一種超低損耗低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷的制備技術(shù)

一、發(fā)明創(chuàng)造簡(jiǎn)介
    隨著現(xiàn)代化通信技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是移動(dòng)衛(wèi)星通信和全球定位系統(tǒng)等的快速發(fā)展，小型化和輕量化的微波器件日益受到重視，低溫?zé)Y(jié)多層陶瓷器件（LTCC）可以有效的減小器件尺度，實(shí)現(xiàn)集成化，因而已受到人們的廣泛關(guān)注。然而，目前大多數(shù)商用微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度都在1200℃～1500℃之間，無(wú)法與銅（Cu，熔點(diǎn)為1083℃）或銀（Ag，熔點(diǎn)為961.93℃）等內(nèi)電極共燒，因此，研制開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能的降低燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷已成為微波元器件領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

    隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，高頻微波成為了未來(lái)通信的發(fā)展方向。在高頻微波范圍（1GHz～300GHz），微波器件應(yīng)具有小的損耗和優(yōu)良的頻率選擇性，即微波材料具有高的Q值（品質(zhì)因數(shù)）顯得非常重要；在高速的信息傳輸過(guò)程中，為了減少線路中的遲豫效應(yīng)，應(yīng)用于信息收發(fā)元器件上的陶瓷基材料具有小的介電常數(shù)ε是很必要的。因此，高Q、低ε材料在陶瓷基板方面具有重要的用途。

    本專(zhuān)利發(fā)明一種性能優(yōu)異的微波介質(zhì)材料的組成與制備技術(shù)，可用于（1）低溫?zé)Y(jié)LTCC多層微波濾波器。（2）用于低溫?zé)Y(jié)陶瓷線路基板。本專(zhuān)利采用國(guó)產(chǎn)氧化鎂（MgO），基準(zhǔn)試劑（含量，99.9%）中國(guó)上海，同濟(jì)微量元素研究所；五氧化二鈮（Nb2O5），基準(zhǔn)試劑（含量，99.5%），中國(guó)上海，中國(guó)醫(yī)藥（集團(tuán)）上?；瘜W(xué)試劑公司。采用標(biāo)準(zhǔn)電子陶瓷工藝，制備工藝，制備工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化推廣。將氧化鎂和五氧化二鈮按Mg4Nb2O9化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)料混合，在920℃、2小時(shí)合成物相。添加1%～8%的某低熔點(diǎn)的氧化物，能使該材料的燒結(jié)溫度低到920℃。X射線衍射結(jié)果顯示，材料的主晶相為有序型剛玉結(jié)構(gòu)的Mg4Nb2O9。發(fā)現(xiàn)在TS＝1000C燒結(jié)溫度下得到Q·f＝151042GHz和，εr＝12.89；TS＝920C，性能達(dá)到：εr＝12.72；Q·f=77800GHz的最好值，燒結(jié)過(guò)程的X，y，z三向收縮率≤15％該陶瓷不與Ag內(nèi)電極反應(yīng)。

二、創(chuàng)新點(diǎn)
       1．采用國(guó)內(nèi)原材料，首次合成了Mg4Nb2O9并研究了其優(yōu)良的高Q、低ε微波性能，通過(guò)添加低溶點(diǎn)的氧氣化物的方法，形成液相燒結(jié)，將Mg4Nb2O9微波介質(zhì)陶瓷的澆結(jié)溫度由1400℃降低到了1000～1050℃，分別得到了中溫?zé)Y(jié)Ts=1050℃，εr=12.72，Q·f＝151042GHz
       2．近一步采用多組員添加（V2O5和LiCO3），燒結(jié)溫度降到了Ts=920C，性能達(dá)到：εr＝12.72
Qf=77800GHz的國(guó)際最好值。

三、發(fā)明的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景
    微波電子陶瓷是當(dāng)前先進(jìn)陶瓷材料領(lǐng)域最具活力、最有前途的組成部分，是電子、信息、計(jì)算機(jī)、通訊、激光、自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。移動(dòng)通信、全球定位系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)微波陶瓷介質(zhì)材料及其微波諧振器、微波濾波器等提出了廣闊的市場(chǎng)需求。微波介質(zhì)材料的應(yīng)用很廣泛，包括用作微波電路的載體，MW波導(dǎo)、MW屏。我們研究的Mg4Nb2O9微波介質(zhì)陶瓷，具有優(yōu)良的性能（Q·f≥135000GHz、ε＝12～13），可以作為微波諧振器和濾波器，廣泛的應(yīng)用于微波通信的器件上，尤其是高頻微波通信的器件上，同時(shí)由于它的介電常數(shù)比較低，可以作為微波電路的載體—基板材料廣泛的應(yīng)用于微波通信。而使線路中的遲豫效應(yīng)很小。

    高溫?zé)Y(jié)型的微波元器件（燒結(jié)溫度在1300℃以上），由于其電極材料必須采用耐高溫的貴重金屬，如白金（Pt）、鈀（Pd）等，產(chǎn)品的成本很高。而燒結(jié)溫度為1000～1250℃的材料（國(guó)內(nèi)稱(chēng)為中溫?zé)Y(jié)型，國(guó)外稱(chēng)為低溫?zé)Y(jié)型），可用Cu，Ni或者高銀/鈀（Ag/Pd）比的內(nèi)電極，使得產(chǎn)品的成本有很大的降低。