CN100415678C - 一种低介电常数微波介质陶瓷 - Google Patents

一种低介电常数微波介质陶瓷 Download PDF

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Abstract

本发明公开的低介电常数微波介质陶瓷，其表达式为：xMgO.yZnO.zAl2O3，其中，5.0mol%≤x≤55.0mol%，5.0mol%≤y≤55.0mol%，45.0mol%≤z≤55.0mol%，x+y+z＝100mol%。本发明的微波介质陶瓷具有低介电常数、低损耗与近零谐振频率温度系数，其介电常数为7-9，Qf值高达60,000～160,000GHz。利用本发明提供的低损耗微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等微波元器件适合更高频率与更大功率的应用。同时，本发明提供的陶瓷亦可应用于高频陶瓷电容器、温度补偿陶瓷电容器或微波基板等。因此，本发明在工业上有着极大的价值。

Description

一种低介电常数微波介质陶瓷
技术领域
本发明涉及通讯系统中的介质谐振器、滤波器等微波元器件用的微波介质陶瓷。
背景技术
近年来，随着移动通讯与卫星通讯技术的迅速发展，对介质谐振器与滤波器等微波元器件用的微波介质陶瓷的需求正在日益增长。
微波通讯向高端频率的迅速发展对低介电常数、低损耗微波介质陶瓷提出了迫切的要求。其基本性能要求为：介电常数ε＜10，品质因数Qf＞50,000GHz，谐振频率温度系数τf＝0±10ppm/℃。
另一方面，目前已有的Al2O3、MgAlO4等低介电常数介电陶瓷存在烧结温度高、制备困难、以及谐振频率温度系数较大等缺点。
发明内容
本发明的目的是要提供一种介电常数为7-9、同时具有低损耗(Qf＝60,000～160,000GHz)与良好的温度稳定性的微波介质陶瓷。
发明的低介电常数微波介质陶瓷的表达式为：xMgO.yZnO.zAl2O3，各成分含量分别是：
设MgO的含量为x，5.0mol％≤x≤55.0mol％，
ZnO的含量为y，5.0mol％≤y≤55.0mol％，
Al2O3的含量为z，45.0mol％≤z≤55.0mol％，
x+y+z＝100mol％。
各成分的优选含量为：x＝5mol％、y＝45mol％、z＝50mol％。
发明的微波介质陶瓷可按下述方法制备而成。
首先，将纯度为99.9％以上的MgO、ZnO及Al2O3按上述的比例用湿式球磨法混合24小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在1200-1400℃、大气气氛中予烧3小时。然后，在予烧粉末中添加粘结剂并造粒后，通过单轴压力成形在1000kg/cm2的压力下制备出直径12mm、厚度3-6mm的陶瓷坯体，最后在1500-1600℃、大气气氛中烧结3小时以制备所需的微波介质陶瓷。
上述粘结剂可采用浓度为3％或5％或8％的聚乙烯醇溶液，剂量一般占总量的5～15％。
本发明的微波介质陶瓷具有低介电常数、低损耗与近零谐振频率温度系数，其介电常数为7-9，Qf值高达60,000～160,000GHz。利用本发明提供的低损耗微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等微波元器件适合更高频率与更大功率的应用。同时，本发明提供的陶瓷亦可应用于高频陶瓷电容器、温度补偿陶瓷电容器或微波基板等。因此，本发明在工业上有着极大的价值。
具体实施方式
表1示出了构成本发明的各成分含量的几个具体实例及其微波介电性能。其制备方法如上所述。性能测试用粉末X线衍射法对烧结后的陶瓷试样进行了物相分析，而用圆柱介质谐振器法在15GHz进行了微波介电性能的评价。
表1
  MgO含量，x(mol％)   ZnO含量，y(mol％)   Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量，z(mol％)   ε   Qf(GHz)   τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
  50   5   45   7.5   62,000   -9
  35   20   45   7.6   78,000   -8
  20   35   45   8.0   90,500   -6
  5   50   45   8.2   100,500   -10
  45   5   50   8.2   65,000   -10
  30   20   50   8.2   86,500   -8
  20   30   50   8.3   105,500   -6
  5   45   50   8.5   160,000   -10
  40   5   55   8.3   62,500   -9
  30   15   55   8.4   70,500   -9
  15   30   55   8.6   95,600   -8
  5   40   55   9.0   101,000   -9
从表1可知，在本发明的陶瓷体系中，随着MgO与ZnO含量的增加与Al2O3含量的减少，介电常数ε趋于增加。而在Al2O3含量为50mol％时，Qf值(Q为品质因数即介电损耗的倒数，f为谐振频率)取最大值，随着成分偏离该值，Qf值趋于减小。对于同样的Al2O3含量，介电常数与Qf值均随ZnO含量的增加而增大。当x＜5.0mol％或x＞55.0mol％，y＜5.0mol％或y＞55.0mol％，z＜45.0mol％或z＞55.0mol％时，谐振频率温度系数将偏大(τf＜-10ppm/℃)。因此，本发明的成分范围定为5.0mol％≤x≤55.0mol％，5.0mol％≤y≤55.0mol％，45.0mol％≤z≤55.0mol％，x+y+z＝100mol％。
在本实施例的所有成分中，MgO＝5mol％、ZnO＝45mol％、Al2O3＝50mol％的成分点具有最佳的微波介电性能：ε＝8.5，Qf＝160,000GHz，τf＝-9ppm/℃。

Claims (2)

1. 一种低介电常数微波介质陶瓷，其特征是它的介电常数为7-9，表达式为：xMgO.yZnO.zAl2O3，各成分含量分别是：
设MgO的含量为x，5.0mol％≤x≤50.0mol％，
ZnO的含量为y，5.0mol％≤y≤50.0mol％，
Al2O3的含量为z， 45.0mol％≤z≤55.0mol％，
x+y+z＝100mol％。
2. 根据权利要求1所述的低介电常数微波介质陶瓷，其特征是：x＝5mol％、y＝45mol％、z＝50mol％。
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