本發(fā)明屬于微波介質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高可靠AG特性微波介質(zhì)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是應(yīng)用于微波頻段(300MHz～300GHz)電路中完成對電磁波的傳輸、反射、吸收，從而達(dá)到對微波的調(diào)制作用的微波電介質(zhì)材料，是近二三十年來發(fā)展起來的一種新型功能陶瓷材料。微波介質(zhì)材料可用于制造射頻微波MLCC，廣泛應(yīng)用于微波功率放大器、混頻器、振蕩器、低噪聲放大器、濾波網(wǎng)絡(luò)、計時電路、延時線、天線調(diào)諧、磁共振成像儀，發(fā)射機(jī)等線路中，起阻抗匹配、調(diào)諧、耦合、隔直、濾波、旁路等作用。
隨著現(xiàn)代通信和雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，微波通訊己成為現(xiàn)代通信技術(shù)的重要組成部分。與普通無線電波相比，微波具有頻率高、波長短、抗干擾能力強(qiáng)、能穿透電離層等特點(diǎn)，適合作大容量、高質(zhì)量、遠(yuǎn)距離通信的信號載體。另一方面，由于微波通信采用的是無線通信方式，無需鋪設(shè)線路、資金投入少、建設(shè)周期短、受自然環(huán)境和地形條件的影響小、抗災(zāi)害性能強(qiáng)，與其它通信方式相比具有明顯的優(yōu)越性。近年來，便攜式移動電話、車載電話、衛(wèi)星直播電視、3G/4G通信系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和軍用制導(dǎo)系統(tǒng)等微波通信系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，小型化、頻率高端化、集成化、高質(zhì)量化和低成本化已成為微波技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
微波介質(zhì)材料雖在不斷發(fā)展之中，但是高可靠AG特性的微波介質(zhì)材料仍然是無相關(guān)的工業(yè)化應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種高可靠AG特性微波介質(zhì)材料及其制備方法。
一種高可靠AG特性微波介質(zhì)材料，其配方由主成分、改性添加劑和燒結(jié)助劑組成，其中，
所述主成分為Mg2(SixTi1-x)O4，0.1≤x≤0.4；
所述改性添加劑為MnO、Al2O3、CoO、CeO2、Nb2O5中的一種或幾種；
所述燒結(jié)助劑為B2O3、SiO2、ZnO、Li2CO3、Bi2O3中的一種或幾種。
優(yōu)選地，其配方以摩爾百分量計，含有：
主成分Mg2(SixTi1-x)O4 76～85mol％；
改性添加劑：MnO 0.1～0.5mol％、Al2O3 12～18mol％、CoO 0.1～0.5mol％，CeO20～0.5mol％、Nb2O5 0～2mol％；
燒結(jié)助劑共1～4mol％。
一種高可靠AG特性微波介質(zhì)材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)主成分Mg2(SixTi1-x)O4的制備：將MgO的前身物、TiO2的前身物、SiO2的前身物按比例混合，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨，球磨時間5～8小時，在100～120℃烘干，過40目篩后，在1050℃～1220℃溫度下煅燒2.5～5小時后獲得；其中所述MgO的前身物為MgO、Mg(OH)2、MgCO3中的一種或幾種；TiO2的前身物為TiO2、Ti(OH)4中的一種或兩種；Si的前身物為SiO2、Si(OH)4、Si(CO3)2中的一種或幾種；
(2)將上述步驟(1)制備的主成分與燒結(jié)助劑和改性添加劑按比例混合，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨，球磨時間3～6小時，在120℃烘干，過100目篩后獲得。
所述燒結(jié)助劑經(jīng)預(yù)處理：將幾種原料按比例混合，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨，球磨時間為3～6小時，在60～80℃烘干，過100目篩后，在500～800℃煅燒2.5～5小時后獲得。
一種高可靠AG特性微波介質(zhì)材料制備微波介質(zhì)陶瓷材料的方法，包括以下步驟：
將微波介質(zhì)材料造粒，在4～6MPa壓力下制成坯體；將坯體排膠，排膠溫度為500℃，升溫速率為2℃/min，保溫1小時；再以3～8℃/min升溫至1300±30℃對排膠后的坯體進(jìn)行燒結(jié)，保溫2～5小時，隨爐自然冷卻至室溫。
一種高可靠AG特性微波介質(zhì)材料制備MLCC的方法，包括瓷漿制備、制作介質(zhì)膜片、交替疊印內(nèi)電極和介質(zhì)層、坯塊干燥、層壓、切割、排膠、燒結(jié)、倒角、封端、燒端工序；其特征在于，
所述排膠的溫度為280～400℃；
所述燒結(jié)的溫度為1300±30℃，燒結(jié)時間為2.5～5小時；
所述燒端的溫度為750～850℃。
本發(fā)明的有益效果為：
采用本發(fā)明的微波介質(zhì)材料制備微波介質(zhì)陶瓷材料，能夠在較高溫度(1300±30℃)下燒結(jié)，瓷體具備材料均一、粒度分布均勻、分散性好、致密、無雜質(zhì)和少缺陷，成型性工藝好，相對介電常數(shù)在10～20系列變化，室溫?fù)p耗＜4×10-4，絕緣電阻>1012Ω，在-55～125℃范圍內(nèi)電容溫度系數(shù)為100±30ppm/℃，容量溫度特性穩(wěn)定，品質(zhì)因數(shù)Q·f很高。該微波介質(zhì)材料不含鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、鉻Cr等有毒元素，符合環(huán)保要求。
本發(fā)明的微波介質(zhì)材料可應(yīng)用于微波陶瓷電容器、GPS天線、介質(zhì)濾波器、諧振器等微波元器件的制造，廣泛應(yīng)用于幾個至幾十GHz微波區(qū)域，微波元器件在高功率條件下發(fā)熱低，可長時間使用。
尤其與鈀電極匹配制備的微波電容器FSR(串聯(lián)諧振頻率)高，ESR(等效串聯(lián)電阻)低，Q值高，擊穿電壓高，且瓷體致密，適用于高溫高濕的惡劣環(huán)境。其用鈀電極做內(nèi)電極，避免了銀離子遷移引起的介電性能惡化，從而提高了電容器的可靠性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
主成分Mg2(Si0.3Ti0.7)O4的制備方法：將純度均為99.0％以上的Mg(OH)20.2mol、TiO2 0.07mol和SiO2 0.03mol混合，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨均勻，球磨時間7小時，在120℃烘6小時至干燥，過40目篩后，在1180±30℃煅燒混合物2.5h，即得主成分Mg2(Si0.3Ti0.7)O4。
燒結(jié)助劑的制備方法：按質(zhì)量比例為1:0.08:4:0.05稱取原料B2O3、SiO2、ZnO、Li2CO3混合，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨，球磨時間為5小時，在80℃烘10小時至干燥，過100目篩后，在650℃煅燒4小時后獲得。
高可靠AG特性微波介質(zhì)材料的制備方法：配方如表1所示，按設(shè)計比例在主成分中添加燒結(jié)助劑和改性添加劑，加入氧化鋯球進(jìn)行球磨，球磨時間為5小時，在120℃烘6小時至干燥，過100目篩后獲得。
微波介質(zhì)陶瓷材料的制備：將微波介質(zhì)材料加入6.5wt％的PVA(聚乙烯醇)水溶液粘合造粒；分別在4MPa、6MPa壓力下壓制成圓片和圓柱坯體，將坯體排膠，排膠溫度為500℃，升溫速率為2℃/min，保溫1小時，去除粘合劑；將排膠后的坯體在1300±30℃下燒結(jié)，保溫2～5小時，隨爐自然冷卻降至室溫，制得微波介質(zhì)陶瓷材料。
將燒制完的圓片兩表面涂覆銀漿、燒制銀電極，制成電容器后測試其室溫電學(xué)性能，結(jié)果見表2：相對介電常數(shù)13±3，損耗＜4×10-4，絕緣電阻>1012Ω，在-55～125℃范圍內(nèi)電容溫度系數(shù)為90～110ppm/℃。
所述圓柱樣品的直徑為8.5mm，厚度為5mm，圓柱樣品的Q·f值為25000～94800。
表1高可靠AG特性微波介質(zhì)材料配方(mol％)
表2微波介質(zhì)陶瓷材料的性能
選擇配方9，按瓷料生產(chǎn)工藝流程制備一批瓷料，然后按MLCC的制作流程加入有機(jī)粘合劑和乙醇等溶劑，從而形成漿料，把漿料流延制作成薄膜片，在膜片上印刷鈀內(nèi)電極，交替層疊所需層數(shù)，形成生坯電容器芯片，然后在280～400℃溫度熱處理生坯電容器芯片，以排除有機(jī)粘合劑和溶劑，在1300±30℃燒結(jié)2.5～5小時，然后經(jīng)表面拋光處理，再在電容器芯片的兩端封上一對外部銀電極，使外部電極與內(nèi)部電極連接，在750～850℃溫度范圍內(nèi)熱處理外電極，再經(jīng)電鍍處理等工藝，即可得到多層片式陶瓷電容器。
獲得的MLCC滿足AG特性要求(在-55～125℃范圍內(nèi)，電容溫度系數(shù)變化為100±30ppm/℃)，室溫?fù)p耗≤1×10-4、ESR(1050MHz測試)可低至46mΩ，按照國軍標(biāo)GJB 192A-1998鑒定電容器合格可用。
表3兩種規(guī)格微波MLCC的性能