專利名稱：一種硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種在超低溫下燒結(jié)的硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷是近幾十年發(fā)展起來的一種新型功能陶瓷材料，是制造微波介質(zhì)濾 波器和諧振器的關(guān)鍵材料，近年來對它的研究十分活躍發(fā)展迅速，其推動力主要來自于商 用無線通信高速發(fā)展的需求，如蜂窩式移動通信系統(tǒng)、電視接收系統(tǒng)、直接廣播系統(tǒng)和衛(wèi)星 通信系統(tǒng)等。微波介質(zhì)陶瓷具有介電常數(shù)分布較寬、低微波損耗、頻率溫度系數(shù)小等優(yōu)良性 能，適合制作各種微波器件和移動電話等設(shè)備中的穩(wěn)頻振蕩器濾波器和鑒頻器，能滿足微 波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。隨著移動通信事業(yè)的發(fā)展，微波介質(zhì)陶 瓷的研究日益受到人們的重視。低溫共燒陶瓷LTCC (LowTemperatureCo-firedCeramics)技術(shù)以其優(yōu)異的電學(xué)、 機械、熱學(xué)及工藝特性，已經(jīng)成為電子器件模塊化的主要技術(shù)之一。顧名思義，LTCC技術(shù)指 的就是將電極跟陶瓷生坯一起燒結(jié)的技術(shù)。根據(jù)材料的不同，LTCC材料的介電常數(shù)可在很 大范圍內(nèi)變化，增加了電路設(shè)計的靈活性。LTCC工藝中所應(yīng)用的微波介質(zhì)陶瓷要比PCB印 刷電路板中所用的樹脂材料有著更低的介質(zhì)損耗，具有非常優(yōu)良的高頻特性。所以，當跟高 電導(dǎo)率的金屬電極共燒之后，整體模塊也會保持很低的損耗。另外，與樹脂材料等有機物相 比，陶瓷材料擁有較低的熱膨脹系數(shù)，進一步提高了元器件包裝過程的可靠性。憑借以上所 述的種種優(yōu)點，LTCC技術(shù)正逐漸成為高頻基板和集成器件應(yīng)用的首選方法。介質(zhì)陶瓷基板 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)中的薄膜電路、大規(guī)模集成電路、大功率混合集成電路等等。應(yīng)用 最為廣泛的還是傳統(tǒng)的Al2O3陶瓷，其介電常數(shù)為9，介電損耗在0. 0001以下，其良好的導(dǎo) 熱性以及溫度穩(wěn)定性也是作為陶瓷基板材料不可缺少的特性。自上世紀七十年代以來，微波介質(zhì)陶瓷體系開發(fā)的研究已經(jīng)接近四十年，如果不 考慮燒結(jié)溫度這一指標，據(jù)文獻統(tǒng)計，到現(xiàn)在為止至少已經(jīng)有幾百種體系，上萬種具有良 好微波介電性能的陶瓷被開發(fā)出來。但是大部分微波介質(zhì)陶瓷都有著較高的燒結(jié)溫度
IOOO0Oo近十幾年來，一種更為有效的研究途徑越來越受到人們的關(guān)注，即尋找本身具 有低燒溫度(<900°c)的材料體系，此類材料體系一般稱之為低燒陶瓷體系。綜上所述，隨著微波介質(zhì)陶瓷廣泛應(yīng)用于高頻多層共燒電容器、介質(zhì)基板以及介 質(zhì)超材料等領(lǐng)域，低溫共燒陶瓷技術(shù)以其不可取代的優(yōu)異性，成為了微波器件制備的主流 技術(shù)，進一步推動各類微波器件向小型化、集成化、多元化發(fā)展。為了滿足低溫共燒陶瓷技 術(shù)的生產(chǎn)需要，研發(fā)具有一定分布范圍介電常數(shù)、微波頻段下低損耗(Qf>5000GHz)、諧振頻 率溫度特性穩(wěn)定的、可以跟相應(yīng)電極材料燒結(jié)匹配的新型微波介質(zhì)陶瓷逐漸成為當前的研 究熱點與難點。在兼顧各項性能指標的同時，所研發(fā)的新材料應(yīng)該具備價格低廉、不含或者 少含有有毒元素等特點，以滿足環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)材料的不足，提供一種硅鈹石型鉬基鎢基超 低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，該陶瓷材料是一種不需要添加任何助燒劑就可 以在540°(T660°C燒結(jié)的可應(yīng)用于LTCC的高性能硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶 瓷材料，其最低燒結(jié)溫度低至540°C。本發(fā)明的第一個目的是提供一種硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷 材料，它燒結(jié)后的相對介電常數(shù)為5.3 5.5，低的低頻介電損耗(切115<3\10-4，說泡)， 良好的微波性能(37，OOOGHz彡Qf彡63，400GHz)，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)(_133ppm/ 0C彡TCF彡-149ppm/°C),另外它的主要特點是可以在較低的燒結(jié)溫度下(540°(T640°C)進 行燒結(jié)，化學(xué)組成及制備工藝簡單，物相單一。本發(fā)明的第二個目的是提供上述超低溫燒結(jié)硅鈹石型鉬基鎢基微波介質(zhì)陶瓷材 料的制備方法。本發(fā)明采用了最簡單有效的固相反應(yīng)燒結(jié)的方法來實現(xiàn)上述發(fā)明目的。首先是 選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化物以及合適的取代物(碳酸鹽)，通過一次球磨 使得氧化物混合均勻，通過預(yù)燒結(jié)過程使得氧化物進行初步的反應(yīng)，再通過二次球磨細化 反應(yīng)物的顆粒尺寸，最后通過燒結(jié)過程得到所需要的陶瓷樣品。通過這樣一種簡單易行 的有效的制備方法，得到的陶瓷樣品的介電常數(shù)隨成分在5. 3^5. 5之間變化，Qf分布在 37，OOOGHz 63，400GHz，諧振頻率溫度系數(shù)在TCF在-133ppm/°(T-149ppm/°C之間可調(diào)，燒結(jié) 溫度540°(T640°C，使之適用于LTCC技術(shù)的需要，擴大其應(yīng)用范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
一種硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，該陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達式為 Li2(Mo1^xWx)O4,式中 0·0<χ<1·0。所述陶瓷材料的微波介電常數(shù)ε r=5. 3~5. 5、諧振頻率溫度系數(shù) TCF=-133 -149ppm/。C、高品質(zhì)因數(shù) Qf=3700(T63400GHz、燒結(jié)溫度是 540。C 640。C、IMHz 低 頻下介電損耗為tanS<3X10_4。所述的硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，按以下步驟 進行
1)將化學(xué)原料MoO3、WO3和Li2CO3按配方通式Li2(McvxWx) O4配制，式中0. 0<χ<1· 0 ；
2)將步驟1)配料混合，球磨5、個小時，在100°(T200°C下烘干，過篩200目后壓制成 塊狀體；
3)將步驟2)的塊狀體經(jīng)500°(T800°C預(yù)燒，并保溫4飛小時，得到樣品燒塊；
4)將樣品燒塊粉碎，并經(jīng)過5飛個小時的二次球磨，在100°(T200°C下烘干、造粒，造粒 后經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，得到瓷料粉末；
5)將瓷料粉末壓制成型，在540°(T640°C下燒結(jié)2、個小時成瓷，得到硅鈹石型鉬基鎢 基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。本發(fā)明的超低溫燒結(jié)鉬基鎢基微波介質(zhì)陶瓷材料具有以下特點相對 介電常數(shù)低(5. 3 5.5)，低頻下介電損耗小(tanS<3X10-4，lMHz)，微波性能良好 (37, 000GHz ≤ Qf ≤ 63，400GHz)，燒結(jié)溫度低(540°(T640°C)，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào) (-133ppm/°C≤ TCF≤ _149ppm/。C)，化學(xué)組成及制備工藝簡單。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細說明。本發(fā)明的硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的配方表達式為 Li2(Mo1^xWx)O4,式中 0·0<χ<1·0。本發(fā)明的超低溫燒結(jié)鉬基鎢基微波介質(zhì)陶瓷材料具體制備步驟是將化學(xué)原料 MoO3> WO3 和 Li2CO3 按配方通式 Li2 (McvxWx) O4 配制，式中 0. 0<χ<1. O。充分混合球磨5個小時，磨細后烘干、過篩、壓塊，然后經(jīng)500°C預(yù)燒，并保溫4小 時，將預(yù)燒后的塊體進行二次球磨，磨細烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可 得到所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型，然后在540°(T640°C下燒結(jié)2小時成瓷，即可得到 超低溫燒結(jié)鉬基鎢基微波介質(zhì)陶瓷材料。本發(fā)明的超低溫燒結(jié)硅鈹石型鉬基鎢基超微波介質(zhì)陶瓷材料其主要特點是以低熔點氧化物MoO3和Li2O作為主元，使得在低溫下燒結(jié)這種介質(zhì)陶瓷材料成為可能。本發(fā)明 根據(jù)晶體化學(xué)原理和電介質(zhì)有關(guān)理論，以A2BO4這種典型的硅鈹石型組成為基礎(chǔ)，使用Li+1 離子來占據(jù)A位，使用高價態(tài)的Mo6+和W6+離子的組合離子來占據(jù)B位，在沒有添加任何燒 結(jié)助劑的前提下，可以在非常低的溫度范圍(540°(T640°C)內(nèi)燒結(jié)出致密的且有著優(yōu)良微波 介電性能的新型功能陶瓷，這類陶瓷可以作為射頻多層陶瓷電容器、片式微波介質(zhì)諧振器 或濾波器、低溫共燒陶瓷系統(tǒng)(LTCC)、陶瓷基板、多芯片組件(MCM)等介質(zhì)材料使用。實施例1
將分析純度的原料Mo03、WO3和Li2CO3按配方通式Li2 (Moa99Watll) O4配制。配制后充分 混合球磨4個小時，然后烘干、過篩、壓塊，經(jīng)500°C預(yù)燒4個小時，然后將預(yù)燒后的塊狀樣 品粉碎后再進行二次球磨5小時，磨細烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得 到所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在540°(T640°C空氣下燒結(jié)2個 小時成瓷，即可得到硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達到如下指標
540°(T640°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε r=5. 3 (13. IGHz ),品質(zhì)因子 Q=2, 800, Qf=37, 000GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_133ppm/。C (25。C 85。C)。實施例2:
將分析純度的原料Mo03、W03和Li2CO3按配方通式Li2 (Moa5Wa5) O4配制。配制后充分混 合球磨4個小時，然后烘干、過篩、壓塊，經(jīng)500°C預(yù)燒4個小時，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品 粉碎后再進行二次球磨5小時，磨細烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到 所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在540°(T640°C空氣下燒結(jié)2個小 時成瓷，即可得到硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達到如下指標
540°(T640°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε r=5. 4 (14. 2GHz )，品質(zhì)因子 Q=3, 500, Qf=49, 700GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_139ppm/。C (25。C 85。C)。實施例3
將分析純度的原料Mo03、WO3和Li2CO3按配方通式Li2 (MoatllWa99) O4配制。配制后充分 混合球磨4個小時，然后烘干、過篩、壓塊，經(jīng)500°C預(yù)燒4個小時，然后將預(yù)燒后的塊狀樣 品粉碎后再進行二次球磨5小時，磨細烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在540°(T640°C空氣下燒結(jié)2個小時成瓷，即可得到硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達到如下指標
540°(T640°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε r=5. 5 (15. 7GHz )，品質(zhì)因子 Q=4, 300，Qf=63, 400GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=-149ppm/°C (25°(T85°C)。需要指出的是，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，上述實施例還可以舉出許多，根據(jù)申請人 大量的實驗結(jié)果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書所提出的范圍，均可以達到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
一種硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于該陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達式為Li2(Mo1-xWx)O4, 式中0.0<x<1.0。
2. —種硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于所述陶瓷材 料的微波介電常數(shù)ε r=5. 3^5. 5、諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-133 -149ppm/°C、高品質(zhì)因數(shù) Qf=3700(T63400GHz、燒結(jié)溫度是 540°(T640°C、IMHz 低頻下介電損耗為tan δ <3Χ 1(Γ4。
3.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方 法，其特征在于，按以下步驟進行1)將化學(xué)原料MoO3、WO3和Li2CO3按配方通式Li2(McvxWx) O4配制，式中0. 0<χ<1· O ；2)將步驟1)配料混合，球磨5、個小時，在100°(T200°C下烘干，過篩200目后壓制成 塊狀體；3)將步驟2)的塊狀體經(jīng)500°(T800°C預(yù)燒，并保溫4飛小時，得到樣品燒塊；4)將樣品燒塊粉碎，并經(jīng)過5飛個小時的二次球磨，在100°(T200°C下烘干、造粒，造粒 后經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，得到瓷料粉末；5)將瓷料粉末壓制成型，在540°(T640°C下燒結(jié)2、個小時成瓷，得到硅鈹石型鉬基鎢 基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅鈹石型鉬基鎢基超低溫燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。以結(jié)構(gòu)通式A2BO4為基礎(chǔ)，選取低價態(tài)Li+1離子占據(jù)A位，高價態(tài)的Mo6+和W6+復(fù)合陽離子占據(jù)B位，通過傳統(tǒng)固相反應(yīng)燒結(jié)的方法，得到了一系列可以在540oC~640oC超低溫度范圍內(nèi)燒結(jié)，微波介電常數(shù)低(5.3≤εr≤5.5)、諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)(-133ppm/oC≤TCF≤-149ppm/oC)且微波介電損耗低(高品質(zhì)因數(shù)Qf值，37,000GHz≤Qf≤63,400GHz)的陶瓷材料。其具體結(jié)構(gòu)表達式為Li2(Mo1-xWx)O4，式中0.0<x<1.0。
文檔編號H01B3/12GK101823880SQ20101019202
公開日2010年9月8日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者吳新光, 周迪, 姚熹, 龐利霞, 張高群, 汪宏, 郭靖 申請人:西安交通大學(xué)