高介电常数微波介质陶瓷 技术领域
本发明涉及通讯系统中的介质谐振器、滤波器及振荡器等微波元器件的微波介质陶瓷。
背景技术
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(-15ppm/℃＜τf＜15ppm/℃，对于介电常数较低的材料系列，要求-10ppm/℃＜τf＜10ppm/℃)。同时，为满足高频化的需要而要求有尽量高的Q值与高介电常数ε的协调。
另一方面，虽然目前已开发出BaO-Nd2O3-TiO2与BaO-Sm203-TiO2系列及两者的固溶体等高介电常数微波介质陶瓷，但其介电常数一般在80～95之间。因此，如何实现进一步的高介电常数化乃是该领域的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种介电常数为80～110、同时具有低损耗(Qf＞5000GHz)与可调的温度系数地高介电常数微波介质陶瓷。
本发明的高介电常数微波介质陶瓷是以BaO、La2O3、Sm2O3、Bi2O3及TiO2组成的表达式为mBaO.n[(1-y-z)La2O3.ySm2O3.zBi2O3].pTiO2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 13.8摩尔％≤m≤18.0摩尔％，
La2O3的含量为n(1-y-z)
Sm2O3的含量为ny
Bi2O3的含量为nz
16.0摩尔％≤n≤18.0摩尔％， 0.1≤y≤0.9，0＜z≤0.25
TiO2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％，y＝0.30，z＝0.25。
发明的高介电常数微波介质陶瓷可按下述方式制备而成。
首先，将纯度为99％以上的BaCO3、La2O3、Sm2O3、Bi2O3以及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。
本发明提供的高介电常数微波介质陶瓷，介电常数为80～110、同时具有低损耗(Qf＞5000GHz)与可调的温度系数。该微波介质陶瓷可使介质谐振器与滤波器等微波元器件适应进一步小型化的要求，同时，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。
具体实施方式
实施例中材料的微波介电性能与组成的关系如表1所示。
用粉末X线衍射法对烧结后的陶瓷试样进行物相分析，而用圆柱介质谐振器法在3GHz进行微波介电性能的评价。
表1 m(mol％) n (mol％) p (mol％) y z ε Qf (GHz) τf(ppm/℃) 17.6 16.2 66.2 0.1 0.05 102 5000 14 16.7 16.7 66.6 0.3 0.05 95 6800 13 16.7 16.7 66.6 0.5 0.05 90 7000 11 16.7 16.7 66.6 0.7 0.05 85 8100 7 16.7 16.7 66.6 0.9 0.05 80 8600 -3 16.7 16.7 66.6 0.3 0.10 98 6300 11 16.7 16.7 66.6 0.3 0.20 105 5800 9 16.7 16.7 66.6 0.3 0.25 110 5600 5 15.7 17.7 66.6 0.3 0.05 85 6600 11 14.5 18.0 67.5 0.3 0.05 82 6800 9
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La2O3、Sm2O3、Bi2O3含量(n)和TiO2含量(p)的减少，介电常数趋于增加、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。
在本实施例的所有成分中，m＝16.7摩尔％，n＝16.7摩尔％，p＝66.6摩尔％，y＝0.30，z＝0.25的成分点具有最佳的微波介电性能：ε＝110，Qf＝5600GHz，τf＝+5ppm/℃。