一种氮化物超低介电常数微波介电陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了一种氮化物超低介电常数微波介电陶瓷Li3Ba3La2N5及其制备方法。（1）将纯度为99.9%（重量百分比）以上的Li3N、Ba3N2和LaN的原始粉末按Li3Ba3La2N5的组成称量配料；（2）将步骤（1）原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为无水乙醇，烘干后在1000℃氮气气氛中预烧6小时；（3）在步骤（2）制得的粉末再压制成型，最后在1200~1250℃氮气气氛中烧结8小时。本发明制备的陶瓷在烧结良好，介电常数达到6.9～7.2，其品质因数Qf值高达100000-142000GHz，谐振频率温度系数小，在工业上有着极大的应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及用于制造微波频率使用的陶瓷基板、谐振器与滤波器等微波元器件的介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介电陶瓷是指应用于微波频段（主要是UHF和SHF频段）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片和介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器和军事雷达等方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

应用于微波频段的介电陶瓷，应满足如下介电特性的要求：（1）系列化介电常数ε_r以适应不同频率及不同应用场合的要求;（2）高的品质因数Q值或介质损耗tanδ以降低噪音，一般要求Qf≥3000>ƒ尽可能小以保证器件具有好的热稳定性，一般要求-10>ƒ≤+10>2微波介质滤波器，但其谐振频率温度系数τ_ƒ太大而无法实用化。上世纪70年代以来，开始了大规模的对介质陶瓷材料的开发工作,>r的大小与使用频段的不同，通常可将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为4类。

（1）超低介电常数微波介电陶瓷，主要代表是Al₂O₃-TiO₂、Y₂BaCuO₅、MgAl₂O₄和Mg₂SiO₄等，其ε_r≤20，品质因数Q×f≥50000GHz，τ_ƒ≤10>

（2）低ε_r和高Q值的微波介电陶瓷，主要是BaO-MgO-Ta₂O₅,>2O₅或BaO-MgO-Nb₂O₅,BaO-ZnO-Nb₂O₅系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其ε_r=20～35,>4(在f≥10>ƒ≈0。主要应用于f≥8>

（3）中等ε_r和Q值的微波介电陶瓷，主要是以BaTi₄O₉、Ba₂Ti₉O₂₀和（Zr、Sn）TiO₄等为基的MWDC材料,其ε_r＝35~45，Q=（6～9）×10³（在f=3～－4GHz下），τ_ƒ≤5>

（4）高ε_r而Q值较低的微波介电陶瓷，主要用于0.8～4GHz>2O₃—TiO₂系列(Ln=La、>2O—Ln₂O₃—TiO₂系列、铅基系列材料、Ca_1-xLn_2x/3TiO₃系等高ε_r微波介电陶瓷，其中BLT体系的BaO—Nd₂O₃—TiO₂材料介电常数达到90，铅基系列>3介电常数达到105。

由于微波介电陶瓷的三个性能指标（ε_r与Q·f>ƒ）之间是相互制约的关系（见文献：微波介质陶瓷材料介电性能间的制约关系，朱建华，梁>

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的热稳定性与低损耗的超低介电常数微波介电陶瓷材料及其制备方法。

本发明的微波介电陶瓷材料的化学组成为Li₃Ba₃La₂N₅。

本微波介电陶瓷材料的制备方法步骤为：

（1）将纯度为99.9%（重量百分比）以上的Li₃N、Ba₃N₂和LaN的原始粉末按Li₃Ba₃La₂N₅的组成称量配料。

（2）将步骤（1）原料湿式球磨混合12小时，球磨介质为无水乙醇，烘干后在1000℃氮气气氛中预烧6小时。

（3）在步骤（2）制得的粉末再压制成型，最后在1200~1250℃氮气气氛中烧结8小时。

本发明的优点：Li₃Ba₃La₂N₅陶瓷介电常数达到6.9～7.2，其谐振频率的温度系数τ_ƒ小，温度稳定性好；品质因数Qf值高达100000-142000GHz，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，可满足低温共烧技术及微波多层器件的技术需要，在工业上有着极大的应用价值。

具体实施方式

实施例：

表1示出了构成本发明的不同烧结温度的3个具体实施例及其微波介电性能。其制备方法如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价。

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，可满足移动通信和卫星通信等系统的技术需要。

表1：