CN103553602B - 谐振频率温度系数可调的金红石型微波介质陶瓷 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种介电常数(εr)介于30-40,品质因子与谐振频率乘积(Qf)接近于30000 GHz,谐振频率温度系数(τ?)在±10ppm/℃之间正负可调的金红石型微波介质陶瓷材料,其化学组成为Ga1-xTa1-xTi2xO4,其中0.15≤ x ≤ 0.3。本发明公开的微波介质陶瓷化学组成及制备工艺简单,可用于介质谐振器、滤波器等微波器件的制造。
Description
技术领域
本发明涉及在微波频率使用的介质基板、谐振器与滤波器等微波元器件的介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷是随着上世纪90年代手机等通信设备迅速发展而兴起的一类电子功能材料,主要应用于微波(300 MHz-300 GHz)通讯系统电路中, 可以作为介质基板、介质谐振器和滤波器的基本元件, 在雷达、卫星通讯和移动电话等设备中有着广泛的应用。高性能微波介质材料在手机通信基站设备中用作谐振器和滤波器;一般要求介质材料的介电常数在20-100以内,品质因子与谐振频率乘积Qf> 10 000 GHz,谐振频率温度系数τƒ接近于0 ppm/℃。高的介电常数εr可以使微波电路中器件小型化,Qf大(介电损耗低)有利于提高信号强度和特定范围内可利用的通道数目,从而有效的使用电磁频率空间。τƒ接近于0可以使器件工作频率不随环境的温度变化有太大的漂移;实际应用中材料的谐振频率温度系数正负可调,可用于补偿其他组件的温度系数;商业上一般要求谐振频率温度系数在 ±10ppm/℃之内正负可调。金红石TiO2具有高的介电常数(εr ~ 100)和高的品质因子(Qf ~ 50 000 GHz),但其非常大的谐振频率温度系数(τƒ~ 450 ppm/oC)阻碍了其作为微波介质材料的应用。目前满足介质谐振器和滤波器应用要求的金红石型介质材料缺少。
发明内容
本发明目的是提供一种谐振频率温度系数正负可调、低损耗和中介电常数的金红石型微波介质陶瓷及其备方法。
本发明涉及的金红石型微波介质陶瓷的化学组成为:Ga1-xTa1-xTi2xO4,其中0.15 ≤ x ≤ 0.3。
所述的金红石型微波介质陶瓷按以下步骤制备:
(1) 将纯度为99.9%以上的Ga2O3,Ta2O5,TiO2的原始粉末按Ga1-xTa1-xTi2xO4化学式称量配料;
(2) 将步骤(1)原料混合湿式球磨12小时,溶剂为蒸馏水,烘干后在1100℃大气气氛中预烧12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1280~1320℃大气气氛中烧结12~24小时;所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液,剂量占粉末总质量的3%。
本发明制备的金红石型微波介质陶瓷,其制备工艺简单,具有较高品质因子(Qf~ 30000 GHz)和较高的介电常数(30-40),同时谐振频率温度系数在±10ppm/℃之内正负可调,可满足介质谐振器和滤波器应用要求。
附图说明
图1是实施例1、2、3和4的X射线衍射图谱。
具体实施方式
表1示出了构成本发明的不同组成的4个具体实施例及其微波介电性能。其制备方法如上所述,用粉末X射线衍射法对烧结后的陶瓷试样进行物相分析, 图1是实施例1、2、3和4的X射线衍射图谱,结果表明都形成了单一的金红石型物相。用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。
本发明决不限于以上实施例。组成与烧结温度的上下限、区间取值都能实现本发明,在此不一一列举实施例。
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、卫星通信等系统的技术需要。
表1:
Claims (2)
1.一种介电常数(εr)在30-40之间,品质因子与谐振频率乘积(Qf)接近30000 GHz,谐振频率温度系数(τƒ)在±10ppm/℃之内正负可调的金红石型微波介质陶瓷,其特征在于所述金红石型微波介质陶瓷的化学组成是Ga1-xTa1-xTi2xO4,其中0.15 ≤ x ≤ 0.3。
2.权利要求1所述的微波介质陶瓷按以下步骤制备:
(1) 将纯度为99.9%以上的Ga2O3,Ta2O5,TiO2的原始粉末按Ga1-xTa1-xTi2xO4化学式称量配料;
(2) 将步骤(1)中原料混合湿式球磨12小时,溶剂为蒸馏水,烘干后在1100℃大气气氛中预烧12小时;
(3) 往由步骤(2)制得的粉末中添加粘结剂并造粒后,再压制成型,最后在1280~1320℃大气气氛中烧结12~24小时;所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液,剂量占粉末总质量的3%。
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(Ta2O5)1-x(TiO2)x陶瓷介电性能的研究;朱学文;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20050501;第7-40,51页 * |
Rohini Mani等.Dielectric properties of some MM′O4 and MTiM′O6 (M=Cr, Fe, Ga;M′=Nb, Ta, Sb) rutile-type oxides.《Journal of Solid State Chemistry》.2010,第183卷(第6期), * |
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