一種低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子陶瓷材料領(lǐng)域，特別是涉及一種低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)通訊的迅猛發(fā)展，移動(dòng)通信終端正向著小型化、輕量化、集成化方向發(fā) 展，對(duì)以微波介質(zhì)陶瓷為基礎(chǔ)的微波電路元器件提出減小尺寸的要求，實(shí)現(xiàn)這一要求，有以 下兩種途徑:一是尋找高介電常數(shù)的微波介質(zhì)材料;二是借助于LTCC低溫共燒技術(shù)。
[0003] 低溫共燒陶瓷技術(shù)（Low Temperature C〇-fired Ceramic，LTCC)是近年來(lái)興起 的一種新型多學(xué)科交叉的整合組件技術(shù)，它在推動(dòng)微波器件體積小型化和提高微波電路組 裝密度中都起到了巨大作用，成為電子器件模塊化的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了能與銀（熔點(diǎn)為 961°C )等高電導(dǎo)率的金屬電極在空氣中共燒，微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度要降到950°C以 下。
[0004] Ba〇-Ln2〇3-Ti〇2類陶瓷有較高的介電常數(shù)和Qf值，并可在較大范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)整配 方，得到不同特性的微波介電性能，但由于其燒結(jié)溫度過(guò)高（>1200°C)，大大限制了其在 LTCC領(lǐng)域的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)體漿料的匹配共燒，大多采用摻入低熔點(diǎn)玻璃以降低陶瓷 的燒結(jié)溫度，但這種"陶瓷+玻璃"體系還存在很大的不足:①生產(chǎn)成本高，由于需要高溫熔 制玻璃，熱處理時(shí)間長(zhǎng)，耗能大，高溫?fù)]發(fā)易造成配方改變;②對(duì)設(shè)備要求高，玻璃熔融后， 淬火對(duì)設(shè)備損耗大;③淬火后的玻璃渣硬度高，難以磨細(xì)。④玻璃相的存在，使得材料的損 耗大幅增加。因此，如何在保證Ba0-Ln 203-Ti02類陶瓷優(yōu)異的微波介電性能基礎(chǔ)上，降低材 料的燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)與銀電極的匹配共燒，成為該領(lǐng)域的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不用熔制玻璃、收縮一致性好、 介電性能優(yōu)良，非常適合LTCC流延工藝生產(chǎn)的低溫共燒陶瓷材料及其原料與制備工藝。
[0006] 本發(fā)明提供一種低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料，由87~97wt%的微波介質(zhì)陶瓷、0~ 6wt%的粉末a和3~7wt%的粉末b混合制成，所述粉末a為預(yù)燒體，其組分為摩爾百分比1:1的 Nd2〇3與A12〇3，化學(xué)通式為NdA103;所述粉末b為預(yù)燒體，其組分為摩爾比為1: 1:1的BaO、CuO 與B2O3，化學(xué)通式為BaCu(B2〇5)。
[0007] 所述微波介質(zhì)陶瓷，化學(xué)通式BadNcU.o-xBix) 9.33 (Ti q. gZro. 1) i8〇54，在 Ba〇-Ln2〇3_ Ti02系陶瓷中摻入Bi2〇3取代Nd2〇3,可以降低材料的燒結(jié)溫度，并提高材料的介電常數(shù)，但隨 著Bi取代量的增加，品質(zhì)因數(shù)呈直線下降的趨勢(shì)。因此，需將Bi 203取代量控制在一定的范圍 內(nèi)，0.05 <x< 0.35，iti&(hl0<x< 0.25。
[0008]本發(fā)明還提供了上述微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟： 31:將原材料8&〇〇3、仙2〇3、8丨2〇3、2"2、1^〇2粉體按化學(xué)通式8 &4(仙1.0-18乜）9.33 (Tio.sZmhsOM配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3~6小時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩， 然后在1100~1200°C大氣氣氛中預(yù)燒2~4小時(shí)，制成BNBTZ基料； 52、 將原材料Nd2〇3與Al2〇3按摩爾比1:1配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3~6小 時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩，然后在1100~1200°C大氣氣氛中預(yù)燒2~4小時(shí)，制成粉末a 預(yù)燒塊； 53、 將原料BaO、CuO與B2〇3按摩爾比為1:1:1配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3~6 小時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩，然后在700~750°C大氣氣氛中預(yù)燒2~4小時(shí)，制成粉末b 預(yù)燒塊； 54、 在BNBTZ基料中加入占總質(zhì)量百分比0~6wt%的粉末a和3~7 wt%的粉末b，以無(wú)水 乙醇為介質(zhì)，行星球磨6~12小時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩，加入PVA溶液造粒，壓制成型，然 后置于 900~95(TC的溫度下燒結(jié)4~6小時(shí)，制成所述低溫共燒陶瓷材料。
[0009] 本發(fā)明中采用固相法，通過(guò)在Ba6-xLn8+2xTi18〇 54(x=2/3)陶瓷中摻雜Zr〇2,大幅度提 高材料的Qf值；同時(shí)引入負(fù)溫度系數(shù)的NdA103,可得到趨于零的諧振頻率溫度系數(shù);BaCu (B2〇5)相的熔點(diǎn)大約為800 °C，Qf值很高，因此，用它來(lái)做燒結(jié)助劑，可起到降低燒結(jié)溫度，獲 得良好介電性能的作用。
[0010]本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中Ba6-3xNd 8+2xTi18054陶瓷多采用熔制玻璃 來(lái)降低燒結(jié)溫度，致使Qf值偏低的缺點(diǎn)，本發(fā)明的微波介質(zhì)陶瓷材料，燒結(jié)溫度低于950°C， 且能夠與銀匹配共燒，其相對(duì)介電常數(shù)50~65、Qf值3000~5000GHz、諧振頻率溫度系數(shù)可 調(diào)。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合實(shí)施例，更具體地闡述本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限 于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式的變通或改變均在本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0012] 實(shí)施例1~4 按化學(xué)通式 BaKNcb.o-xBixkWTiQ.gZro.OisOM 稱取 8&0)3、恥203、8乜03、2抑 2、1102原料， 其中X按照表1取值，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3小時(shí)，取出后烘干，在1100°C大氣氣氛中 預(yù)燒2小時(shí)，制成BNBTZ基料;將原料Ba0、Cu0與B 2〇3按摩爾比為1:1:1配料，以無(wú)水乙醇為介 質(zhì)，行星球磨3小時(shí)，取出后烘干，在700°C大氣氣氛中預(yù)燒3小時(shí)，制成粉末b預(yù)燒塊備用;在 BNBTZ基料中加入占總質(zhì)量百分比5 wt %的粉末b，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨12小時(shí)，取 出后烘干，加入PVA溶液造粒，壓制成型，然后置于930°C的溫度下燒結(jié)4小時(shí)，采用網(wǎng)絡(luò)分析 儀測(cè)量其介電性能指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果見表1。
[0013] 表1
實(shí)施例5~9 按化學(xué)通式 Ba4(NdQ.8BiQ.2)9.33(11().92^).0^054 稱取 83〇)3、恥203、8乜03、2抑2、110 2原料， 以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3小時(shí)，取出后烘干，在1100°C大氣氣氛中預(yù)燒2小時(shí)，制成 BNBTZ基料;將原材料Nd2〇3與Al2〇3按摩爾比1:1配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3小時(shí)， 取出后烘干，在1200°C大氣氣氛中預(yù)燒3小時(shí)，制成粉末a預(yù)燒塊備用;將原料Ba0、Cu0與B 2〇3 按摩爾比為1:1:1配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3小時(shí)，取出后烘干，在700°C大氣氣氛 中預(yù)燒3小時(shí)，制成粉末b預(yù)燒塊備用;在BNBTZ基料中加入占總質(zhì)量不同百分比的粉末a和 粉末b，具體添加比例見表2，無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨12小時(shí)，取出后烘干，加入PVA溶液 造粒，壓制成型，然后置于900°C~950°C的溫度下燒結(jié)4小時(shí)，采用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量其介電 性能指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果見表2。
[0014]表2
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料，由87wt%~97wt%的微波介質(zhì)陶瓷、0~6wt%的粉 末a和3~7wt%的粉末b混合制成，其特征在于，所述微波介質(zhì)陶瓷由BaC0 3、Nd2〇3、Bi2〇3、Zr0 2 與Ti02組成，所述粉末a為預(yù)燒體，由Nd2〇3與Al2〇3的混合粉末煅燒而成;所述粉末b為預(yù)燒 體，由BaO、CuO、B 2〇3的混合粉末煅燒而成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，所述BaC03、Nd2〇 3、 Bi2〇3、Zr02與Ti02的摩爾百分比按照化學(xué)通式BaKNcU.o-xBixk^Tio.dro.ihsOM確定，其 中 0·05<χ<0·35。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，所述粉末a，Nd2〇3與 Al2〇3的摩爾比為1:1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，所述粉末b，BaO、 CuO與B2〇3的摩爾比為1: 1:1。5. -種制備低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料的方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行：S1: 將原材料 8&〇)3、陽(yáng)203、8120 3、2抑2、1102粉體按化學(xué)通式834(制1.(?8^ 9.33(11().92^).1)180 54 配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3~6小時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩，然后在1100°C~ 1200°C大氣氣氛中預(yù)燒2~4小時(shí)，制成BNBTZ基料;S2、將原材料Nd 2〇3與Al2〇3按摩爾比1: 1配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3~6小時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩，然后在1100°C~ 1200°C大氣氣氛中預(yù)燒2~4小時(shí)，制成粉末a預(yù)燒塊;S3、將原料BaO、CuO與B 2〇3按摩爾比 為1:1:1配料，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨3~6小時(shí)，取出后烘干，過(guò)40目篩，然后在700 °C~750°C大氣氣氛中預(yù)燒2~4小時(shí)，制成粉末b預(yù)燒塊;S4、在BNBTZ基料中加入占總質(zhì) 量百分比0~6 wt%的粉末a和3~7wt%的粉末b，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，行星球磨6~12小時(shí)， 取出后烘干，過(guò)40目篩，加入PVA溶液造粒，壓制成型，然后置于900~950°C下燒結(jié)4~6小 時(shí)，制成所述低溫共燒微波介質(zhì)材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非常適合LTCC工藝生產(chǎn)的低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備工藝。所述低溫共燒陶瓷材料由87～97wt%的Ba4(Nd1.0-XBix)9.33(Ti0.9Zr0.1)18O54、0～6wt%的粉末a和3～7wt%的粉末b組成，所述粉末a為預(yù)燒體，其組分為摩爾百分比1:1的Nd2O3與Al2O3，化學(xué)通式為NdAlO3；所述粉末b為預(yù)燒體，其組分為摩爾比為1∶？1：1的BaO、CuO與B2O3，其化學(xué)通式為BaCu（B2O5）。本發(fā)明的微波介質(zhì)材料，不用熔制玻璃、制造成本低，燒結(jié)溫度低于950℃，且能夠與銀匹配共燒，其相對(duì)介電常數(shù)55～70，Qf值3000～5000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)。
【IPC分類】C04B35/634, C04B35/49, C04B35/626
【公開號(hào)】CN105565808
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510985097
【發(fā)明人】陳魯國(guó), 康建宏, 李廣新
【申請(qǐng)人】廣東成電華瓷電子科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日