。
表一主晶相材料合成条件。
表二成品料配料表。
表三各实例的样品性能。