一种5G介质滤波器用陶瓷材料及其制备方法技术

技术编号：40591669 阅读：3 留言：0更新日期：2024-03-12 21:52

本发明专利技术涉及一种5G介质滤波器用陶瓷材料及其制备方法。所述5G介质滤波器用陶瓷材料的化学组成为xCBZS玻璃‑(1‑x)Mg<subgt;0.95</subgt;Ca<subgt;0.05</subgt;Ti<subgt;0.95</subgt;(Zn<subgt;1/3</subgt;Nb<subgt;2/3</subgt;)<subgt;0.05</subgt;O<subgt;3</subgt;，其中wt%≤x≤wt%；所述CBZS玻璃的组成包括：40～60 mol%的CaO、10～25 mol%的B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、25～45 mol%的ZnO、10～20 mol%的SiO<subgt;2</subgt;。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于5g基站滤波器用陶瓷材料及其制备方法，具体涉及一种5g介质滤波器用陶瓷材料及其制备方法，属于电子通讯功能材料领域。

技术介绍

1、第五代移动通信技术(英语：5th generation mobile networks或5thgeneration wireless systems、5th-generation，简称5g或5g技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，也是即4g(lte-a、wimax)、3g(umts、lte)和2g(gsm)系统之后的延伸。5g的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。射频信号在产生、转换、传输的每一个环节都有可能因为环境的干扰产生畸变，以至于信号所携带的信息存在噪声。为了消除噪声，保证射频的稳定性，通信系统中需使用滤波器去除噪声干扰，以保证通信正确而有效的进行。滤波器，是可以使信号中特定频率成分通过，并极大地衰减其他频率成分的电子元器件。

2、由于介质滤波器具有体积小、q值大、插损低、稳定性好、承受功率高的特点。为满足阵列天线的要求，5g滤波器的尺寸要求在55×30×10mm以下，介质滤波器有望在5g时代成为市场主流方案。此外，由于介质滤波器以陶瓷粉体为原材料，将使得介质滤波器的成本与售价相比传统腔体滤波器更低。

3、滤波器要求微波介质材料有近零的谐振频率温度系数τf，合适的介电常数εr、尽可能高的品质因数q×f值(≥50000ghz)、能够在较低温度烧结致密且要与银电极匹配性好。目前，介质滤波器用陶瓷材料的烧结温

技术实现思路

1、为此，本专利技术提供了一种5g介质滤波器用陶瓷材料及其制备方法。具体地，本专利技术通过将低熔点的微晶玻璃与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷复合，使得到的复合材料满足1200℃以下烧结的同时，具有介电常数可调且高q值的5g介质滤波器用陶瓷材料，q值越高，则滤波器的带内插损和带外抑制越好，性能越稳定，可靠性越好。

2、一方面，本专利技术提供了一种5g介质滤波器用陶瓷材料，所述5g介质滤波器用陶瓷材料的化学组成为xcbzs玻璃-(1-x)mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3，其中1.0wt％≤x≤30wt％；

3、所述cbzs玻璃的组成包括：40～60mol％的cao、10～25mol％的b2o3、25～45mol％的zno、10～20mol％的sio2。

4、较佳的，1.0wt％≤x≤30wt％，15.0wt％≤x≤20wt％。在此范围内，烧结温度于1200℃时密度已经最大，气孔率最小，qf值最高，数据详见表一。

5、较佳地，cbzs玻璃中b2o3的摩尔百分含量不为零，zno的摩尔百分含量不为零，sio2的摩尔百分含量不为零。

6、较佳的，通过调整复合材料中微晶玻璃与陶瓷相的百分质量比，可调节微波陶瓷材料的微波介电性能：所述5g介质滤波器用陶瓷材料的介电常数范围17.2～21.0，品质因数q×f为85000～100000，理想谐振频率温度系数为0.4～10.5ppm/℃。

7、另一方面，本专利技术提供了一种5g介质滤波器用陶瓷材料的制备方法，包括：

8、(1)制备cbzs玻璃粉；

9、(2)制备mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3陶瓷粉；

10、(3)将cbzs玻璃粉和mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3陶瓷粉按照5g介质滤波器用陶瓷材料的化学组成xcbzs-(1-x)mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3称量并混合，经烘干后再加入粘结剂进行造粒，得到造粒粉体；

11、(4)将造粒粉体压制成型，得到坯体；

12、(5)将坯体经过排胶后、在1100～1300℃烧结3～6小时，得到所述5g介质滤波器用陶瓷材料。

13、本专利技术中，通过将低熔点的微晶玻璃与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷复合，具体而言按质量比将制备得到的玻璃粉和陶瓷粉混合、烘干、造粒、压制成型，在1100～1300℃烧结制成5g介质滤波器用陶瓷材料。本专利技术所需要的cbzs玻璃粉可通过传统的玻璃融制法得到，mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3陶瓷粉可通过固相反应法得到。由于cbzs玻璃具有低的tg(720～850℃)，可确保复合材料在1300℃以下烧结致密，zn离子半径和mg离子半径接近，过量的zn可以固溶替换mg离子，降低烧结温度，而其析晶相为zn2sio4，介电常数6.5，casio3，介电常数5，ca2b2o4，介电常数7，根据析出量的多少可以系统降低材料的介电常数，另外ca和微量过剩的tio2反应生成catio3，εr＝170,q×f＝3000ghz和τf＝860ppm/℃，根据复合材料的微波介电性能混合法则可使所得复合材料的介电常数可调且大于17，同时catio3的正温度系数可以调节整个系统的温度系数向零靠近。

14、本专利技术中，通过调节微晶玻璃与陶瓷相可调节5g介质滤波器用陶瓷材料的微波介电性能：最佳介电常数为17.2～21.0，品质因数q×f为45000～100000，优选为85000～100000ghz，谐振频率温度系数为±50ppm/℃，优选为0.4～10.5ppm/℃，且制备工序少，无排放污染物，可用于5g介质滤波器的制造，是一种非常具有潜在应用价值的5g介质滤波器用陶瓷材料。

15、较佳的，步骤(1)中，所述cbzs玻璃粉的制备方法包括：

16、先按照(40～60)：(10～25)：(25～45)：(10～20)的摩尔比将ca源、b源、zn源、si源混合得到原料混合物a；再将原料混合物a熔制后淬冷，得到玻璃碎片；最后将玻璃碎片经研磨、干燥和过筛，得到所述cbzs玻璃粉。

17、又，较佳的，所述ca源为纯度大于99.5％的caco3，所述b源为纯度大于99.5％的h3bo3，所述zn源为纯度大于99.5％的zno、所述si源为纯度大于99.5％的sio2。

18、又，较佳的，所述熔制的温度为1100～1300℃，时间为1～2小时。

19、较佳的，步骤(2)中，所述mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3陶瓷粉的制备方法包括：先按mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3化学式将mg源、ti源、ca源、zn源、nb源混合，得到原料混合物b；再将原料混合物b干燥、过筛，得到前驱体粉料；最后将前驱体粉料于1100～1300℃预烧2～8小时，得到所述mg0.95ca0.05ti本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种5G介质滤波器用陶瓷材料，其特征在于，所述5G介质滤波器用陶瓷材料的化学组成为xCBZS玻璃-(1-x) Mg0.95Ca0.05Ti0.95(Zn1/3Nb2/3)0.05O3，其中wt%≤x≤wt%；

2.根据权利要求1所述的5G介质滤波器用陶瓷材料，其特征在于，1.0 wt%≤x≤30wt%，优选为15%~20%。

3.根据权利要求1或2所述的5G介质滤波器用陶瓷材料，其特征在于，所述5G介质滤波器用陶瓷材料的介电常数范围17.2～21.0，最优品质因数Q×f为45000～100000，优选为85000～100000；

4.一种权利要求1-3中任一项所述的5G介质滤波器用陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述CBZS玻璃粉的制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Ca源为纯度大于99.5％的CaCO3，所述B源为纯度大于99.5％的H3BO3，所述Zn源为纯度大于99.5％的ZnO、所述Si源为纯度大于99.5％的SiO2；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述Mg0.95Ca0.05Ti0.95(Zn1/3Nb2/3)0.05O3陶瓷粉的制备方法包括：先按Mg0.95Ca0.05Ti0.95(Zn1/3Nb2/3)0.05O3化学式将Mg源、Ti源、Ca源、Zn源、Nb源混合，得到原料混合物B；再将原料混合物B干燥、过筛，得到前驱体粉料；最后将前驱体粉料于1100～1300 ℃预烧2～8小时，得到所述Mg0.95Ca0.05Ti0.95(Zn1/3Nb2/3)0.05O3陶瓷粉。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述Mg源为纯度大于99.5％的MgO；所述Ti源为纯度大于99.5％的TiO2；所述Ca源为纯度大于99.5％的CaO；所述Zn源为纯度大于99.5％的ZnO；所述Nb源为纯度大于99.9％的Nb2O5。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述粘结剂为重量百分比为8～10 %的聚乙烯醇缩丁醛溶液、重量百分比为8～10 %的聚乙烯醇溶液中的至少一种；所述粘结剂：CBZS玻璃粉和Mg0.95Ca0.05Ti0.95(Zn1/3Nb2/3)0.05O3陶瓷粉总质量为10mL：1g。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述排胶的温度为400～600 ℃，时间为1～4小时。

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【技术特征摘要】

1.一种5g介质滤波器用陶瓷材料，其特征在于，所述5g介质滤波器用陶瓷材料的化学组成为xcbzs玻璃-(1-x) mg0.95ca0.05ti0.95(zn1/3nb2/3)0.05o3，其中wt%≤x≤wt%；

2.根据权利要求1所述的5g介质滤波器用陶瓷材料，其特征在于，1.0 wt%≤x≤30wt%，优选为15%~20%。

3.根据权利要求1或2所述的5g介质滤波器用陶瓷材料，其特征在于，所述5g介质滤波器用陶瓷材料的介电常数范围17.2～21.0，最优品质因数q×f为45000～100000，优选为85000～100000；

4.一种权利要求1-3中任一项所述的5g介质滤波器用陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述cbzs玻璃粉的制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述ca源为纯度大于99.5％的caco3，所述b源为纯度大于99.5％的h3bo3，所述zn源为纯度大于99.5％的zno、所述si源为纯度大于99.5％的sio2；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述mg0.95ca0.05ti0.95(zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵相毓，林慧兴，姜少虎，顾忠元，何飞，潘隽，任海深，周晓良，谢天翼，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：

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