一种BLMT玻璃与Li2Zn3Ti4O12陶瓷复合的低温共烧陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种BLMT玻璃与Li2Zn3Ti4O12陶瓷复合的低温共烧陶瓷材料及其制备方法，低温共烧陶瓷材料的化学组成为xBLMT‑(1‑x)Li2Zn3Ti4O12，其中2.5wt％≤x≤80wt％，优选2.5wt％≤x≤30wt％，BLMT包括40～60 mol%的B2O3、0～25mol%的La2O3、0～45mol%的MgO、以及5～40mol%的TiO2。本发明专利技术的复合材料能够在满足950℃以下烧结的同时，具有介电常数可调且大于10及损耗低。

A Low Temperature Co-fired Ceramic Material of BLMT Glass and Li2Zn3Ti4O12 Ceramics and Its Preparation Method

The present invention relates to a low temperature co-fired ceramic material composed of BLMT glass and Li2Zn3Ti4O12 ceramics and its preparation method. The chemical composition of the low temperature co-fired ceramic material is xBLMT(1 x) Li2Zn3Ti4O12, of which 2.5wt%

【技术实现步骤摘要】
一种BLMT玻璃与Li2Zn3Ti4O12陶瓷复合的低温共烧陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于电子信息功能材料领域，尤其涉及适用于低温共烧陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
近年来微波技术向着更高的频率发展，并在拓展频带宽度，充分利用频带资源的同时，移动通讯和便携式终端正在向着小型化、集成化、轻量化、高可靠性和低成本方向发展。以低温共烧陶瓷(LTCC)技术为基础的多层结构设计为实现这一目标提供了解决方案，其在电子封装、射频器件和汽车电子等领域有着广泛的应用。LTCC技术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(≥5000GHz)、能够在900℃以下烧结致密及要与银电极匹配性好。目前，已商品化的材料分为：微晶玻璃系统和以低熔点玻璃相与微波陶瓷复合的陶瓷-玻璃复合材料。但目前国内尚无产业化的LTCC材料，且国外商业化的产品多集中在介电常数小于10的体系，而随着微波技术向高频化进一步发展，对大于10的LTCC材料提出了更迫切的需求。另外，现有产品仍存在难以系列化、介电损耗过大或温度系数过大的问题，限制了其进一步的市场的应用与拓展。因此，寻找合适的适用于低温共烧陶瓷材料，仍然是LTCC技术中重要研究课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是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950℃以下烧结的同时，具有介电常数可调且大于10及损耗低的低温共烧陶瓷材料。在此，一方面，本专利技术提供一种低温共烧陶瓷材料，所述低温共烧陶瓷材料的化学组成为xBLMT-(1-x)Li2Zn3Ti4O12，其中2.5wt％≤x≤80wt％，优选2.5wt％≤x≤30wt％，BLMT包括40～60mol％的B2O3、0～25mol％的La2O3、0～45mol％的MgO、以及5～40mol％的TiO2。较佳地，所述低温共烧陶瓷材料的介电常数大于10，优选大于16。较佳地，BLMT中La2O3的摩尔百分含量不为零，MgO的摩尔百分含量不为零。本专利技术中，通过调整复合材料中微晶玻璃与陶瓷相的百分质量比，可调节低温陶瓷材料的微波介电性能：介电常数为12.5～17.9，品质因数15000～54000GHz，谐振频率温度系数-53.3～16.2ppm/℃。另一方面，本专利技术还提供一种制备上述低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括：制备BLMT玻璃粉；制备Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉；将所述BLMT玻璃粉和所述Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉按照xBLMT-(1-x)Li2Zn3Ti4O12的质量比例混合，烘干后加入粘结剂造粒，压制成型得到坯体；以及将所述坯体排胶后于840～910℃烧结0.5～4小时，得到所述低温共烧陶瓷材料。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，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840～910℃烧低温制成低温共烧陶瓷材料。本专利技术所需要的BLMT玻璃粉可通过传统的玻璃融制法得到，Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉可通过固相反应法得到。由于BLMT玻璃具有低的Tg(620～680℃)，可确保复合材料在950℃以下烧结致密，而其稳定的析晶相(LaBO3，εr＝12.5,Q×f＝76000GHz；TiO2，εr＝108,Q×f＝44000GHz,τf＝+456ppm/℃)具有优异的微波介电性能，而Li2Zn3Ti4O12陶瓷的微波介电性能为：εr＝20.6,Q×f＝106,700GHz和τf＝-48ppm/℃，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10和介电损耗低。本专利技术满足950℃以下烧结的同时，能够获得具有介电常数可调且大于10及损耗低的低温共烧陶瓷材料。本专利技术中，通过调节微晶玻璃与陶瓷相可调节低温陶瓷材料的微波介电性能：介电常数为12.5～17.9，品质因数15000～54000GHz，谐振频率温度系数-53.3～16.2ppm/℃，且制备过程简单，无污染，成本低，可用于低温共烧陶瓷系统、多层介质谐振器、微波天线片、滤波器等微波器件的制造，是一种非常具有潜在应用价值的低温共烧陶瓷材料。本专利技术中，制备BLMT玻璃粉包括：按照(40～60)：(0～25)：(0～45)：(5～40)的摩尔比将B源、La源、Mg源、Ti源混合得到原料混合物A；将所述原料混合物A熔制后淬冷，得到玻璃碎片；和将所述玻璃碎片研磨、干燥、过筛，得到所述BLMT玻璃粉。较佳地，原料混合物A中La源的占比不为零，Mg源的占比不为零。较佳地，制备BLMT玻璃粉的过程中，所述B源为纯度大于99.35％的H3BO3，所述La源为纯度大于99.35％的La2O3，所述Mg源为纯度大于99.35％的MgO，所述Ti源为纯度大于99.35％的TiO2。采用纯度大于99.35％的原料制备BLMT玻璃粉，可以确保玻璃析晶相的稳定性，减少杂质对介电性能的影响。较佳地，所述熔制的温度为1200～1350℃，时间为1～1.5小时。较佳地，制备Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉包括：按Li2Zn3Ti4O12化学式将Li源、Zn源、Ti源混合，得到原料混合物B；将所述原料混合物B干燥、过筛，得到前驱体粉料；和将所述前驱体粉料于850～950℃预烧2～8小时小时，得到所述Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉。较佳地，制备Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉的过程中，所述Li源为纯度大于99.35％的Li2CO3，所述Zn源为纯度大于99.35％的ZnO，所述Ti源为纯度大于99.35％的TiO2。较佳地，所述粘结剂为重量百分比为6～8％的聚乙烯醇缩丁醛溶液、聚乙烯醇溶液中的至少一种。较佳地，所述排胶的温度为400～500℃，时间为1～4小时小时。附图说明图1为实施例2、3、4、9、11、13制备的BLMT/Li2Zn3Ti4O12复合低温共烧陶瓷材料的XRD图谱(图中，右侧百分含量表示各实施例的低温共烧陶瓷材料中BLMT玻璃粉的质量百分含量)；图2为实施例1～4、8～12制备的BLMT/Li2Zn3Ti4O12复合低温共烧陶瓷材料的介电性能随x值(BLMT玻璃粉的质量百分含量)变化的图谱(其中,a图谱表示BLMT/Li2Zn3Ti4O12复合低温共烧陶瓷材料的介电常数；b图谱表示BLMT/Li2Zn3Ti4O12复合低温共烧陶瓷材料的品质因数Q×f值；c图谱表示BLMT/Li2Zn3Ti4O12复合低温共烧陶瓷材料的谐振频率温度系数)。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术涉及一种B2O3-La2O3-MgO-TiO2(BLMT)微晶玻璃+Li2Zn3Ti4O12陶瓷的低温共烧陶瓷材料及其制备方法，其中玻璃质量百分比为2.5wt％-80wt％，陶瓷质量百分比为20wt％-97.5wt％。该低温共烧陶瓷材料的组成为xBLMT-(1-x)Li2Zn3Ti4O12，其中2.5wt％≤x≤80wt％，BLMT玻璃组分为40～60mol％B2O3-0～25mol％(优选不为零)La2O3-0～45mol％(优选不为零)MgO-5～40mol％TiO2，优选地，B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述低温共烧陶瓷材料的化学组成为xBLMT‑(1‑x)Li2Zn3Ti4O12，其中2.5wt％≤x≤80wt％，优选2.5wt％≤x≤30wt％，BLMT包括40～60 mol%的B2O3、0～25mol%的La2O3、0～45mol%的MgO、以及5～40mol%的TiO2。

【技术特征摘要】
1.一种低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述低温共烧陶瓷材料的化学组成为xBLMT-(1-x)Li2Zn3Ti4O12，其中2.5wt％≤x≤80wt％，优选2.5wt％≤x≤30wt％，BLMT包括40～60mol%的B2O3、0～25mol%的La2O3、0～45mol%的MgO、以及5～40mol%的TiO2。2.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述低温共烧陶瓷材料的介电常数大于10，优选大于16。3.一种权利要求1或2所述的低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：制备BLMT玻璃粉；制备Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉；将所述BLMT玻璃粉和所述Li2Zn3Ti4O12陶瓷粉按照xBLMT-(1-x)Li2Zn3Ti4O12的质量比例混合，烘干后加入粘结剂造粒，压制成型得到坯体；以及将所述坯体排胶后于840～910℃烧结0.5～4小时，得到所述低温共烧陶瓷材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备BLMT玻璃粉包括：按照（40～60）：（0～25）：（0～45）：（5～40）的摩尔比将B源、La源、Mg源、Ti源混合得到原料混合物A；将所述原料混合物A熔制后淬冷，得到玻璃碎片；和将所述玻璃碎片研磨、干燥、过筛，得到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海深，党明召，谢天翼，彭海益，姜少虎，姚晓刚，赵相毓，林慧兴，
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：上海,31