一种用于LTCC的微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于LTCC的微波介质陶瓷材料及其制备方法，所述微波介质陶瓷材料其结构表达式为：(1‑x)Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8·xBaV2O6，式中x=0.1～0.7。其制备方法是：先制得A、B位离子同时取代的Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8陶瓷主晶相，再制取BaV2O6陶瓷复合相，然后按照摩尔比（1‑x）：x（x=0.1～0.7）进行复合，在825～950℃下烧结获得。该陶瓷材料的固有烧结温度低，品质因素高：Qxf值×f达到90000GHZ以上，温度系数τf在±10ppm/℃之间，能够满足LTCC低温共烧技术要求，可广泛应用于用于谐振器、滤波器、振荡器、放大器、介质天线等微波元器件的制造，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于LTCC的微波介质陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及微波介质陶瓷领域，具体涉及一种用于LTCC的微波介质陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
LTCC（低温共烧）技术是1982年由休斯公司开发的一种实现高集成、高性能的电子封装技术，在促进电子元件向微型化、集成化和多功能化的发展方向上显示出了巨大的优势。LTCC技术中要求微波介质材料能和高电导率的Ag等电极共烧，Ag的熔点为961°C，这就要求微波介质陶瓷的烧结温度在900°C以下。目前，只有几种微波介质陶瓷能够进行低温烧结，如ZnNb2O6系、Ca[(Li1/3Nb2/3)1-xTix]O3-δ系、Li2O-Nb2O5-TiO2系、BiNbO4系、ZnO-TiO2系等，现有这些陶瓷虽能降低陶瓷烧结温度，但无法有效地进行烧结助剂与微波介电性能间的调控，或者会与Ag电极材料发生界面反应，无法真正应用到LTCC技术中。因此，寻找具有真正应用价值新型低温烧结微波介质材料迫在眉睫。Li2ZnTi3O8是一种尖晶石型陶瓷，2010年由Geroge等发现其具有优异介电特性后受到了广泛的关注。与传统的钙钛矿系介电陶瓷相比，Li2ZnTi3O8陶瓷烧结温度为1075℃，εr=25.6，Q×f=72000GHz，τf=-11.2ppm/℃，具有容易实现低温烧结、微波介电性能优良、原料成本较低、可与Ag电极共烧等优点，因此相比其他体系陶瓷更具应用价值。如何在充分发挥Li2ZnTi3O8陶瓷因子的前提下，保障其介电常数、温度系数不受大的影响甚至进一步提高，同时还能降低烧结温度，以适应LTCC技术要求，是本领域研究的难点和热点。现阶段已经有部分研究工作者做了一些尝试。Geroge等通过Mg2+部分取代Zn2+，得到Li2Zn1-xMgxTi3O8相，当x=0.9时，其烧结温度仍为1075°C，介电性能为：εr=27，Q×f=62000GHz，τf=1.1ppm/℃；Huang等在Li2ZnTi3O8陶瓷中掺杂CoO和MgO，在1140℃下制备了高Q值的Li2Zn1-xMgxTi3O8和Li2Zn1-xCoxTi3O8陶瓷，当x=0.06时，Li2(Zn0.94Mg0.06)Ti3O8陶瓷的微波介电性能获得了很大的提高，Q×f值大幅度增加，εr=26.2，Q×f=150,000GHz，τf=-13.9ppm/℃；而当x=0.08时，Li2(Zn0.92Co0.08)Ti3O8陶瓷获得优异的微波介电性能，εr=24.7，Q×f=140000GHz，τf=-13.4ppm/℃。根据目前文献资料显示，在陶瓷烧结温度、介电常数、品质因子和温度系数四个Li2ZnTi3O8关键参数上，现有离子取代技术尚无法同时做到平衡，并且在取代离子种类、数量、取代位置、取代方法的选择上过于局限，从而限制了离子取代Li2ZnTi3O8陶瓷的性能发展。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种适于LTCC技术的微波介质陶瓷材料及其制备方法，满足微波介质陶瓷LTCC低温共烧技术的应用要求。该低温烧结微波介质陶瓷材料是在A2B2O4系尖晶石型材料Li2ZnTi3O8基础上，通过同时进行多离子取代，并通过掺入BaV2O6复合相来得到高Q值、温度系数趋零的低温烧结介质陶瓷材料。本专利技术的另一个目的是提供上述低温烧结介质陶瓷材料的制备方法。实现本专利技术目的的技术方案是：一种适于LTCC技术的微波介质陶瓷材料，以介质陶瓷材料的总摩尔数为基础计，各组分及其摩尔百分含量为：(1-x)Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8·xBaV2O6，x＝0.1～0.7。上述的低温烧结微波陶瓷材料，各组分及其摩尔百分比优选的方案为：(1-x)Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8·xBaV2O6，x＝0.2～0.4。另一方面，本专利技术提供了一种制备的方法，该方法包括以下步骤：（1）陶瓷主晶相合成及多离子取代：以Li2CO3、ZnO、TiO2、CoO、Nb2O5为反应物原料，按照化学式Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8中化学计量比称量配料，然后湿式球磨24h，1050℃保温2h预烧后制得Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8固溶体结构；（2）陶瓷复合相的合成：选用BaCO3，V2O5为原料按摩尔比1:1配料，湿式球磨20h，出料烘干，600℃焙烧2h，预烧研磨后得到晶相为BaV2O6的陶瓷复合相粉料备用；（3）复合烧成：将步骤（1）中得到的陶瓷主晶相与步骤（2）中得到的陶瓷复相按照摩尔比（1-x）：x（x=0.1～0.7）进行混合，球磨细化，造粒、压制成型，825～950℃温度下烧结4h，即得到可用于LTCC的微波介质陶瓷材料。优选的，所述步骤（1）陶瓷主晶相合成及离子取代方式为：所选原料Li2CO3，ZnO、TiO2纯度均为≥99wt%，CoO、Nb2O5纯度≥99.5wt%，进行配料称量，将配好的料湿法球磨混合24h，烘干后过筛，然后在合成。步骤（1）、（2）、（3）中所述的球磨方式均为湿式球磨，球磨介质均为无水乙醇或去离子水，球磨设备均选用树脂球磨罐，磨球为氧化锆球。优选的，所述步骤（2）陶瓷复合相的合成方式为：所选原料BaCO3，V2O5纯度均为≥99.5wt%。优选的，所述步骤（3）中造粒成型方式为：采用8～10wt％的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂进行造粒，将造粒后的粉体压制成圆柱样品。优选的，所述步骤（3）中主晶相陶瓷粉料与复合相陶瓷粉料的摩尔比（1-x）：x中，x=0.2～0.4。优选的，所述步骤（1）、（2）中氧化锆球与球磨料的质量比优选为1.0～1.5∶1；无水乙醇或去离子水与球磨料的质量比优选为0.5～2.0∶1。本专利技术的有益效果：本专利技术是通过将A2B2O4尖晶石系列微波介质材料Li2ZnTi3O8同时进行多离子取代，并与BaV2O6介质材料进行复合，研制得到一种微波频段下具有介电常数稳定、低介电损耗(高Q值)、温度系数趋零，可用于LTCC低温烧结技术的多离子取代复相微波介质材料，其具有以下主要特点：(1)通过同时进行多离子取代和复相复合，微波陶瓷材料介质损耗进一步降低且具有趋零的温度系数，微波频段下具有超高的品质因素Q值，Q×f达到90000GHZ以上，τf在±10ppm/℃之间。（2）烧结温度低，通过同时进行离子取代和复相复合，可以得到烧结温度在825～950℃之间的低烧材料体系。较大地降低了介电可调材料的烧结温度。从而可以与全银或低钯含量的银(Ag)-钯(Pd)合金内电极匹配共烧，而可大大降低了低温共烧陶瓷(LTCC)的生产成本。（3）该微波介质陶瓷材料体系不含铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)等有害元素，满足了环保的要求，并且制备工艺比较简单，成本低廉，可广泛用于LTCC系统、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造。具体实施方式以下结合实施例来进一步说明本专利技术，但本专利技术并不局限于这些具体的实时方式；任何在本专利技术基础上的改变或改进，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术所提供的适于LTCC技术的多离子取代复相微波介质陶瓷的制备方法具体包括如下步骤：(1)主晶相陶瓷粉体，可采用传统的电子陶瓷粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于LTCC的微波介质陶瓷材料，其结构式为(1‑x)Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8·xBaV2O6，其中x＝0.1～0.7。

【技术特征摘要】
1.一种用于LTCC的微波介质陶瓷材料，其结构式为(1-x)Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8·xBaV2O6，其中x＝0.1～0.7。2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其结构式为(1-x)Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8·xBaV2O6，其中x＝0.2～0.4。3.根据权利要求1-2任一所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于，在825～950℃温度下烧结4h后，其品质因素Q×f达到90000GHZ以上，温度系数τf在±10ppm/℃之间。4.一种如权利要求1-2任一所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，陶瓷主晶相合成及多离子取代：以Li2CO3、ZnO、TiO2、CoO、Nb2O5为反应物原料，按化学式Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8中化学计量比配料，然后湿式球磨，出料烘干，预烧后制得Li2(Zn0.92Co0.08)(Ti0.95Nb0.05)3O8固溶体结构；步骤2，陶瓷复合相的合成：以BaCO3、V2O5为原料，按摩尔比1:1进行配料，湿式球磨，烘干预烧研磨后得到晶相为BaV2O6的复合相陶瓷粉料备用；步骤3，复合烧成：将步骤1中得到的陶瓷主晶相与步骤2中得到的陶瓷复合相按摩尔比（1-x）：x（x=0....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建国，彭铁缆，汤育才，张学华，
申请(专利权)人：湖南先导电子陶瓷科技产业园发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43