專利名稱：一種低溫?zé)Y(jié)ltcc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造領(lǐng)域，特別涉及一種低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)不斷向高頻化和數(shù)字化方向發(fā)展，對元器件的小型化，集成化以至模塊化的要求也越來越迫切。低溫共燒陶瓷LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramics)以其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)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，在國外及臺灣地區(qū)迅猛發(fā)展，已形成產(chǎn)業(yè)錐形。過去幾年，全球LTCC元件市場產(chǎn)值在手機(jī)，藍(lán)牙及WLAN等無線通訊產(chǎn)品的推動下快速增長，預(yù)估未來市場表現(xiàn)也將持續(xù)亮麗。目前國內(nèi)已有多家廠商看好該項技術(shù)而積極投入，然而由于上游材料及相關(guān)技術(shù)被國外掌控，使得大量出貨的廠商仍在少數(shù)。由于國內(nèi)被動元件廠商多年來與日商的拉鋸目前仍呈現(xiàn)難舍難分，未來是否有可能被日商將拉鋸持續(xù)拉大，國內(nèi)LTCC的發(fā)展成效是重要的影響因素。
要實(shí)現(xiàn)無源元件的集成化，模塊化，必須開發(fā)出新的LTCC材料新體系，尤其是中、高介電常數(shù)的LTCC瓷料在國內(nèi)外尚沒有很好的解決和商用，同時在模組設(shè)計和制造中急需研究低K(低介電常數(shù))、中K和高K等不同介電常數(shù)的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，同時必須研究解決不同K值材料之間以及與銀電極、銅電極的共燒兼容問題，國外同行在這方面已做了大量的研究工作，低K值的LTCC生料帶已成熟生產(chǎn)并有杜邦、Ferro和Hereus等幾大國際供貨商，而國內(nèi)目前僅局限于跟蹤國外的研究，停留在研制低K材料和使其國產(chǎn)化階段，絕大部分LTCC產(chǎn)品依賴于從國外進(jìn)口LTCC生料帶。因此，要想擺脫對國外LTCC瓷料及器件的依附，開發(fā)出具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的LTCC材料和器件迫在眉睫。
低溫共燒陶瓷(LTCC)的共燒溫度一般在800℃～950℃之間。由于燒結(jié)溫度低，可用電阻率低的金屬作為多層布線的導(dǎo)體材料，可以提高組裝密度、信號傳輸速度，并且可內(nèi)埋與多層基板一次燒成的各種層式微波電子器件，因此廣泛用在高速高密度互連多元陶瓷組件(MCM)之中。由于共燒技術(shù)具有組裝密度高，介電損耗低，可用于高微波頻段，獨(dú)石結(jié)構(gòu)高可靠性與IC熱匹配好等特點(diǎn)，因此有著極廣的應(yīng)用前景，其中又首推LTCC技術(shù)，因?yàn)樗粌H燒結(jié)溫度低，而且還在于采用了高電導(dǎo)率的金屬電極Au，Ag，Cu等，布線導(dǎo)電性好，而且在用Cu電極時，造價也會很低。
因此在微波器件研究中，能與這種多層電路技術(shù)相適應(yīng)的片式多層微波器件就得到了廣泛研究，包括片式介質(zhì)諧振器，濾波器，微波介質(zhì)天線以及片式電容器等。一般微波陶瓷的燒結(jié)溫度大多在1000℃以上，因此并不適合LTCC技術(shù)以及其賤金屬化要求，因此開發(fā)和研究具有低燒結(jié)溫度的微波材料體系就非常的有意義了。
通常降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度的方法有添加氧化物或低熔點(diǎn)玻璃燒結(jié)助劑，引入化學(xué)合成方法，以及超細(xì)粉體作原料等。但是在添加燒結(jié)助劑時，雖然可以降低燒結(jié)溫度，但都會不同程度的降低微波介質(zhì)材料的介電性能，而用化學(xué)方法合成時則工藝過程復(fù)雜，制造成本和周期會上升，并且對于目前大多微波介質(zhì)體系即使采用了上述方法，其燒結(jié)溫度也太高而難于符合LTCC低于1000℃的燒結(jié)工藝要求。因此尋找原料本身具有低燒結(jié)溫度的介質(zhì)體系就非常的重要了。
Li2O-Nb2O5-TiO2體系是一種燒結(jié)溫度低(約1100℃)的微波介質(zhì)材料體系。2002年，Borisevich和Davies首次報道了一種M-相Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3(0.05≤m≤0.15，0≤n≤0.175)材料的微波性能。這種M-相材料具有較低的燒結(jié)溫度(約1100℃)和優(yōu)異的微波介電性能(εr＝55～78，Q×f高達(dá)9000GHz，τf可序列化)，是一種性能優(yōu)異的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)材料。隨后的研究也是在針對這一范圍之內(nèi)，對于更低介電常數(shù)的Li2O-Nb2O5-TiO2體系研究甚少[文獻(xiàn)1-5]。李蔚等人在Li2O-Nb2O5-TiO2體系中發(fā)現(xiàn)了一系列由M-相和Li2TiO3相組成的復(fù)合LNT微波介質(zhì)材料，該體系中Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5∶x∶y，其中1≤x＜2，4＜y＜6[文獻(xiàn)6-13]。該體系的介電常數(shù)較高，τf小，但Q×f較低。
綜上所述，隨著微波移動通信的迅猛發(fā)展，對微波器件的便攜化，微型化提出了新的要求。用高介電常數(shù)微波材料制造的微波介質(zhì)諧振器可以極大的減小微波電路尺寸，但進(jìn)一步微型化的出路卻在于MCM的發(fā)展。在制造MCM用多層電路基板時，LTCC技術(shù)顯示出奇特優(yōu)勢，因此與LTCC技術(shù)相適應(yīng)的多層介質(zhì)器件和材料就得到了廣泛的重視和研究。開發(fā)適用于LTCC技術(shù)、微波性能優(yōu)異、能與銀電極共燒、化學(xué)組成和制備工藝簡單的新型微波介質(zhì)陶瓷材料是一類極具應(yīng)用前景的新材料。
以下是發(fā)明人檢索的相關(guān)參考文獻(xiàn)
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2.L.Farber，I.Levin，A.Borisevich，I.E.Grey，R.S.Roth，and P.K.Davies，“Structural Study of Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 Solid Solutions”，J.Solid StateChem.16681-90(2002)。
3.Albina Y.Borisevich，and Peter K.Davies，“Effect of V2O5 Doping on theSintering and Dielectric Properties of M-Phase Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3Ceramics”，J.Am.Ceram.Soc.871047-1052(2004)。
4.Dong Heon Kang，Ki Chang Nam，Hun Ju Cha，“Effect of Li2O-V2O5 onthe low temperature sintering and microwave dielectric properties ofLi1.0Nb0.6Ti0.5O3 ceramics”，J.Eur.Ceram.Soc.262117-2121(2006)。
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7.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-lin，Guo Jing-kun，“A newLi2O-Nb2O5-TiO2 microwave dielectric ceramic composite”，Phys.Stat.Sol.(a).203R91-R93(2006)。
8.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-Lin，Guo Jing-Kun，Zuo MW，Wu WJ,“ANew Microwave Dielectric Ceramic for LTCC Applications”，J.Am.Ceram.Soc.891733-1735(2006)。
9.Qun Zeng，Wei Li，Jian-lin Shi，Jing-kun Guo，“Fabrication andmicrowave dielectric properties of a new LTCC ceramic composite based onLi2O-Nb2O5-TiO2 system”，Mater Lett，603203-3206(2006)。
10.Qun Zeng，Wei Li，Jian-lin Shi，Xian-lin Dong，Jing-kun Guo，“Microwave dielectric properties and microstructures of the11Li2O-3Nb2O5-12TiO2 ceramics with B2O3 addition”，Mater.Res.Bull.43411-417(2007)。
11.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-Lin，Dong Xian-lin，Guo Jing-kun，“Effectof B2O3 addition to the LNT ceramic composite on sintering behavior andmicrowave dielectric properties”，Phys.Stat.Sol.(a).2043533-3537(2007)。
12.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-lin，Dong Xian-lin，Guo Jing-kun，“Influence of V2O5 Additions to 5Li2O-1Nb2O5-5TiO2 Ceramics on SinteringTemperature and Microwave Dielectric Properties”，J.Am.Ceram.Soc.902262-2265(2007)。
13.李蔚，曾群，施劍林，郭景坤，一種低溫?zé)Y(jié)的鋰鈮鈦系復(fù)合微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法，中國專利申請?zhí)?00610030525。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種由M-相或M-相和Li2TiO3相組成的低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，本發(fā)明制得的該陶瓷材料的介電常數(shù)為32-52，Q×f高且頻率溫度系數(shù)小。通過摻雜少量的低熔點(diǎn)氧化物，其燒結(jié)溫度可以降至900℃左右，同時保持優(yōu)異的微波性能，可用于低溫共燒陶瓷系統(tǒng)(LTCC)、多層介質(zhì)諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取以下的技術(shù)解決方案 一種低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，制得該材料由原材料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25。
上述低溫?zé)Y(jié)LTCC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(jìn)行 1)將原材料Li2CO3、Nb2O5、TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25； 2)將配制后化學(xué)原料混合，加入酒精，采用濕磨法混合4小時，取出在120℃～140℃條件下烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至800℃～900℃，保溫4小時～8小時，得到燒塊； 3)將燒塊粉碎，進(jìn)行4小時～5小時的二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，該瓷料在1050℃～1150℃下燒結(jié)2小時～4小時，即可得低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料；或者 在二次球磨烘干后的粉料中加入重量比為0～2％的低熔點(diǎn)氧化物，加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120℃～140℃溫度下烘干，經(jīng)造粒后壓制成小圓片，在500℃～600℃條件下排膠，隨爐冷卻，然后在850℃～950℃下燒結(jié)2小時～4小時，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
所述的低熔點(diǎn)氧化物為B2O3，B2O3-ZnO、B2O3-CuO或Li2O-V2O5。
本發(fā)明制備的低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料具有以下特點(diǎn) 1)該材料是一種性能優(yōu)異且能適用于LTCC的微波介質(zhì)陶瓷材料； 2)該材料的固有燒結(jié)溫度低(～1100℃)，且微波性能優(yōu)異介電常數(shù)(εr)大，Q×f高以及τf小； 3)通過摻雜少量的低熔點(diǎn)氧化物，其燒結(jié)溫度可以降至900℃左右，同時保持優(yōu)異的微波性能； 4)能與銀電極共燒、化學(xué)組成和制備工藝簡單。



圖1是Li2O-Nb2O5-TiO2三元體系中通過設(shè)計合適的原料配比圖例； 圖2、圖3、圖4是實(shí)施例19制備的低溫共燒的微波介質(zhì)陶瓷材料的XRD，背散射照片及能譜圖； 圖5、圖6、圖7是實(shí)施例20制備的低溫共燒的微波介質(zhì)陶瓷材料XRD，背散射照片及能譜圖； 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不局限于實(shí)施例。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明是從LTCC低溫共燒的角度出發(fā)，在Li2O-Nb2O5-TiO2三元體系中通過設(shè)計合適的原料配比(見圖1)，提供一種固有燒結(jié)溫度低且微波性能優(yōu)異的一種低溫?zé)Y(jié)LNT微波介質(zhì)陶瓷材料，并且可以通過摻雜少量的低熔點(diǎn)氧化物B2O3，B2O3-ZnO，B2O3-CuO或Li2O-V2O5，其燒結(jié)溫度可成功降至900℃左右，同時保持優(yōu)異的微波性能。是一種極具應(yīng)用價值的高性能LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
本發(fā)明以分析純的Li2CO3(≥98％)和Nb2O5(≥99％)，化學(xué)純的TiO2(≥98％)為主要原料，分析純的B2O3(≥99％)，CuO(≥99％)，V2O5(≥99％)，ZnO(≥99％)為燒結(jié)助劑。先按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y，其中5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25； 上述低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。具體步驟如下 1)將原材料Li2CO3、Nb2O5、TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25，； 2)將配制后的化學(xué)原料混合，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120℃～140℃條件下烘干，過篩后壓制成塊狀置于氧化鋁坩堝內(nèi)，以5℃/min的升溫速率升至800℃～900℃，保溫4h～8h，得到燒塊。
3)將燒塊粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，該瓷料在1050℃～1150℃下燒結(jié)2小時～4小時，即可得低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料；或者 在二次球磨烘干后的粉料中加入0～2wt.％的低熔點(diǎn)氧化物B2O3，B2O3-ZnO，B2O3-CuO或Li2O-V2O5，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，經(jīng)造粒后壓制成小圓片，在500℃～600℃條件下排膠，隨爐冷卻，在500℃～600℃條件下排膠，隨爐冷卻后，然后在850℃～950℃下燒結(jié)2小時～4小時，可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
以下是發(fā)明人給出的具體實(shí)施例，但不局限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.5∶1∶7配制后，充分混合球磨4個小時，磨細(xì)后120℃～140℃條件下烘干、過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃下燒結(jié)4小時，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表一所示。
表一實(shí)施例1不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例2 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.5∶1∶7.5配制后，充分混合球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表二所示。
表二實(shí)施例2不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例3 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝6∶1∶7配制后，充分混合球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，得到燒塊，然后將燒塊粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表三所示。
表三實(shí)施例3不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例4 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝6∶1∶7.5配制后，充分混合球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表四所示。
表四實(shí)施例4不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例5 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨4個小時，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表五所示。
表五實(shí)施例5不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例6 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.3Ti0.9O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨4個小時，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表六所示。
表六實(shí)施例6不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例7 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨4個小時，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃條件下燒結(jié)成瓷，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表七所示。
表七實(shí)施例7不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例8 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.95Nb0.25Ti0.95O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨4個小時，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表八所示。
表八實(shí)施例8不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例9 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.1Ti1.15O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，然后將燒塊粉碎后二次球磨4個小時，取出烘干后造粒，再用70目和120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可獲得所需瓷料。將瓷料根據(jù)需要壓制成型(片狀或者柱狀)后，然后在1050℃～1150℃燒結(jié)成瓷，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表九所示。
表九實(shí)施例9不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例10 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨烘干后加入0～2wt.％的B2O3，按料酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120℃～140℃條件下烘干，造粒后壓制成小圓片，500℃～600℃條件下排膠，然后在850℃～950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十所示。
表十實(shí)施例10不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例11 將化學(xué)原料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨烘干后加入0～2wt.％的B2O3-ZnO(其中B2O3∶ZnO＝1∶1)，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120～140℃條件下烘干，造粒后壓制成小圓片，500℃～600℃條件下排膠，然后在850℃～950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十一所示。
表十一實(shí)施例11不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例12 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨烘干后加入0～2wt.％的B2O3-CuO(其中B2O3∶CuO＝1∶1)，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，500～600℃排膠，然后在850℃～950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十二所示。
表十二實(shí)施例12不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例13 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的Li2O-V2O5(其中Li2O∶V2O5＝83∶17)，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時～8小時，取出120℃～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，在500℃～600℃條件下排膠，然后在850℃～950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十三所示。
表十三實(shí)施例13不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例14 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.3Ti0.9O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至850℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的B2O3，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，在500～600℃條件下排膠，然后在900℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十四所示。XRD檢測在整個摻雜范圍內(nèi)，樣品均保持與未摻雜的樣品相同的相結(jié)構(gòu)。
表十四實(shí)施例14不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例15 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.3Ti0.9O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至950℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的Li2O-V2O5(Li2O∶V2O5＝83∶17)，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，在500～600℃條件下排膠，然后在950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十五所示。XRD檢測在整個摻雜范圍內(nèi)，樣品均保持與未摻雜的樣品相同的相結(jié)構(gòu)。
表十五實(shí)施例15不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例16 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的B2O3，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120℃～140℃條件下烘干，造粒后壓制成小圓片，在500～600℃條件下排膠，然后在900℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十六所示。XRD檢測在整個摻雜范圍內(nèi)，樣品均保持與未摻雜的樣品相同的相結(jié)構(gòu)。
表十六實(shí)施例16不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例17 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的Li2O-V2O5(其中Li2O∶V2O5＝83∶17)，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，在500～600℃條件下排膠，然后在850℃～950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十七所示。XRD檢測在整個摻雜范圍內(nèi)，樣品均保持與未摻雜的樣品相同的相結(jié)構(gòu)。
表十七實(shí)施例17不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例18 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的B2O3-CuO(其中B2O3∶CuO＝1∶1)，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120～140℃條件下烘干，造粒后壓制成小圓片，在500～600℃條件下排膠，然后在850℃～950℃條件下燒結(jié)，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料不同燒結(jié)溫度下的微波性能如表十八所示。XRD檢測在整個摻雜范圍內(nèi)，樣品均保持與未摻雜的樣品相同的相結(jié)構(gòu)。
表十八實(shí)施例18不同燒結(jié)溫度下的微波性能 實(shí)施例19 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入1wt.％的B2O3和20wt.％的Ag粉，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，500～600℃排膠，然后在875℃～925℃條件下與銀(Ag)共燒，即可得到低溫共燒結(jié)的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料XRD，背散射照片及能譜圖如圖2，圖3和圖4?？梢钥闯觯撐⒉ń橘|(zhì)材料完全不與Ag粉反應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)與Ag共燒，是一種可以采用純銀作為內(nèi)電極的LTCC微波介質(zhì)材料。
實(shí)施例20 將化學(xué)原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩爾比Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4個小時，磨細(xì)后烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫8小時，將燒塊樣品粉碎，并進(jìn)行4～5小時的二次球磨，烘干后加入1wt.％的B2O3和20wt.％的Ag粉，按料∶酒精比為1∶2加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出120～140℃烘干，造粒后壓制成小圓片，在500℃～600℃條件下排膠，然后在875℃～925℃條件下與銀共燒結(jié)，即可得到低溫共燒結(jié)的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料XRD，背散射照片及能譜圖如圖5，圖6和圖7?？梢钥闯?，該微波介質(zhì)材料完全不與Ag粉反應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)與Ag共燒，是一種可以采用純銀作為內(nèi)電極的LTCC微波介質(zhì)材料。
需要指出的是，上述實(shí)施例還可以窮盡列舉，限于篇幅，這里不再一一列舉，根據(jù)申請人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在本發(fā)明技術(shù)方案所給出的范圍內(nèi)，均可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，制得該材料由原材料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25。
2.權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)LTCC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(jìn)行
1)將原材料Li2CO3、Nb2O5、TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25；
2)將配制后化學(xué)原料混合，加入酒精，采用濕磨法混合4小時，取出在120℃～140℃條件下烘干，過篩，壓制成塊狀，置于氧化鋁坩堝內(nèi)，經(jīng)以5℃/min的升溫速率升至800℃～900℃，保溫4小時～8小時，得到燒塊；
3)將燒塊粉碎，進(jìn)行4小時～5小時的二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，該瓷料在1050℃～1150℃下燒結(jié)2小時～4小時，即可得低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料；或者
在二次球磨烘干后的粉料中加入重量比為0～2％的低熔點(diǎn)氧化物，加入酒精，放入尼龍罐中球磨4～8小時，取出在120℃～140℃溫度下烘干，經(jīng)造粒后壓制成小圓片，在500℃～600℃條件下排膠，隨爐冷卻，然后在850℃～950℃下燒結(jié)2小時～4小時，即可得到低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的低熔點(diǎn)氧化物為B2O3，B2O3-ZnO、B2O3-CuO或Li2O-V2O5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，制得該材料由原材料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩爾比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)表達(dá)式為Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25。本發(fā)明制備的低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷，其固有燒結(jié)溫度低(約1100℃)，且微波性能優(yōu)異介電常數(shù)(εr)為32＜x≤52左右，Q×f值高以及τf小；通過摻雜少量的低熔點(diǎn)氧化物，其燒結(jié)溫度可以降至900℃左右，同時保持優(yōu)異的微波介電性能且不和銀(Ag)反應(yīng)，可以采用純銀作為電極共燒，可極大地降低器件的制造成本，可用于低溫共燒陶瓷系統(tǒng)(LTCC)、多層介質(zhì)諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
文檔編號C04B35/462GK101224977SQ200810017330
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者宏 汪, 周煥福, 丁曉言, 龐利霞, 迪 周, 熹 姚 申請人:西安交通大學(xué)