及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及用于制造微波頻率使用的陶瓷基板、諧振 器與濾波器等微波元器件的介電陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 微波介電陶瓷是指應用于微波頻段(主要是UHF和甜F頻段)電路中作為介質材料 并完成一種或多種功能的陶瓷，在現代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質基片和介質 導波回路等元器件，是現代通信技術的關鍵基礎材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無 繩電話、電視衛星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應用，在現代通訊工具的小型 化、集成化過程中正發揮著越來越大的作用。
[0003] 應用于微波頻段的介電陶瓷，應滿足如下介電特性的要求；（1)系列化介電常數 ￡ 適應不同頻率及不同應用場合的要求；（2)高的品質因數Q值或低的介電損耗tan 5 W降低噪音，一般要求3000 GHz; (3)諧振頻率的溫度系數T/盡可能小W保證器件 具有好的熱穩定性，一般要求-10 ppm /°C《 T/《+l〇 ppm/°C。國際上從20世紀30年 代末就有人嘗試將電介質材料應用于微波技術，并制備出Ti化微波介質濾波器，但其諧振 頻率溫度系數T/太大而無法實用化。上世紀70年代W來，開始了大規模的對介質陶瓷材 料的開發工作，根據相對介電常數的大小與使用頻段的不同，通常可將已被開發和正 在開發的微波介質陶瓷分為4類。
[0004] (1)超低介電常數微波介電陶瓷，主要代表是Al2〇3-Ti〇2、YsBaCuOs、MgAl2〇4和 Mg2Si〇4等，其e r《2〇,品質因數QXf>5〇000細z，T聲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 t和高Q值的微波介電陶瓷，主要是Ba0-Mg0-Ta205，Ba0-Zn0-Ta205或 Ba0-Mg0-Nb205，Ba0-&i0-Nb205系統或它們之間的復合系統MWDC材料。其e t=20~35， Q=(l~2) X 104(在f > 10細Z下），T 0。主要應用于f > 8細Z的衛星直播等微波 通信機中作為介質諧振器件。
[000引 （3)中等和Q值的微波介電陶瓷，主要是WBaTi409、Ba2Ti化。和（Zr、Sn)Ti04 等為基的MWDC材料，其￡t=35~45, Q= (6~9) Xl03 (在f=3~一4細Z下)， ppm/° C。主要用于4~8 GHz頻率范圍內的微波軍用雷達及通信系統中作為介質諧振器 件。
[0007] (4)高e,而Q值較低的微波介電陶瓷，主要用于0.8~4GHz頻率范圍內民用移 動通訊系統，該也是微波介電陶瓷研究的重點。80年代W來，Kolar、Kato等人相繼發現并 研究了類巧鐵礦鶴青銅型BaO -山2〇3 - Ti化系列（Ln=La、Sm、Nd或Pr等，簡稱BLT系）、 復合巧鐵礦結構化0- Li2〇-山2〇3- Ti化系列、鉛基系列材料、Ca i_,Ln2,/3Ti〇3系等高e r微 波介電陶瓷，其中BLT體系的BaO -刷2〇3 - Ti〇2材料介電常數達到90,鉛基系列（Pb，化） Zr〇3介電常數達到105。
[0008] W上該些材料體系的燒結溫度一般高于1300° C，不能直接與價格便宜的Ag和 化等低烙點金屬電極共燒形成多層陶瓷電容器。近年來，隨著低溫共燒陶瓷技術（Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)的發展和微波多層器件發展的要求，國內外的研 究人員對一些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷 復合材料體系，因低烙點玻璃相具有相對較高的介質損耗，玻璃相的存在大大提高了材料 的介質損耗。因此研制無玻璃相的低燒微波介質陶瓷材料是當前研究的重點。
[0009] 在探索與開發新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中，固有燒結溫度低的Li基 化合物、Bi基化合物、鶴酸鹽體系化合物和蹄酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關注 與研究，但是由于微波介電陶瓷的H個性能指標（e,與Q，f和Tf)之間是相互制約的關 系(見文獻；微波介質陶瓷材料介電性能間的制約關系，朱建華，梁飛，汪小紅，呂文中，電 子元件與材料，2005年3月第3期)，滿足H個性能要求且可低溫燒結的單相微波介質陶瓷 非常少，它們的諧振頻率溫度系數通常過大或者品質因數偏低而無法實際生產應用。目前 對微波介質陶瓷的研究大部分是通過大量實驗而得出的經驗總結，卻沒有完整的理論來 闡述微觀結構與介電性能的關系，在理論上還無法從化合物的組成與結構上預測其諧振頻 率溫度系數和品質因數等微波介電性能，探索與開發既能低溫燒結又具有近零諧振頻率溫 度系數（-10 ppm /°C《 T/《+l〇 ppm/tO與較高品質因數的微波介電陶瓷是本領域技術 人員一直渴望解決但始終難W獲得成功的難題。
[0010] 由于LisBasTisOw為半導體而被作為光催化材料而廣泛研究。至于微波介電陶瓷 材料則屬于介質陶瓷，通常為絕緣體，因此目前國內外沒有LisBasTisO,。作為微波介電陶瓷 材料的研究報道，但是近期我們發現LisBasTisOw陶瓷具有好的綜合微波介電性能，可作 為低燒的微波介電陶瓷。

【發明內容】

[0011] 本發明的目的是提供一種具有良好熱穩定性與低損耗又可低溫燒結的低介電常 數微波介電陶瓷材料及其制備方法。
[0012] 本發明的微波介電陶瓷材料的化學組成為Li2Ba3Tis〇2。。
[0013] 本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為： (1)將純度為99. 9%(重量百分比)W上的Li2C〇3、BaC〇3和Ti〇2的原始粉末按Li 2Ba3Tis〇2。 的組成稱量配料。
[0014] (2)將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質為無水己醇，烘干后在95(TC 大氣氣氛中預燒6小時。
[0015] (3)在步驟（2)制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在 1000~104(TC大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚己帰醇溶液，聚 己帰醇的添加量占粉末總質量的3%。
[001引本發明的優點；LisBasTisOw陶瓷在115(TC W下燒結良化介電常數達到 28.0~28. 7,尤其是諧振頻率的溫度系數X/小，溫度穩定性好；品質因數Qf值高達 54000-79000GHZ，可廣泛用于各種介質基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足低 溫共燒技術及微波多層器件的技術需要，在工業上有著極大的應用價值。
【具體實施方式】
[0017] 實施例： 表1示出了構成本發明的不同燒結溫度的3個具體實施例及其微波介電性能。其制備 方法如上所述，用圓柱介質諧振器法進行微波介電性能的評價。
[0018] 本陶瓷可廣泛用于各種介質基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，可滿足移 動通信和衛星通信等系統的技術需要。
[0019] 表 1 :
【主權項】
1. 一種含鋰復合氧化物作為可低溫燒結的溫度穩定型低介電常數微波介電陶瓷的應 用，其特征在于所述含鋰復合氧化物的化學組成為=Li 2Ba3Ti8O2tl; 所述含鋰復合氧化物的制備方法步驟為： (1) 將純度為99. 9%(重量百分比)以上的Li2C03、BaC0#P TiO2的原始粉末按Li 2Ba3Ti802Q 的組成稱量配料； (2) 將步驟（1)原料濕式球磨混合12小時，球磨介質為蒸餾水，烘干后在950°C大氣氣 氛中預燒6小時； (3) 在步驟（2)制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在1000~1040°C 大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添 加量占粉末總質量的3%。
【專利摘要】本發明公開了一種含鋰復合氧化物Li2Ba3Ti8O20作為可低溫燒結的溫度穩定型低介電常數微波介電陶瓷的應用及其制備方法。（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li2CO3、BaCO3和TiO2的原始粉末按Li2Ba3Ti8O20的組成稱量配料；（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合12小時，球磨介質為無水乙醇，烘干后在950℃大氣氣氛中預燒6小時；（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在1000~1040℃大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添加量占粉末總質量的3%。本發明制備的陶瓷燒結良好，介電常數達到28.0～28.7，其品質因數Qf值高達54000-79000GHz，諧振頻率溫度系數小，在工業上有著極大的應用價值。
【IPC分類】C04B35-468, C04B35-622
【公開號】CN104671776
【申請號】CN201510057750
【發明人】方亮, 王丹, 蘇和平
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月4日