專利名稱：一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷及其燒結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷及其
燒結(jié)方法。
背景技術(shù)：
低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料是制作濾波器、諧振器、介質(zhì)基片、介質(zhì)導(dǎo)波回路等元器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。由于低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷需要與電極共燒，銀電極具有高電導(dǎo)率、 低成本，尤其在共燒過(guò)程中不易氧化，是理想的電極材料，其熔點(diǎn)溫度為961 °C，一般共燒溫度不高于900°C。微波燒結(jié)技術(shù)是一種新型材料制備技術(shù)，其加熱原理是電磁波以波的形式滲透到介質(zhì)內(nèi)部引起介質(zhì)損耗而發(fā)熱，而不是來(lái)自于其它發(fā)熱體。因此其材料的內(nèi)部溫度梯度小， 熱應(yīng)力也很小，即使在很高的升溫速率(500 600°C/min)情況下，一般也不會(huì)造成材料的開(kāi)裂。與常規(guī)電熱燒結(jié)相比，微波加熱具有快速、高效、節(jié)能以及改善材料組織結(jié)構(gòu)、提高材料性能、環(huán)保等一系列優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，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(duì)元器件的小型化， 集成化以至模塊化的要求也越來(lái)越迫切。低溫共燒陶瓷LTCC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(hào)傳輸速度，并且可內(nèi)埋于多層基板一次燒成的各種層式微波電子器件，因此廣泛應(yīng)用于無(wú)線通訊領(lǐng)域、航空航天工業(yè)和軍事領(lǐng)域、存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)器、濾波器、傳感器等電子元器件領(lǐng)域。然而很多具有優(yōu)異性能的微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度都很高，一般都高于銀的熔點(diǎn)，添加低熔點(diǎn)燒結(jié)助劑來(lái)降低燒結(jié)溫度是一種最簡(jiǎn)單最實(shí)用的辦法，在常規(guī)電熱燒結(jié)過(guò)程中低溫?zé)Y(jié)助劑揮發(fā)比較嚴(yán)重，影響了陶瓷的致密性，影響了性能，而且污染了環(huán)境。由于微波燒結(jié)技術(shù)具有快速、高效、節(jié)能、環(huán)保等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到人們的廣泛重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述常規(guī)電熱燒結(jié)的不足，提供一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷及其燒結(jié)方法。該方法采用微波燒結(jié)制備工藝，在加熱過(guò)程中，材料內(nèi)部溫度梯度很小，熱應(yīng)力也很小，即使在很高的升溫速率情況下，一般也不會(huì)造成材料的開(kāi)裂。而且與傳統(tǒng)的固相燒結(jié)相比，大大降低了低溫?zé)Y(jié)助劑的揮發(fā)對(duì)環(huán)境造成的損害，縮短了燒結(jié)時(shí)間、而且可以控制材料的顯微結(jié)構(gòu)，改善了材料微波介電性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷由Li2MTi3O8和N組成，Li2MTi3O8和N的重量百分比為 Li2MTi3O8 N = 98% 99. 8%: 0. 2% 2%，其中 M 為 Zn、Ni、Co 或 Mg，N 為 B203、V205、 CuO 或 Bi2O3。一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)方法，采用微波燒結(jié)制備工藝，按下列步驟進(jìn)行
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1.首先將分析純的 Li2C03、Co203、ZnO, MgO, Ni2O3 和 TiR 按化學(xué)式 Li2MTi3O8 稱量配制成主粉體，其中M為Si、Ni、Co或Mg ；2.將步驟1中主粉體按照主粉體與去離子水的重量比為1 1加入去離子水，濕式球磨混合4 8小時(shí)后烘干，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒40分鐘 150分鐘，預(yù)燒溫度800°C 950°C，升溫速率5 15°C /分鐘，保溫時(shí)間5分鐘 60分鐘，自然冷卻，得到預(yù)燒粉體；3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加N，按重量百分比預(yù)燒粉體N = 98% 99.8% 0.2% 2%配料混合，得到混合料，按混合料與去離子水的重量比為1 1加入去離子水，再次濕式球磨混合4 8小時(shí)后烘干，得到烘干混合料；4.將步驟3烘干混合料添加質(zhì)量百分濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液量占Li2MTi3O8和N總重量的3% 15%，混合均勻、造粒、壓制成型，得到陶瓷生坯，將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度550 650°C、升溫速率1°C 5°C /分鐘、保溫3 8小時(shí)，然后放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)80分鐘 200分鐘，燒結(jié)溫度825°C 925°C、 保溫時(shí)間5分鐘 60分鐘，然后以3 8°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，得到低溫微波燒結(jié)Li2MTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。上述的步驟2中的爐腔的腔壁為氧化物陶瓷或氧化物陶瓷纖維包裹形成的爐腔腔壁。上述的步驟2和步驟3中的測(cè)溫裝置均采用的是測(cè)溫范圍為385°C 1600°C的紅外測(cè)溫儀。上述的步驟2中的預(yù)燒粉體和步驟3中的Li2MTi3O8微波介質(zhì)陶瓷的相組成均為尖晶石結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法具有以下特點(diǎn)1.與傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法相比，預(yù)燒時(shí)間和燒結(jié)時(shí)間由傳統(tǒng)的10 25小時(shí)縮短到 1 6小時(shí)，大大地節(jié)約了能源，縮短了工藝生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率；2.解決了常規(guī)燒結(jié)法材料晶粒生長(zhǎng)一致性差的難題，產(chǎn)品的品質(zhì)因子相比傳統(tǒng)燒結(jié)法燒結(jié)的產(chǎn)品提高了 10 % 20 %，即Q X f值高達(dá)6000 59000GHz，高頻介電常數(shù)(ε r) 達(dá)到20 30，及諧振頻率溫度系數(shù)(τ f)??；3.大大降低了低熔點(diǎn)燒結(jié)助劑的揮發(fā)對(duì)環(huán)境造成的污染，綠色環(huán)保。


圖1為本發(fā)明Li2ZnTi3O8預(yù)燒粉體的微波燒結(jié)溫度曲線圖。橫坐標(biāo)t (min)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)T (°C )表示溫度。圖中橫坐標(biāo)t(min)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)T(°C )表示溫度。a曲線為微波燒結(jié)控制曲線，b曲線為傳統(tǒng)燒結(jié)溫度控制曲線。圖2為本發(fā)明摻入0. 3wt% B2O3的Li2ZnTi3O8微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)溫度曲線圖。圖中橫坐標(biāo)t(min)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)T(°C )表示溫度。a曲線為微波燒結(jié)控制曲線，b曲線為傳統(tǒng)燒結(jié)溫度控制曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以分析純?cè)螸i2C03、Co203、ai0、Mg0、Ni203和TW2按化學(xué)式Li2MTi3O8稱量配制主粉體，微波預(yù)燒，然后將預(yù)燒粉體添加低熔點(diǎn)物質(zhì)混合烘干后再添加粘結(jié)劑并造粒， 再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，而后放到微波爐進(jìn)行微波燒結(jié)，即可得到微波燒結(jié)低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1 =Li2ZnTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和 TiO2 4M3.62g，混合配制成主粉體。2.將步驟1中主粉體加入去離子水7kg濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒79分鐘，預(yù)燒溫度825°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻，如附圖1中微波燒結(jié)曲線a所示。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加18. 73g化03，加入去離子水6238. 6g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加623. 86g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫4 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff,升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kff,升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2ZnTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)96. 5%，微波介電性能為ε r = 25. 8，QXf = 58900GHz, τ f = -9. 7ppm/°C。實(shí)施例2 =Li2ZnTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和 TiO2 4243. 62g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水7kg濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加126. 94gV205，加入去離子水6346. 8g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加634. 68g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫6 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff,升溫速率為10°C /分鐘，在600 875°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C /分鐘，在875°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2ZnTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 3%，微波介電性能為ε r = 25. 1，QXf = 47400GHz, τ f = -12. 3ppm/°C。實(shí)施例3 =Li2ZnTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和TiO2 4243. 62g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒89分鐘，預(yù)燒溫度900°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間30分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加62. 83gCu0，加入去離子水6觀2. 7g，再次濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后添加628. 27g質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫4 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff,升溫速率為5°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kff,升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2ZnTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)96. 4%，微波介電性能為ε r = 25. 8，QXf = 36900GHz, τ f = -7. 7ppm/°C。實(shí)施例4 =Li2ZnTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和 TiO2 4243. 62g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒108分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 IO0C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加94. 72gBi203，加入去離子水6314. 60g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加631. 46g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 4小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2SiTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)96. 4%，微波介電性能為ε r = 25. 4, QXf = 42900GHz, τ f = -15. 9ppm/°C。實(shí)施例5 =Li2NiTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加18. 298g化03，加入去離子水6099. 36g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加609. 94g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 4小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2NiTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 4%，微波介電性能為ε r = 24. 6, QXf = 10900GHz, τ f = 24ppm/°C。實(shí)施例6 =Li2NiTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加124. IOgV2O5，加入去離子水6205. 17g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加620. 52g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 6小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°c /分鐘，在600 875°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在875°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2NiTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 3%，微波介電性能為ε r = 23. 8，QXf = 7400GHz, τ f = 21. lppm/°C。實(shí)施例7 =Li2NiTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒89分鐘，預(yù)燒溫度900°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間30分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加61. 42gCu0，加入去離子水6142. 50g，再次濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后添加614. 25g質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫4 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff,升溫速率為5°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kff,升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2NiTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)94. 8%，微波介電性能為ε r = 24. 3，QXf = 9900GHz, τ f = 17ppm/°C。實(shí)施例8 =Li2NiTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率IO0C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加92. 61gBi203，加入去離子水6173. 67g，再次濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后添加617. 37g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 4小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2NiTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 1%，微波介電性能為ε r = 23. 8，QXf = 11900GHz, τ f = 15ppm/°C。實(shí)施例9 =Li2CoTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加18. 30gB203，加入去離子水6099. 92g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加609. 99g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫4 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. OkW，升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kff,升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2CoTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)97. 1%，微波介電性能為ε r = 28. 4，QXf = 52900GHz, τ f = 7. lppm/°C。實(shí)施例10 =Li2CoTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加124. IlgV2O5，加入去離子水6205. 74g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加620. 57g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 6小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°c /分鐘，在600 875°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在875°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2CoTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)96. 9%，微波介電性能為ε r = 25. 1，QXf = 41400GHz, τ f = 16. 4ppm/°C。
實(shí)施例11 =Li2CoTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒89分鐘，預(yù)燒溫度900°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間30分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加61. 43g CuO，加入去離子水6143. 05g，再次濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后添加614. 31g質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫4 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff,升溫速率為5°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kff,升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2CoTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 8%，微波介電性能為ε r = 25. 8，QXf = 29600GHz, τ f = 12. lppm/°C。實(shí)施例12 =Li2CoTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒108分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 IO0C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加92. 61g Bi2O3，加入去離子水6174. 23g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加617. 42g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 4小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2CoTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 8%，微波介電性能為ε r = 25. 5, QXf = 36900GHz, τ f = 9. 5ppm/°C。實(shí)施例13 =Li2MgTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR 4738. 41g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加18. 44g氏03，加入去離子水6147. 69g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加614. 77g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1V /分鐘，保溫 4小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2MgTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 4%，微波介電性能為ε r = 26. 8, QXf = 39800GHz, τ f = 3. 5ppm/°C。實(shí)施例14 =Li2MgTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR 4738. 41g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒80分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加125. 09gV205，加入去離子水62 . 33g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加625. 43g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 6小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°c /分鐘，在600 875°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在875°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2MgTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 3%，微波介電性能為ε r = 26. 3, QXf = 29000GHz, τ f = 1. lppm/°C。實(shí)施例15 =Li2MgTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR 4738. 41g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒89分鐘，預(yù)燒溫度900°C，升溫速率 15°C /分鐘，保溫時(shí)間30分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加61. 91gCu0，加入去離子水6191. 16g，再次濕式球磨混合6小時(shí)，烘干后添加619. 12g質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度600°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫4 小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff,升溫速率為5°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C /分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2MgTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)94. 9%，微波介電性能為ε r = 27. 3，QXf = 27900GHz, τ f = 2. 4ppm/°C。實(shí)施例16 =Li2MgTi3O8低溫微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法具體按照以下步驟實(shí)施1.首先稱取純度為99%以上的分析純?cè)螸i2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR4738. 41g混合配制成主粉體；2.將步驟1中主粉體加入去離子水Ag，濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒108分鐘，預(yù)燒溫度850°C，升溫速率 IO0C /分鐘，保溫時(shí)間25分鐘，自然冷卻。3.將步驟2中預(yù)燒粉體粉碎后，添加93. 34gBi203，加入去離子水6222. 58g，再次濕式球磨混合4小時(shí)，烘干后添加622. 26g質(zhì)量濃度為5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再壓制成型，最后將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度650°C，升溫速率1°C /分鐘，保溫 4小時(shí)，然后放入2. 45GHz微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)，在室溫至600°C溫區(qū)加微波功率為1. Okff, 升溫速率為10°C /分鐘，在600 900°C溫區(qū)加微波功率1. 5 2. 2kW，升溫速率為15°C / 分鐘，在900°C保溫40分鐘，然后以6°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，即可得到低溫微波燒結(jié)Li2MgTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的相對(duì)密度達(dá)95. 8%，微波介電性能為ε r = 27. 1, QXf = 28400GHz, τ f = 5. 2ppm/°C。需要指出的是，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，上述實(shí)施例還可以舉出許多，根據(jù)申請(qǐng)人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)所提出的范圍，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)微波介質(zhì)陶瓷，其特征在于，其由Li2MTi3O8和N組成，Li2MTi3O8和N 的重量百分比=Li2MTi3O8 N = 98% 99. 8%: 0. 2% 2%，其中 M 為 Zn、Ni、Co 或 Mg， N 為 &03、V205、Cu0 或 Bi203。
2.一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)方法，其特征在于，采用微波燒結(jié)制備工藝包括以下步驟1)首先將分析純的Li2C03、Co2O3>ZnO, MgO、Ni2O3和TW2原材料按化學(xué)式Li2MTi3O8稱量配制成主粉體，其中M為Si、Ni、Co或Mg ；2)將步驟1)中主粉體按照主粉體與去離子水的重量比為1 1加入去離子水，濕式球磨混合4 8小時(shí)后烘干，烘干后粉料放入燒結(jié)缽中，將燒結(jié)缽放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒40分鐘 150分鐘，預(yù)燒溫度800°C 950°C，升溫速率5 15°C /分鐘，保溫時(shí)間 5分鐘 60分鐘，自然冷卻，得到預(yù)燒粉體；3)將步驟幻中預(yù)燒粉體粉碎后，添加N，按重量百分比預(yù)燒粉體N= 98% 99.8% 0.2% 2%配料混合，得到混合料，按混合料與去離子水的重量比為1 1加入去離子水，再次濕式球磨混合4 8小時(shí)后烘干，得到烘干混合料；4)將步驟幻烘干混合料添加質(zhì)量百分濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液量占 Li2MTi3O8和N總重量的3% 15%，混合均勻、造粒、壓制成型，得到陶瓷生坯，將陶瓷生坯放入電阻爐進(jìn)行排膠，排膠溫度550 650°C、升溫速率1°C 5°C /分鐘、保溫3 8小時(shí)， 然后放入微波燒結(jié)爐的爐腔內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)80分鐘 200分鐘，燒結(jié)溫度825°C 925°C、保溫時(shí)間5分鐘 60分鐘，然后以3 8°C /分鐘降溫至600°C關(guān)閉微波源，自然冷卻，得到低溫微波燒結(jié)Li2MTi3O8微波介質(zhì)陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法，其特征在于， 所述的步驟幻中的爐腔的腔壁為氧化物陶瓷或氧化物陶瓷纖維包裹形成的爐腔腔壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法，其特征在于， 所述的步驟2)和步驟3)中的測(cè)溫裝置均采用的是測(cè)溫范圍為385°C 1600°C的紅外測(cè)溫儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷的微波燒結(jié)方法，其特征在于， 所述的步驟2)中的預(yù)燒粉體和步驟3)中的Li2MTi3O8微波介質(zhì)陶瓷的相組成均為尖晶石結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷及其燒結(jié)方法。低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷由Li2MTi3O8和N組成，其中M元素為Zn、Ni、Co或Mg，N為B2O3、V2O5、CuO或Bi2O3。本發(fā)明采用微波燒結(jié)方法制備的產(chǎn)品性能比傳統(tǒng)固相燒結(jié)的產(chǎn)品優(yōu)越，其產(chǎn)品的高頻介電常數(shù)(εr)達(dá)到20～30，Q×f值高達(dá)6000～59000GHz，及諧振頻率溫度系數(shù)(τf)小。而且可以縮短預(yù)燒時(shí)間和燒結(jié)時(shí)間，降低燒結(jié)溫度使能夠滿足LTCC生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品性能，節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本，可用于低溫共燒陶瓷體系(LTCC)、多層介質(zhì)諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造，而且抑制了低熔點(diǎn)物質(zhì)的揮發(fā)，環(huán)保，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C04B35/64GK102320825SQ20111023364
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者周軍偉, 常寶成, 褚冬進(jìn), 覃遠(yuǎn)東, 黃紹芬 申請(qǐng)人:廣西新未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司