CN102794951A - 用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料 - Google Patents

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李雷
陈湘明
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Abstract

本发明公开的用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，是由介电常数为2~3、介电损耗低于10-3的高分子材料P和介电常数为40~80、Qf大于10,000GHz、谐振频率温度系数在±5ppm/oC之间的陶瓷材料C交替叠置构成的层状结构，采用绝缘胶粘接或热压法制备而成，且成份相同层的厚度相同。本发明将成本较高的陶瓷材料部分用价格低廉的高分子材料代替，通过调整终端材料体积百分比、叠层方式等参数，得到了可自由调整的介电常数、高Qf值及近零谐振频率温度系数之间的协调。利用本发明提供的高分子-陶瓷层状复合材料，有利于在保持性能的同时降低微波介质谐振器、滤波器等元器件的成本，在工业上有着极大价值。

Description

用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料
技术领域
本发明涉及应用于通讯系统的介质谐振器、滤波器及振荡器等微波元器件中所用的低损耗微波介质材料，尤其是低损耗高分子-陶瓷层状复合材料。
背景技术
微波介质陶瓷被广泛应用于微波介质谐振器、滤波器及振荡器等微波元器件，是微波通讯领域中的关键材料之一，其基本性能要求为：合适的介电常数εr、尽可能高的Qf值及近零的谐振频率温度系数τf。具有优良性能的微波介质陶瓷需用高纯度氧化物粉末在高温烧结下制得，其较高的生产成本显著增加了微波元器件的最终成本、并限制了其应用。
另一方面，将价格低廉、具有低介电常数及低介电损耗的高分子材料与微波介质陶瓷粉末均匀混合后制备成复合材料，可减少微波介质陶瓷的用量，从而有效降低生产成本。但此类复合材料的介电常数通常难以超过10，Qf值也较微波介质陶瓷降低很多，使其只能应用于要求较低的少数场合。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，此种材料具有介电常数连续可变、Qf值高、温度稳定性良好及易于系列化的特点。
本发明的用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，是由介电常数为2~3、介电损耗低于10-3的高分子材料P和介电常数为40~80、Qf大于10,000GHz、谐振频率温度系数在±5ppm/°C之间的陶瓷材料C交替叠置构成的层状结构，且成份相同层的厚度相同。
上述的介电常数为2~3、介电损耗低于10-3的高分子材料P一般采用聚四氟乙烯或聚丙烯。介电常数为40~80、Qf大于10,000GHz、谐振频率温度系数在±5ppm/°C之间的陶瓷材料C可以是Ba1.85Sm4.1Ti9O26或0.5CaTiO3-0.5La(Zn1/2Ti1/2)O3。
本发明的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，其层状结构可以有多种叠层方式，如P/C、P/C/P、C/P/C、P/C/P/C等。
本发明的用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，可通过将高分子材料P和陶瓷材料C用绝缘胶粘接或热压法制得。
本发明的有益效果在于：
本发明通过将介电常数为2~3、介电损耗低于10-3的低损耗高分子材料P和介电常数为40~80、Qf大于10,000GHz、谐振频率温度系数在±5ppm/°C之间的陶瓷材料C，用低损耗绝缘胶粘接或热压法制成层状复合材料，可将成本较高的陶瓷材料部分用价格低廉的高分子材料代替，并可通过调整终端材料的体积百分比及叠层方式，得到具有连续可变的介电常数、高Qf值与近零谐振频率温度系数的系列化微波介质材料。利用本发明提供的微波介质材料，有利于在保持性能的同时降低微波介质谐振器、滤波器等元器件的成本，在工业上有着极大的价值。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料由介电常数εr＝2.2、介电损耗为1.7×10-4的高分子材料聚四氟乙烯及介电常数εr=76.1、Qf＝12,800GHz、谐振频率温度系数τf＝0.8ppm/°C的Ba1.85Sm4.1Ti9O26陶瓷构成，通过用乙基氰丙烯酸酯绝缘胶粘接制得。
表1为聚四氟乙烯/Ba1.85Sm4.1Ti9O26双层复合材料的微波介电性能。
表1
Figure BDA00001973893100021
由表1知，Ba1.85Sm4.1Ti9O26的体积百分含量在0.1~0.9的范围内变化时，双层复合材料的介电常数、Qf值及τf均呈连续变化。介电常数在13.3~72.0的范围内连续可变，并一直保持较高的Qf值及近零的谐振频率温度系数，可满足微波电路对低损耗微波介质材料的系列化要求。
表2为低损耗高分子-陶瓷层状复合材料的介电常数为40时，不同叠层方式对应的Ba1.85Sm4.1Ti9O26体积百分含量、各层厚度比及相应的Qf值、τf，其中P和C分别表示高分子材料聚四氟乙烯和陶瓷材料Ba1.85Sm4.1Ti9O26。
表2
Figure BDA00001973893100031
由表2知，叠层方式不同，为使复合材料的介电常数达到特定值，所需Ba1.85Sm4.1Ti9O26陶瓷的体积百分含量并不相同，但对应的Qf值及τf却相差不多。故采用合适的叠层方式，有助于在保持微波介电性能的同时降低成本较高的陶瓷材料的用量，从而降低复合材料乃至最终微波元器件的成本。
实施例2
用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料由介电常数εr＝2.3、介电损耗为2.3×10-4的高分子材料聚丙烯及介电常数εr＝50、Qf＝38,000GHz、τf＝0ppm/°C0.5CaTiO3-0.5La(Zn1/2Ti1/2)O3陶瓷构成，用热压法制备而成。
表3为聚丙烯/0.5CaTiO3-0.5La(Zn1/2Ti1/2)O3双层复合材料的微波介电性能。
表3
Figure BDA00001973893100032
由表3知，0.5CaTiO3-0.5La(Zn1/2Ti1/2)O3的体积百分含量在0.1~0.9的范围内变化时，双层复合材料的介电常数、Qf值及τf均呈连续变化。介电常数在8.5~47.3的范围内连续可变，并一直保持较高的Qf值及近零的谐振频率温度系数，可满足微波电路对低损耗微波介质材料的系列化要求。同时，在得到相同介电常数时，实施例2对应的Qf值明显高于实施例1，故高分子-陶瓷层状复合材料的综合微波介电性能可通过改变终端材料得到进一步提升。

Claims (3)

1. 用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，其特征是由介电常数为2~3、介电损耗低于10-3的高分子材料P和介电常数为40~80、Qf大于10,000GHz、谐振频率温度系数在±5ppm/oC之间的陶瓷材料C交替叠置构成的层状结构，且成份相同层的厚度相同。
2. 根据权利要求1所述的用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，其特征是所述的介电常数为2~3、介电损耗低于10-3的高分子材料P为聚四氟乙烯或聚丙烯。
3. 根据权利要求1所述的用于微波频段的低损耗高分子-陶瓷层状复合材料，其特征是所述的介电常数为40~80、Qf大于10,000GHz、谐振频率温度系数在±5ppm/oC之间的陶瓷材料C为Ba1.85Sm4.1Ti9O26或0.5CaTiO3-0.5La(Zn1/2Ti1/2)O3。
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