CN1349952A - 微波介质陶瓷 - Google Patents
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Abstract
本发明的微波介质陶瓷是以BaO、Nd2O3Sm2O3、Bi2O3及TiO2组合而成的结构为Ba6－3x(Nd1－y－zSmyBiz)8+2xTi18O54的固溶体,各成分的含量分别是:设BaO的含量为m,Nd2O3的含量为n(1－y－z),Sm2O3的含量为ny,Bi2O3的含量为nz,TiO2的含量为p,其中14.0摩尔%≤m≤17.6摩尔%，16.0摩尔%≤n≤18.0摩尔%,66.0摩尔%≤p≤68.0摩尔%，m+n+p=100%摩尔,0.4≤x≤0.75,0.05≤y≤0.7,0.05≤z≤0.2。它介电常数可高达87～106,具有低损耗与较小的谐振频率温度系数。
Description
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。
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。
对于微波介质陶瓷，首先要求其有低的介电损耗(高Q值，Q＞3000在应用频率)与接近于零的谐振频率温度系数(-20ppm/℃＜τf＜20ppm/℃，对于介电常数较低的材料系列，要求-10ppm/℃＜τf＜10ppm/℃)，同时，为满足器件小型化的需要而要求有尽量高的介电常数ε。
目前虽然已开发出一系列微波介质陶瓷，但高介电常数类材料(ε＞80)为数较少，而且即使是介电常数最高的BaO-Nd2O3-TiO2系列，其介电常数最高也只能达到90前后。一般来说，介电常数大的材料其介电损耗与温度系数也较大。因此，100的介电常数曾被认为是微波介质陶瓷难以逾越的一道门槛。这就大大地限制了微波器件进一步的小型化与应用范围的扩大。
本发明的目的是提供一种具有低损耗与良好的温度稳定性，同时具有高介电常数的微波介质陶瓷。
本发明的微波介质陶瓷是以BaO、Nd2O3、Sm2O3、Bi2O3及TiO2组合而成的表达式为mBaO.n[(l-y-z)Nd2O3.ySm2O3.zBi2O3].pTiO2，最终结构为Ba6-3x(Ndl-y-zSmyBiz)8+2xTi18O54的固溶体微波介质陶瓷，各成分的含量分别是：设BaO的含量为m 14.0摩尔％≤m≤17.6摩尔％Nd2O3的含量为n(l-y-z)Sm2O3的含量为nyBi2O3的含量为nz
16.0摩尔％≤n≤18.0摩尔％
0.4≤x≤0.75，0.05≤y≤0.7，0.05≤z≤0.2TiO2的含量为p 66.0摩尔％≤p≤68.0摩尔％m+n+p＝100％摩尔
各成分的优选含量为：m＝16.7摩尔％，n＝16.7摩尔，p＝66.6摩尔％，x＝0.5，y＝0.15，z＝0.18。
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BaCO3、Nd2O3、Sm2O3、Bi2O3及TiO2按一定的比例用湿式球磨法混合24小时(溶剂为蒸馏水)，烘干后在1000-1150℃、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1300～1360℃、大气气氛中烧结3小时以制备所需的微波介质陶瓷。
用粉末X线衍射法对烧结后的陶瓷试样进行了物相分析，证实其晶体结构为Ba6-3x(Ndl-y-zSmyBiz)8+2xTi18O54固溶体，而用圆柱介质谐振器法在3GHz进行了微波介电性能的评价。
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常数。
从表1可知，在本发明的陶瓷体系中，随着BaO含量(m)的增加与Nd2O3、Sm2O3和Bi2O3含量(n)及TiO2含量(p)的减少，介电常数ε趋于增加、而Qf值(Q为品质因数即介电损耗的倒数，f为谐振频率)趋于减小、同时谐振频率温度系数τf趋于增大。
本发明提供的微波介质陶瓷，其介电常数高达87～106，且同时具有低损耗与较小的谐振频率温度系数，特别是突破了微波介质陶瓷的介电常数一般小于100的“门槛”。而利用本发明提供的微波介质陶瓷，可使介质谐振器与滤波器等微波元器件的进一步的小型化成为可能。同时，本发明提供的陶瓷亦可应用于高频陶瓷电容器或温度补偿陶瓷电容器等。因此，本发明在工业上有着极大的价值。
表1
| m(mol％) | n(mol％) | p(mol％) | x | y | z | ε | Qf(GHz) | τf(ppm/℃) |
| 19.1 | 15.5 | 65.4 | 0.25 | 0.12 | 0.18 | 125 | 2500 | 40 |
| 17.6 | 16.2 | 66.2 | 0.4 | 0.12 | 0.18 | 106 | 5200 | +18 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.05 | 0.18 | 100 | 5600 | +13 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.12 | 0.18 | 105 | 6000 | +5 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.15 | 0.18 | 106 | 5800 | +3 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.60 | 0.18 | 87 | 7000 | -3 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.20 | 0.15 | 99 | 5860 | +20 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.41 | 0.15 | 99 | 5980 | +3 |
| 16.7 | 16.7 | 66.6 | 0.5 | 0.60 | 0.15 | 96 | 6200 | -8 |
| 15.0 | 17.5 | 67.5 | 0.67 | 0.12 | 0.18 | 102 | 7500 | -2 |
| 14.2 | 17.9 | 67.9 | 0.75 | 0.12 | 0.18 | 99 | 7600 | -4 |
| 13.6 | 18.2 | 68.2 | 0.8 | 0.12 | 0.18 | 85 | 4800 | -18 |
Claims (2)
1.微波介质陶瓷，其特征在于它是以BaO、Nd2O3、Sm2O3、Bi2O3及TiO2组合而成的表达式为mBaO.n[(l-y-z)Nd2O3.ySm2O3.zBi2O3].pTiO2，最终结构为Ba6-3x(Ndl-y-zSmyBiz)8+2xTi18O54的固溶体微波介质陶瓷，各成分的含量分别是：设BaO的含量为m 14.0摩尔％≤m≤17.6摩尔％Nd2O3的含量为n(l-y-z)Sm2O3的含量为nyBi2O3的含量为nz
16.0摩尔％≤n≤18.0摩尔％
0.4≤x≤0.75，0.05≤y≤0.7，0.05≤z≤0.2TiO2的含量为p 66.0摩尔％≤p≤68.0摩尔％m+n+p＝100％摩尔。
2.按权利要求1所述的微波介质陶瓷，其特征是各成分的含量为：m＝16.7摩尔％，n＝16.7摩尔，p＝66.6摩尔％，x＝0.5，y＝0.15，z＝0.18。
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