CN109320245A - 一种微波介质陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波介质陶瓷及其制备方法，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba_{6‑ 3x}Sm_8+2xTi₁₈O₅₄)‑bMg₂TiO₄‑cBi₂O₃，其中0≤x≤1，a+b+c＝100％，75％≤a≤85％，10％≤b≤20％，5％≤c≤10％。本发明通过对Ba_6‑3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄材料进行掺杂改性，在保证材料的介电常数不降低的前提下，降低了陶瓷的介电损耗，并使其谐振频率温度系数更加接近于零，所得微波介质陶瓷的介电常数＞78，Q值(品质因数)达到13000‑19500GHz，谐振频率温度系数达到‑10～‑1.5ppm/℃，且原料无毒且价格低廉，制备工艺简单，具有良好的应用前景。

Description

一种微波介质陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制备技术领域，具体涉及一种低损耗温度稳定型高介微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波通常指频率介于300MHz～300GHz，波长介于1m～1mm范围的电磁波。与普通无线电波相比，微波频率高、信息容量大、波长相对短，并具有低大气传播衰减率和高传播方向性，受外界干扰小，有利于弱信号的接收。这些特点使得微波在通信、遥感、雷达、测控等领域都得到了广泛的研究和应用。近年发展起来的微波介质陶瓷具有介质损耗低，谐振频率温度系数小等优点，是微波通讯的关键材料。而微波陶瓷元器件的高品质化、小型化、集成化以及低成本化是微波技术未来发展的趋势。

电磁波在介质中传播时，相同频率下，介质的介电常数越高，波长越短，相应的介质谐振器的尺寸越小，因此在电子元件小型化的要求下，追求更高的介电常数是必然趋势。

具有钨青铜结构的Ba_6-3xLn_8+2xTi₁₈O₅₄属于高介电常数的微波介质陶瓷材料。因其具有优异的微波介电性能，得到研究者的广泛关注。根据Ln(镧系)原子的不同，可以得到几种不同的微波介质陶瓷，特别地，当Ln＝Sm时，可以得到Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷。Ba_6-3xSm_{8+ 2x}Ti₁₈O₅₄陶瓷具有介电常数高、介电损耗小的特点，主要用于制备陶瓷谐振器、滤波器和介质天线等微波元器件，但是，随着通讯频率越来越高，对于介电损耗的要求也越来越高，单一Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄已经无法满足现代通讯的要求。

因此，研究者对Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的性能进行了改进。张校平等以Ba_6-3x(Sm_{1- y}Bi_y)_8+2xTi₁₈O₅₄(x＝2/3)为研究对象，研究了在不同y值下，不同含量的B₂O₃和ZnO对该系列陶瓷性能的影响，得到了介电常数在48～91，介电损耗在(3～9)×10^-4之间的陶瓷材料。其中，当y＝0.35，B₂O₃为1％(质量分数)时，陶瓷的煅烧温度为1150℃，介电常数可达87.2，介电损耗为3×10^-4(参见“添加剂对Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介电陶瓷性能的影响”，张校平等，《稀土》，2006，27(01):57-59)。司敏杰等以Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄(x＝2/3)微波介质陶瓷为基础，通过不同量的Pr取代实验，探讨Pr取代后对陶瓷的结构和介电性能影响。发现材料的介电常数和介电损耗在Pr取代量为0.2mol时获得了最佳，分别为78.08和0.0001，频率温度系数由负向正变化(参见“Pr取代对Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介质陶瓷结构和介电性能的影响”司敏杰等，《中国陶瓷工业》，2005，12(2):11-14)。N Qin等采用Nd/Bi-Co取代对Ba_{6- 3x}Sm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介电陶瓷进行了A位Sm改性。在低Bi取代区形成了具有新型钨青铜结构的单相固溶体。有效的增加介电常数，同时导致QF值下降，并增加负TF。(参见“Modification of Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄(x＝2/3)Microwave Dielectric Ceramics by Nd/Bi Co-Substitution on A-Site”，N Qin，XM Chen《Key Engineering Materials》,2005，280-283:57-60)。

上述研究虽然一定程度上改善了Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的介电性能，但普遍停留在实验室研究阶段，难以进行大规模应用。因此，需要寻找新的方法对Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的性能进行进一步的改善。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微波介质陶瓷及其制备方法，通过对Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄材料进行掺杂改性，得到了介电性能优异的微波介质陶瓷，且制备工艺简单，原料无毒、价格低廉，具有良好的经济效益和应用前景。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷由Ba_6-3xSm_{8+ 2x}Ti₁₈O₅₄、Mg₂TiO₄和Bi₂O₃复合而成，其结构式为：a(Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中0≤x≤1，a+b+c＝100％，75％≤a≤85％，10％≤b≤20％，5％≤c≤10％。

本发明通过向具有钨青铜结构的Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介质陶瓷材料中掺入Mg₂TiO₄和Bi₂O₃，二者形成了良好的配合作用，在保证Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄材料的介电常数不减小的前提下，降低了Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的介电损耗，并使其谐振频率温度系数更加接近于零，进而大大改善了陶瓷的介电性能。

根据本发明，所述微波介质陶瓷的结构式中，x的范围为0-1，例如可以是0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述微波介质陶瓷的结构式中，a的范围为75％-85％，例如可以是75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％或85％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

当所述微波介质陶瓷中Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄的含量过高时，介电损耗较高，当其含量过低时，介电常数会明显下降。

根据本发明，所述微波介质陶瓷的结构式中，b的范围为10％-20％，例如可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

当所述微波介质陶瓷中Mg₂TiO₄的含量过高时，虽然对介电损耗存在有益影响，但会使得介电常数大幅下降，不利于器件的小型化；当其含量过低时，对于介电损耗的调整效果很小，导致损耗较大。

根据本发明，所述微波介质陶瓷的结构式中，c的范围为5％-10％。例如可以是5％、6％、7％、8％、9％或10％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

当所述微波介质陶瓷中Bi₂O₃的含量过高时，会增加介电损耗，当其含量过低时，则会使介电常数过低，同时谐振频率温度系数较大。

作为优选的技术方案，所述微波介质陶瓷的结构式中76％≤a≤82％，12％≤b≤18％，6％≤c≤8％，a+b+c＝100％。

作为进一步优选的技术方案，所述微波介质陶瓷的结构式中a＝80％，b＝13％，c＝7％。在该组分含量下，所得微波介质陶瓷的介电常数为84.3，品质因数为18025GHz，谐振频率温度系数为-5.9ppm/℃，综合性能最佳。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的微波介质陶瓷的制备方法，所述方法为：按配方量，将Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄、Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，球磨后造粒，然后压制成生坯进行煅烧，得到所述微波介质陶瓷。

本发明所述按配方量指按照结构式中各组分的比例进行配料。

根据本发明，所述煅烧的温度为1320-1380℃，例如可以是1320℃、1330℃、1340℃、1350℃、1360℃、1370℃或1380℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述煅烧的时间为3-5h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h或5h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

作为优选的技术方案，所述Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄的制备方法为：将钡源、钐源和钛源混合，球磨后进行煅烧，得到Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄。

根据本发明，所述钡源为碳酸钡、氧化钡或氢氧化钡中的至少一种，例如可以是碳酸钡、氧化钡或氢氧化钡中的任意一种，典型但非限定性的组合为：碳酸钡和氧化钡，碳酸钡和氢氧化钡，氧化钡和氢氧化钡，碳酸钡、氧化钡和氢氧化钡。

根据本发明，所述钐源为氧化钐，所述钛源为二氧化钛。

根据本发明，所述制备Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄过程中煅烧的温度为1120-1180℃，例如可以是1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃或1180℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述制备Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄过程中煅烧的时间为3-5h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h或5h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

作为优选的技术方案，所述Mg₂TiO₄的制备方法为：将镁源和钛源混合，球磨后进行煅烧，得到Mg₂TiO₄。

根据本发明，所述镁源为氧化镁、碳酸镁或氢氧化镁中的至少一种，例如可以是氧化镁、碳酸镁或氢氧化镁中的任意一种，典型但非限定性的组合为：氧化镁和碳酸镁，氧化镁和氢氧化镁，碳酸镁和氢氧化镁，氧化镁、碳酸镁和氢氧化镁。

根据本发明，所述所述钛源为二氧化钛。

根据本发明，所述制备Mg₂TiO₄的过程中煅烧的温度为1160-1200℃，例如可以是1160℃、1165℃、1170℃、1175℃、1180℃、1185℃、1190℃、1195℃或1120℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(2)所述煅烧的时间为3-5h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h或5h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

本发明在所述球磨后、煅烧前对物料进行烘干和筛分，所述操作为本领域的常规操作，本发明对其不进行特殊限定。

作为优选的技术方案，本发明所述微波介质陶瓷的制备方法包括以下步骤：

(1)将碳酸钡、氧化钐和二氧化钛混合，球磨后在1120-1180℃下煅烧3-5h，得到Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄；

(2)将氧化镁和二氧化钛混合，球磨后在1160-1200℃下煅烧3-5h，得到Mg₂TiO₄；

(3)按配方量，将步骤(1)得到的Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄、步骤(2)得到的Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，球磨后造粒，然后压制成生坯在1320-1380℃下煅烧3-5h，得到所述微波介质陶瓷。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明利用Mg₂TiO₄和Bi₂O₃对Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄材料进行掺杂，利用二者的配合作用，在保证材料的介电常数不降低的前提下，降低了陶瓷的介电损耗，并使其谐振频率温度系数更加接近于零，所得微波介质陶瓷的介电常数＞78，Q值(品质因数)达到13000-19500GHz，谐振频率温度系数达到-10～-1.5ppm/℃。

(2)本发明制备的陶瓷体系微波介电性能优异，原料无毒且价格低廉，制备工艺简单，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明在具体实施方式部分利用微波网络分析仪对所得微波介质陶瓷的介电常数、品质因数和谐振频率温度系数进行测试。

实施例1

本实施例制备得到了不同x值的Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄，并测试了其介电常数、品质因数和谐振频率温度系数。

按照以下方法制备结构式为Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄(x＝0，1/6，1/3，1/2，2/3，5/6，1)的微波介质陶瓷：

(1)将BaCO₃、Sm₂O₃和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1150℃下煅烧4h，得到Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄；

(2)将步骤(1)得到的Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制直径10mm，高度为6mm的圆柱体，然后在1340℃下煅烧4h，得到微波介质陶瓷。

所得样品的性能如表1所示：

表1

经过对比发现，当x＝2/3时，所得Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄综合性能最佳，因此选择Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄进行后续实验，即后续实验中确定微波介质陶瓷的结构式为a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃。

实施例2

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝80％，b＝15％，c＝5％。

按照以下方法制备所述微波介质陶瓷：

(1)将BaCO₃、Sm₂O₃和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1150℃下煅烧4h，得到Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄；

(2)将MgO和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1180℃下煅烧4h，得到Mg₂TiO₄；

(3)按配方量将步骤(1)得到的Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄、步骤(2)得到的Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制直径10mm，高度为6mm的圆柱体，然后在1340℃下煅烧4h，得到微波介质陶瓷。

实施例3

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝80％，b＝14％，c＝6％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

实施例4

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝80％，b＝13％，c＝7％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

实施例5

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝80％，b＝12％，c＝8％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

实施例6

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝80％，b＝10％，c＝10％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

实施例7

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝75％，b＝17％，c＝8％。

按照以下方法制备所述微波介质陶瓷：

(1)将BaCO₃、Sm₂O₃和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1120℃下煅烧5h，得到Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄；

(2)将MgO和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1160℃下煅烧5h，得到Mg₂TiO₄；

(3)按配方量将步骤(1)得到的Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄、步骤(2)得到的Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制直径10mm，高度为6mm的圆柱体，然后在1320℃下煅烧5h，得到微波介质陶瓷。

实施例8

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：a(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中a＝85％，b＝10％，c＝5％。

按照以下方法制备所述微波介质陶瓷：

(1)将BaCO₃、Sm₂O₃和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1180℃下煅烧3h，得到Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄；

(2)将MgO和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1200℃下煅烧3h，得到Mg₂TiO₄；

(3)按配方量将步骤(1)得到的Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄、步骤(2)得到的Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制直径10mm，高度为6mm的圆柱体，然后在1380℃下煅烧3h，得到微波介质陶瓷。

对比例1

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：75％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-25％Mg₂TiO₄，即a＝75％，b＝25％，c＝0％。

按照以下方法制备所述微波介质陶瓷：

(1)将BaCO₃、Sm₂O₃和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1150℃下煅烧4h，得到Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄；

(2)将MgO和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1180℃下煅烧4h，得到Mg₂TiO₄；

(3)按配方量将步骤(1)得到的Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄和步骤(2)得到的Mg₂TiO₄混合，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制直径10mm，高度为6mm的圆柱体，然后在1340℃下煅烧4h，得到微波介质陶瓷。

对比例2

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：80％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-20％Mg₂TiO₄，即a＝80％，b＝20％，c＝0％。

对比例3

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：85％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-15％Mg₂TiO₄，即a＝85％，b＝15％，c＝0％。

按照对比例1中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例4

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：90％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-10％Mg₂TiO₄，即a＝90％，b＝10％，c＝0％。

按照对比例1中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例5

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：95％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-5％Bi₂O₃，即a＝95％，b＝0％，c＝5％。

按照以下方法制备所述微波介质陶瓷：

(1)将BaCO₃、Sm₂O₃和TiO₂混合，混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛放入刚玉坩埚中，然后在1150℃下煅烧4h，得到Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄；

(2)按配方量将步骤(1)得到的Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄和Bi₂O₃混合，然后充分球磨，球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的颗粒压制直径10mm，高度为6mm的圆柱体，然后在1340℃下煅烧4h，得到微波介质陶瓷。

对比例6

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：92％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-8％Bi₂O₃，即a＝92％，b＝0％，c＝8％。

按照对比例5中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例7

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：90％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-10％Bi₂O₃，即a＝90％，b＝0％，c＝10％。

按照对比例5中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例8

本对比例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：80％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-20％Bi₂O₃，即a＝80％，b＝0％，c＝20％。

按照对比例5中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例9

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：80％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-18％Mg₂TiO₄-2％Bi₂O₃，即a＝80％，b＝18％，c＝2％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例10

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：75％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-12％Mg₂TiO₄-13％Bi₂O₃，即a＝75％，b＝12％，c＝13％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例11

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：85％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-7％Mg₂TiO₄-8％Bi₂O₃，即a＝85％，b＝7％，c＝8％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例12

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：72％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-23％Mg₂TiO₄-5％Bi₂O₃，即a＝72％，b＝23％，c＝5％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例13

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：70％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-20％Mg₂TiO₄-10％Bi₂O₃，即a＝70％，b＝20％，c＝10％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

对比例14

本实施例提供了一种微波介质陶瓷，所述微波介质陶瓷的结构式为：88％(Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄)-7％Mg₂TiO₄-5％Bi₂O₃，即a＝88％，b＝7％，c＝5％。

按照实施例2中的方法制备所述微波介质陶瓷。

性能测试

测试实施例2-8和对比例1-14中所得微波介质陶瓷的性能，所得结果如表2所示。

表2

由上表可知，实施例2-8中得到的微波介质陶瓷的介电常数＞78，Q值(品质因数)达到13000-19500GHz，谐振频率温度系数达到-10～-1.5ppm/℃，具有优异的介电性能，其中，实施例4制得的微波介质陶瓷的介电常数为84.3，品质因数为18025GHz，谐振频率温度系数为-5.9ppm/℃，综合性能最佳。

由对比例1-4可知，当不添加Bi₂O₃时，微波介质陶瓷虽然有较高的品质因数，但是其介电常数普遍小于75，谐振频率温度系数小于-15ppm/℃，难以满足要求。

由对比例5-8可知，当不添加Mg₂TiO₄时，微波介质陶瓷的介电常数和谐振频率温度系数均较满足要求，但品质因数明显降低，不足10000GHz。

由对比例9和10可知，Bi₂O₃为2％时(含量过低)，微波介质陶瓷的介电常数为76.3，谐振频率温度系数为-17.7ppm/℃；Bi₂O₃为13％时(含量过高)，微波介质陶瓷的品质因数为10201GHz，综合性能不佳。

由对比例11和12可知，Mg₂TiO₄为7％时(含量过低)，微波介质陶瓷的品质因数只有9138GHz；Mg₂TiO₄为23％时(含量过高，相应的Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄含量不足)，微波介质陶瓷的介电常数为61.5，谐振频率温度系数为-10.9ppm/℃，综合性能不佳。

由对比例13和14可知，Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄为70％时(含量过低)，微波介质陶瓷的介电常数为63.7；Ba₄Sm_9.3Ti₁₈O₅₄为88％时(含量过高，相应的Mg₂TiO₄含量不足)，微波介质陶瓷的介电常数为78.8，品质因数为11347GHz，谐振频率温度系数为-11.2ppm/℃，综合性能不佳。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种微波介质陶瓷，其特征在于，所述微波介质陶瓷由Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄、Mg₂TiO₄和Bi₂O₃复合而成，其结构式为：a(Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄)-bMg₂TiO₄-cBi₂O₃，其中0≤x≤1，a+b+c＝100％，75％≤a≤85％，10％≤b≤20％，5％≤c≤10％。

2.如权利要求1所述的微波介质陶瓷，其特征在于，所述微波介质陶瓷的结构式中76％≤a≤82％，12％≤b≤18％，6％≤c≤8％，a+b+c＝100％。

3.如权利要求1或2所述的微波介质陶瓷，其特征在于，所述微波介质陶瓷的结构式中a＝80％，b＝13％，c＝7％。

4.如权利要求1-3任一项所述的微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法为：按配方量，将Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄、Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，球磨后造粒，然后压制成生坯进行煅烧，得到所述微波介质陶瓷。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1320-1380℃；

优选地，所述煅烧的时间为3-5h。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄的制备方法为：将钡源、钐源和钛源混合，球磨后进行煅烧，得到Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钡源为碳酸钡、氧化钡或氢氧化钡中的至少一种；

优选地，所述钐源为氧化钐；

优选地，所述钛源为二氧化钛；

优选地，所述煅烧的温度为1120-1180℃；

优选地，所述煅烧的时间为3-5h。

8.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述Mg₂TiO₄的制备方法为：将镁源和钛源混合，球磨后进行煅烧，得到Mg₂TiO₄。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述镁源为氧化镁、碳酸镁或氢氧化镁中的至少一种；

优选地，所述钛源为二氧化钛；

优选地，所述煅烧的温度为1160-1200℃；

优选地，所述煅烧的时间为3-5h。

10.如权利要求4-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将碳酸钡、氧化钐和二氧化钛混合，球磨后在1120-1180℃下煅烧3-5h，得到Ba_{6- 3x}Sm_8+2xTi₁₈O₅₄；

(2)将氧化镁和二氧化钛混合，球磨后在1160-1200℃下煅烧3-5h，得到Mg₂TiO₄；

(3)按配方量，将步骤(1)得到的Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄、步骤(2)得到的Mg₂TiO₄以及Bi₂O₃混合，球磨后造粒，然后压制成生坯在1320-1380℃下煅烧3-5h，得到所述微波介质陶瓷。