一种可低温烧结的温度稳定型钨酸盐微波介电陶瓷的制作方法
【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和甜F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 ￡ 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tan 5 W降低噪音，一般要求3000 GHz; (3)谐振频率的温度系数T/尽可能小W保证器件 具有好的热稳定性，一般要求-10 ppm /°C《 T/《+l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Ti化微波介质滤波器，但其谐振 频率温度系数T/太大而无法实用化。上世纪70年代W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Al2〇3-Ti〇2、YsBaCuOs、MgAl2〇4和 Mg2Si〇4等，其e r《20,品质因数QXf> 50000細z，T声1〇卵m/。C。主要用于微波基 板W及高端微波元器件。
[000引 （2)低e,和高Q值的微波介电陶瓷，主要是Ba0-Mg0-Ta205，Ba0-&i0-Ta205或 Ba0-Mg0-Nb205，Ba0-&i0-Nb205系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其e t=20~35， Q=(l~2) X 104(在f > 10細Z下），T 0。主要应用于f > 8細Z的卫星直播等微波 通信机中作为介质谐振器件。
[000引 （3)中等e,和Q值的微波介电陶瓷，主要是WBaTi409、Ba2Ti化。和（Zr、Sn)Ti04 等为基的MWDC材料，其e r= 35~45, Q= (6~9) X10 3 (在f=3~一4細Z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e,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，该也是微波介电陶瓷研究的重点。80年代W来，Kolar、Kato等人相继发现并 研究了类巧铁矿鹤青铜型BaO -山2〇3 - Ti化系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，简称BLT系）、 复合巧铁矿结构化0- Li2〇-山2〇3- Ti化系列、铅基系列材料、Ca i_,Ln2,/3Ti〇3系等高e r微 波介电陶瓷，其中BLT体系的BaO -刷2〇3 - Ti〇2材料介电常数达到90,铅基系列（Pb，化） Zr〇3介电常数达到105。
[0008] W上该些材料体系的烧结温度一般高于1300。C，不能直接与Ag和化等低 烙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化ow Temperature Co-fired Ceramics, 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，因低烙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。因此研制既能低温烧结同时具有近零谐振频率温度系数（-10 ppm +10 Ppm/tO与较高品质因数的微波介电陶瓷是当前研究的重点。
[0009]
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种具有良好的热稳定性与低损耗，同时可低温烧结的微波 介电陶瓷材料及其制备方法。
[0011] 本发明的微波介电陶瓷材料的化学组成为；（1-J) Li2Mg2W2〇g+此aTi〇3,其中： 2%《10%，X为摩尔百分数。
[0012] 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）W上的LiaCOs、MgO、W〇3、化C〇3、和Ti化的原始粉末 按（1-尤化121拓胖2〇9+此31'1〇3的组成称量配料，其中2%《10%，X为摩尔百分数。
[0013] (2)将步骤（1)原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为蒸觸水，烘干后在82(TC大 气气氛中预烧6小时。
[0014] (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 870~92(TC大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚己帰醇溶液，聚己 帰醇添加量占粉末总质量的3%。
[0015] 本发明的优点：本发明陶瓷能在95(TCW下温度烧结，满足与低成本银电极共烧 要求，；介电常数达到15~24, Qf值高达60000~78000GHz，谐振频率温度系数小，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，可满足低温共烧技术及微波多层器件 的技术需要。
【具体实施方式】 [001引 实施例： 表1示出了构成本发明的不同烧结温度的4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。
[0017] 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。
[0018] 表 1 :
【主权项】
1. 一种可低温烧结的温度稳定型微波介电陶瓷，其特征在于所述微波介电陶瓷的化学 组成为：（1-1)1^21%具09+兑&1103，其中 ：2%彡^10%，1为摩尔百分数； 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、MgO、W03、CaCO3、和TiO 2的原始粉末 按（l-z)Li2Mg2W20 9+^CaTi03W组成称量配料，其中2% < < 10%，X为摩尔百分数； (2) 将步骤（1)原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为蒸馏水，烘干后在820°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870~920°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%。
【专利摘要】本发明提供了一种低温烧结温度稳定型钨酸盐微波介质陶瓷及其制备方法。该陶瓷的组分组成为：(1-x)Li2Mg2W2O9+xCaTiO3，其中： 2%≤x≤10%，x为摩尔百分数。本发明陶瓷能在950℃以下温度烧结，满足与低成本银电极共烧要求，具有微波性能：介电常数达到15~24，高Qf值（60000~78000GHz），谐振频率温度系数小，可用于低温共烧陶瓷体系、多层介质谐振器、滤波器等微波器件的制造，具有重要的工业应用价值。
【IPC分类】C04B35-64, C04B35-622, C04B35-495
【公开号】CN104649666
【申请号】CN201510060406
【发明人】方亮, 王丹, 苏和平
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月5日