一种介电可调的陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电子材料与器件技术领域，具体涉及一种烧结温度在９５０℃以下的陶瓷材料及其制备方法。本发明专利技术所述的低温烧结陶瓷材料，各组分及其质量百分比为：Ｂａ↓［（１－ｘ）］Ｓｒ↓［ｘ］ＴｉＯ↓［３］（ｘ＝０．２－０．６）７５．０ｗｔ％～９５．０ｗｔ％、ＭｇＯ０．１５ｗｔ％～１５ｗｔ％、Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］０ｗｔ％～１．０ｗｔ％、Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］３．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％。本发明专利技术的陶瓷材料是通过ＭｇＯ改性剂和Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］－Ｌｉ↓［２］Ｏ助烧剂的同时对ＢＳＴ陶瓷材料进行复合掺杂改性，从而得到了介电常数可以系列化变化（１００～２０００），且能低温烧结（８５０℃～９５０℃）的ＢＳＴ陶瓷材料，适宜于ＬＴＣＣ技术和微波可调器件的应用。

Dielectric adjustable ceramic material and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of electronic materials and devices, in particular to a ceramic material with a sintering temperature below 950 DEG C and a preparation method thereof. Low temperature sintered ceramic material of the invention comprises the components and mass percentage: Ba down, (1 - x) Sr: X TiO: 3 (x = 0.2 - 0.6) 75.0wt% ~ 95.0wt%, MgO0.15wt% ~ 15wt%, B: 2 O: 3 0wt% ~ 1.0wt% Li: 2 CO: 3 3.0wt% ~ 10.0wt%. The invention of the ceramic material by MgO modifier and B: 2 O: 3 Li: 2 O sintering agent and BST ceramic composite materials doped, thus obtained the dielectric constant can be a series of changes (100 ~ 2000), and low temperature sintering (850 to 950 DEG C) BST ceramic material, suitable for LTCC and microwave tunable devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子材料与器件
，具体涉及一种烧结温度在950℃以下的陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
信息技术的飞速发展，迫切要求高速数据和高电流密度传输，电子线路日益向微型化、集成化和高频化的方向发展，这就对电子元件提出了尺寸微小、高频、高可靠性、成本低廉和高集成度的要求。低温共烧陶瓷(LTCC)技术就是将元件和线路以印刷方式整合至多层陶瓷基板上，再通过低温一次烧结，使元件稳定地埋入基板结构中，从而达到元件高度集成化及产品小型化的目的。对于LTCC技术而言，作为无源元件集成的主流技术，不但可以解决片式元件的封装尺寸极限问题，而且具有以下优点(1)在2.4MHz～80GHz频率范围内，LTCC技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术；(2)由于批量生产设备和工艺的引入，原材料成本降低以及在中国进行加工制造，LTCC产品的成本得以大幅度的降低；(3)由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件，模块尺寸减小20％～40％，系统成本更低；(4)满足无线应用RF频率范围要求的电子模块材料中，LTCC材料是最理想的材料。LTCC技术用高性能电子材料是LTCC器件开发与生产的一个重要方面，利用铁电陶瓷材料的电学非线性是实现无源可调谐微波器件的重要技术途径，开发应用于微波可调器件的BST低温共烧陶瓷材料已成为当前的研究热点。近年来，钛酸锶钡(BST)陶瓷材料由于在直流电场作用下，具有介电常数非线性可调的优异介电性能，在微波可调器件(移相器、滤波器等)应用领域有着重要的意义。但是，采用传统的电子陶瓷制备工艺，BST陶瓷的烧结温度一般在1350℃以上，如此高的烧结温度基本不能与廉价银、铜电极材料共烧，很难满足LTCC的技术要求。此外，对于BST陶瓷材料，一般具有高的介电常数，在微波可调器件应用方面，要求材料具有合适的介电常数，才能满足阻抗匹配。因此，LTCC技术用BST陶瓷材料开发的关键难点也就是在保证材料具备适当的介电性能(介电常数、高低频介电损耗以及可调性等)的前提下，如何解决材料的低温烧结(即与廉价银、铜电极材料共烧)问题。对于提高BST材料的介电性能的手段主要还是通过掺杂改性，美国专利us5,635,434“Louise Sengupta，Warwick.Ceramic Ferroelectric Composite Material-BSTO-MagnesiumBased ompound.”报道利用Mg类改性剂(MgO、MgZrO3、MgAl2O4、MgTiO3)来改性，Mg类改性剂对降低BST陶瓷的介电常数都有显著的效果，而MgO对降低BST陶瓷的低频损耗效果最好，但使材料的电压可调性下降；这些通过Mg类改性剂的掺杂虽然有效降低了BST陶瓷的介电常数和介电损耗，但烧结温度都在1350℃以上，基本不能满足LTCC工艺的要求。关于降低BST陶瓷材料的烧结温度的方法主要有(1)添加低熔点氧化物或玻璃相烧结助剂，如B2O3、Li2O、Zn/Ba-B-Si玻璃等；(2)选用先进的制备工艺和手段，如溶胶-凝胶法，水热法等；(3)使用超精细颗粒的原材料，如纳米粉体、超细粉体原料等。通过掺杂低熔点氧化物或玻璃相烧结助剂降低BST陶瓷烧结温度的研究工作已有不少报道， 如文献“S.M.Rhim，S.Hong，H.Bak，et al..Effects of B2O3Addition on the Dielectric andFerroelectric Properties of Ba0.7Sr0.3TiO3Ceramics.J.Am.Ceram.Soc.，2000，83(5)1145-1148”通过添加0.5wt％B2O3，将BST陶瓷的烧结温度降低到1150℃，其介电性能基本保持不变。文献“Matjaz Valant，Danilo Suvorov.Low-Temperature Sintering of(Ba0.6Sr0.4)TiO3.J.Am.Ceram.Soc.，2004，87(7)1222-1226”采用0.4wt％的Li2O掺杂BST时，烧结温度可以降低到900℃，其介电损耗和可调性分别为0.0045和13.5％(测试频率为1MHz，外加直流电场为30kV/cm)，同时有少量杂相产生。文献“T.Hu，H.Jantunen，A.Uusimaki，et al..Ba0.7Sr0.3TiO3Powders with B2O3Additive Prepared by the Sol-Gel Methodfor Use as Microwave Material.Mater.Sci.Semiconduct.Process.，2002，5(2-3)215-221”通过溶胶-凝胶法获得的Ba0.7Sr0.3TiO3超细粉体，同样通过添加B2O3和Li2O助烧剂，Ba0.7Sr0.3TiO3陶瓷烧结温度也可降到900C，在室温条件下，1kHz测试频率下得到的介电常数为4290，损耗达到0.005，而可调性未见其报道，且采用溶胶-凝胶工艺获得BST粉体成本相对较高。文献“程华容，朱景川，全在昊等.烧结工艺对B2O3掺杂Ba1-xSrxTiO3梯度陶瓷介电性能的影响.无机材料学报，2005，20(5)1145-1152”报道在BST中适当掺杂B2O3比未掺杂相同成分BST陶瓷烧结温度降低了150℃，但介电性能较差，B2O3掺杂0.5wt％，室温下损耗达到0.095。这些单一通过B203和Li02助烧剂的添加降低了BST陶瓷的烧结温度，但介电常数仍保持较高，在2000以上，因此也很难复合微波器件的空间阻抗匹配要求。目前，介电常数合适，且能低温烧结，适宜于LTCC技术和微波可调器件应用的BST陶瓷材料还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种具有介电可调性的低温烧结陶瓷材料。本专利技术的另外一个目的是提供上述这种具有介电可调性的低温烧结陶瓷材料的制备方法。本专利技术的构思是这样的由于Mg类改性剂对降低BST陶瓷的介电常数都有显著的效果，添加低熔点氧化物或玻璃相烧结助剂可以降低烧结温度，所以尝试同时采用镁类改性剂和助烧剂的方法，通过试验来选取具体应用那种改性剂和助烧剂，并确定各个组分的有效含量，从而得到介电常数可以系列化变化，且能低温烧结的BST陶瓷材料，适宜于LTCC技术和微波可调器件的应用。为达上述目的，本专利技术采用的技术方案如下一种低温烧结陶瓷材料，各组分及其质量百分比为Ba(1-x)SrxTiO3(x＝0.2～0.6) 75.0wt％～95.0wt％MgO 0.15wt％～15wt％B2O30wt％～1.0wt％Li2CO33.0wt％～10.0wt％。上述的低温烧结陶瓷材料，各组分及其质量百分比优选的方案为Ba(1-x)SrxTiO3(x＝0.2～0.6)80.0wt％～95.0wt％MgO0.15wt％～5wt％B2O30wt％～0.75wt％Li2CO34.0wt％～10.0wt％。本专利技术所提供的低温烧结陶瓷材料制备方法包括如下步骤按配比称取Ba(1-x)SrxTiO3(x＝0.2～0.6)粉体、MgO、B2O3和Li2CO3，加入氧化锆球和无水乙醇或水，球磨20～24小时，出料烘干研磨成粉料，过200目筛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结陶瓷材料，各组分及其质量百分比为：Ｂａ↓［（１－ｘ）］Ｓｒ↓［ｘ］ＴｉＯ↓［３］（ｘ＝０．２～０．６）７５．０ｗｔ％～９５．０ｗｔ％ＭｇＯ０．１５ｗｔ％～１５ｗｔ％Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］０ｗｔ％ ～１．０ｗｔ％Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］３．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，丑修建，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]