TE模通信用陶瓷介质谐振器的制备工艺的制作方法

本发明涉及TE模通信用陶瓷介质谐振器的制备工艺；该谐振器应用于L波段卫星通信与移动通信系统中介质谐振器、滤波器以及振荡器和GPS全球定位系统等微波元器件中。

背景技术：

目前，随着我国航天科技、卫星通讯的快速发展，届时将形成多波段的固定广播通信卫星、专用广播卫星、直播卫星、移动广播卫星、移动通信卫星和专用GPS全球定位，安全导航卫星。以及以IP 业务为主的数据业务对传输带宽需求的进一步增长，更长波长的L波段的开发和应用越来越成为人们关注的重点。同时也带动了对相应的微波谐振器、滤波器、振荡器、微波电容器等相关微波元器件的需求。卫星通讯广播通常应用的频率为S、L、C、Ku波段，对于应用于L波段的微波介质陶瓷要求具有高的介电常数（65～85）、高品质因数稳定的谐振频率温度特性和体积小，价格便宜等。

ZrTiO₄，ZrTiO₆及ZnNb₂O₆材料是一种性能优异的钛酸盐、铌酸盐微波陶瓷，通过掺杂及其它手段可以获得具有合适的且可调的介电常数，高品质因数和良好稳定的谐振频率温度特性。在现有技术中ZrTiO₄，ZrTiO₆及ZnNb₂O₆一般采用煅烧二步工艺制备，煅烧工序所需温度高，能耗大，制造成本高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种TE模通信用陶瓷介质谐振器的制备工艺，其具有低的烧结温度、高介电常数、高品质因数和稳定的谐振频率温度特性。其应用于L波段介质谐振器、滤波器、振荡器、GPS全球定位，安全导航系统中，可以使体积小价格便宜。

本发明所要解决的技术方案如下：一种TE模通信用陶瓷介质谐振器的制备工艺，制造原料中含有：二氧化钛（TiO₂），二氧化锆（ZrO₂），氧化锌（ZnO）和五氧化二铌（Nb₂O₅）以及微量掺杂添加物组分；其特征是:所述微量掺杂添加物组分是氧化锰（MnO）与氧化铜（CuO）组分，各组分的含量的重量百分比为：

二氧化钛 30%～40%；二氧化锆 14%～22%；

氧化锌 4%～10%；五氧化二铌 38%～45%；

氧化锰 0.2%～0.45 %；

氧化铜 0.05%～0.3 %；

将上述组分经过配料、混合球磨、粉碎、造粒、成型、装钵、排胶和烧结的固相反应工序烧制成微波介质陶瓷；

其制造工艺是：

①先将粉末状的二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、五氧化二铌以及微量掺杂添加物按组分要求配料，放入球磨机的料筒中搅拌球磨6-8小时；

②将搅拌球磨的料浆干燥造粒：加入粉体重量的10%PVA水溶液，搅拌均匀后进行喷雾造粒；

③干压成型，压制成型的成型压力700-1600MPa，并且装钵；

④在1230-1270℃下保温3～6小时，排胶，烧结一次完成即制得TE模通信用陶瓷介质谐振器；

⑤最后进行陶瓷性能的检测。

本发明采用氧化物与添加剂混合固相反应法制备的ZrTiO₄，ZrTiO₆及ZnNb₂O₆的微晶体，并添加微量掺杂添加物制得的晶粒细小均匀、气孔率低和性能优良的微波介质陶瓷。在各添加剂的添加范围内都可以获得很好的微波特性。且国内原料成本低，可进一步加强和国外微波陶瓷的竞争力，加速国产微波陶瓷的大量应用。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明的配方组成不含有铅、铬、汞等重金属成分，即本发明提供的是一种环保微波介质陶瓷。符合绿色环保的无污染要求。且符合欧共体最新出台的无铅标准和废旧电器回收标注的RHOS和WEEE的严格标准要求。可以在高频领域产品中应用；能够将产品进行出口到世界的任何国家；

2)由传统的煅烧二步工艺优化成一步法工艺（省去煅烧工序）大大降低制造成本，工艺简单，易于工业自动化生产，且材料性能稳定；

3)由传统的烧结工艺1300-1500℃，降到1270℃以下，烧结温度的进一步降低，更具有节能的更大优势；

4）性能上有较大提升：传统技术配方在L波段的介电常数65-80，Q值只有1000-1500，谐振频率温度系数大于±20PPm以上，本发明的材料配方在L波段的介电常数45-110，Q值高达22000以上，谐振频率温度系数小于±3PPm以内；

5）本发明可作为L波段用环保微波用通信谐振器、滤波器和振荡器等电子元器件的关键核心材料使用，而广泛应用于移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）、蓝牙技术以及无线局域网（WLA）等现代通信行业，具有重要工业应用价值。

附图说明

图1为温度与谐振频率关系特性趋势图。

图2为谐振频率与品质因数图。

图3为品质因数Q值与烧结温度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图用具体实施方式详细描述本发明：

L波段用TE模通信用陶瓷介质谐振器的制备工艺，制造原料中含有成分：二氧化钛（TiO₂），二氧化锆（ZrO₂），氧化锌（ZnO）和五氧化二铌（Nb₂O₅）以及微量掺杂添加物组分；其特征是:所述微量添加物中还含有MnO和CuO组分。根据该主成分和微量添加物的配比以及制造方法，表1给出各实施例的数据，表2给出各实施例的性能。

表1：

表2：TE模各规格谐振器的主要性能

图1～3总结出配方和性能的变化趋势，可以方便调整配方，获得所需要性能的微波介质陶瓷。

图1中的温度与谐振频率偏移关系特性趋势图表示谐振频率在-40℃～+90℃间变化，谐振频率为1.8GHZ的介质频率偏在0.5MHZ以内（Tf= 3ppm/℃）,频率稳定特性很好。上面的Tf表示谐振频率温度系数：、；△f表示谐振频偏；T表示温度。

图2中的谐振频率的品质因数Q值，随频率的升高，Q值会下降，到频率10GHZ后，Q值降到1000以下，随着频率的继续升高，Q值会急剧下降，说明此配方介质陶瓷可以用到谐振频率10GHZ以下的谐振电路中是比较合适。

图3中的品质因数Q值与烧结温度的关系曲线图说明最佳的烧结温度在1260℃左右，且又有较宽的烧结温度范围。且该介质陶瓷适合低温烧结，烧结温度不宜太高。