一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，所述的低温共烧陶瓷材料由CaO‑B2O3‑SiO2系统微晶玻璃与CaO‑B2O3‑SiO2系统陶瓷组成，其中CBS玻璃含量为72~95wt%，CBS陶瓷含量为5~28wt%。与现有材料相比，本发明专利技术所采用的原料主要为碳酸钙、硼酸、二氧化硅，制备工艺简单，成本较低。本发明专利技术所制备的低温共烧陶瓷材料低介电常数、低损耗(小于0.0017)，在840~920℃烧结致密，同时可以与金、银实现匹配共烧。

A low temperature co fired ceramic material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及低温共烧陶瓷材料及其制备领域，具体涉及一种通过固液相反应制备低温共烧陶瓷材料的方法，及由此得到低介电常数、低介电损耗的低温共烧陶瓷材料。
技术介绍
现有低温共烧陶瓷材料可分为两种体系：一种为玻璃-陶瓷瓷复合材料体系，一种为微晶玻璃材料体系。现有玻璃-陶瓷复合体系低温共烧陶瓷材料为达到低损耗要求，其物相主要为陶瓷相，如氧化锆、氧化铝、氧化硅等。由于单一陶瓷相的烧结温度在1400~1900℃左右，因此为了降低烧结温度需要加入低熔点玻璃。申请号为201010582325.7的专利公开了一种低软化点玻璃-陶瓷系低温共烧陶瓷材料，主要是低软化点玻璃相和陶瓷相，玻璃相与陶瓷相的质量比为（4.5～2）:3，玻璃相的大量加入影响了介电性能，尤其是介电损耗偏大。
技术实现思路
针对现有低熔点玻璃-陶瓷系低温共烧陶瓷材料所存在的问题，本专利技术提供了一种可以在840~920℃烧结致密，介电常数在6.0~7.7，损耗角正切小于0.0017的微晶玻璃-陶瓷系低温共烧陶瓷材料，并提供了一种制备低温共烧陶瓷材料的方法。有鉴于此，本专利技术提供了一种低温共烧陶瓷材料，由以下组分组成：72~95wt%的CaO-B2O3-SiO2系统微晶玻璃（CBS微晶玻璃），5~28wt%的CaO-B2O3-SiO2系统陶瓷（CBS陶瓷），其中：所述的CBS微晶玻璃由CaO、B2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2O、K2O、Li2O组成。所述的CBS陶瓷由CaO、B2O3、SiO2组成。上述的CBS微晶玻璃与CBS陶瓷均为钙硼硅体系，互相之间具有很好的润湿性，并具有低的介电常数，低的介电损耗。优选地，所述CBS微晶玻璃主要由以下质量分数的氧化物组成：CaO:21~24%；B2O3:30~33%；SiO2:45~48%；TiO2:1~4%；ZrO2:1~5%；Na2O:0.5~3%；K2O:0.5~3%；Li2O:0.5~3%。优选地，所述CBS陶瓷中CaO、B2O3、SiO2的摩尔比按照式（1）确定：（1-x-y）CaO-0.5xB2O3-ySiO2(1);其中0.25<x<0.5，0.12<y<0.3。上述低温共烧陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：(1)将CaCO3、H3BO3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2CO3、K2CO3、Li2CO3湿法混合，烘干，过筛，混合粉体熔融成玻璃液（熔体），将所述玻璃液水淬处理形成玻璃熔块，然后粉碎成玻璃粉，即得到CBS微晶玻璃粉。(2)根据CBS陶瓷化学通式（1），计算并称取CaCO3，H3BO3和SiO2，将其进行湿法混合处理，烘干后过筛，再进行合成预烧，得到CBS陶瓷合成料块体，将陶瓷合成料块体粉碎，过筛，得到（1-x-y）CaO-0.5xB2O3-ySiO2陶瓷粉体。在本专利技术的一个实施例中，在制备低温共烧陶瓷材料的过程中，首先制备了CBS微晶玻璃粉与CBS陶瓷粉，然后将玻璃粉与陶瓷粉湿法混合，烘干，过筛，即得到低温共烧陶瓷粉。优选地，步骤（1）中玻璃的熔融温度：1350℃~1500℃，时间为3~6h（h，小时，下同）。优选地，步骤（2）中陶瓷的预烧温度：810℃~1050℃，时间为2~8h。本专利技术提供了一种低温共烧陶瓷材料，由以下组分组成：72~95wt%的CBS微晶玻璃，5~28wt%的CBS陶瓷；所述的微晶玻璃为CBS玻璃，所述陶瓷由CaO、B2O3与SiO2组成为CBS陶瓷。与现有低温共烧陶瓷材料相比，本专利技术以CBS微晶玻璃为低熔点玻璃，析晶程度较高；本专利技术以CaO、B2O3、SiO2组分为陶瓷材料，与CBS微晶玻璃主要氧化物成分的种类相同，具有很好地相似相容特性，通过控制陶瓷材料中的CaO、B2O3与SiO2的摩尔百分比，进而可调节陶瓷材料的介电常数，然后通过与不同比例的CBS微晶玻璃匹配复合，可得到在840~920℃烧结致密（可见图2），在9~13GHz的条件下，介电常数为6.0~7.7，损耗角正切小于0.0017的一种新型低温共烧陶瓷材料。本专利技术得到的低温共烧陶瓷材料需要跟银、金电极进行共烧，而银、金电极较佳共烧温度为830~900℃，因此本专利技术所制备的低温共烧陶瓷材料可以很好跟地与银、金电极进行共烧（可见图3）。附图说明图1为根据本专利技术一实施例中低温共烧陶瓷材料烧结后的XRD（X射线衍射）图谱；图2为根据本专利技术一实施例中低温共烧陶瓷材料烧结后断面SEM（扫描电子显微镜）图谱（1000倍）；图3为根据本专利技术一实施例中低温共烧陶瓷与银电极共烧后断面SEM图谱（250倍）。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合一些实施例对本专利技术具体实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。根据本专利技术的一个实施例中，一种低温共烧陶瓷材料由以下组分组成：72~95wt%的CBS微晶玻璃，5~28wt%的CBS陶瓷。所述的CBS微晶玻璃由CaO、B2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2O、K2O、Li2O组成。所述的CBS陶瓷由CaO、B2O3、SiO2组成。本专利技术的低温共烧陶瓷主要与银、金电极进行共烧，而银、金电极较佳共烧温度为830~900℃，而现有陶瓷-低熔点玻璃体系的低温共烧陶瓷材料：陶瓷为主，加低熔点玻璃助烧，此体系烧结温度偏高，而且介电损耗随着低熔点玻璃的加入逐渐增加，不能满足现有与银、金电极共烧的要求。因此通过自身析晶程度较高，还可做助烧材料的CBS微晶玻璃，搭配做骨架的CBS陶瓷材料，可达到低温共烧材料的要求。在本专利技术的一个实施例中，所述的CBS微晶玻璃含量72~95wt%，优选为74~94wt%，由于其在700~800℃玻化，若玻璃量过少，则难以满足烧结温度的要求，若玻璃量过高，则介电常数调控范围过窄。所述的CBS陶瓷含量5~28wt%，优选为6~26wt%，若所述陶瓷含量过高，则难以满足烧结温度的要求，若所述陶瓷含量过低，则介电常数调控范围过窄。本专利技术的一个实施例中，所述的CBS微晶玻璃主要由CaO、B2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2O、K2O、Li2O组成。B2O3、SiO2的加入可满足低介电常数的要求；ZrO2、TiO2的加入会促进玻璃的析晶，降低介电损耗；Na2O、K2O、Li2O的加入，可降低玻璃液粘度，增加玻璃液的流动性。本专利技术的一个实施例中，所述的CBS陶瓷均仅由CaO、B2O3、SiO2三种氧化物组成，其与CBS微晶玻璃中主要氧化物成分相同、含量相近，有很好的相似相容性，而且CaO介电常数11.8，可提高CBS陶瓷的介电常数，SiO2介电常数较低，可降低CBS陶瓷的介电常数，可根据两者氧化物不同的比例，调控CBS陶瓷的介电常数。CBS玻璃搭配CBS陶瓷，可根据不同的玻璃与陶瓷的比例，调控低温共烧陶瓷的介电常数以及烧结温度。作为优选方案，所述的CaO、B2O3和SiO2的摩尔比按照表达式（1-x-y）CaO-0.5xB2O3-ySiO2确定。本专利技术的一个实施例中，选择CBS陶瓷，一方面由于其烧结温度高，可以搭配低温玻化的CBS玻璃，进而将低温共烧陶瓷的烧结温度调整至合适的范围；另一方面，其主要组分为CaO、B2O3、SiO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温共烧陶瓷材料，由以下组分组成：72~95wt%的CBS微晶玻璃 ，5~28wt%的CBS陶瓷，其中：所述CBS微晶玻璃由CaO、B2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2O、K2O、Li2O组成，所述CBS陶瓷由CaO、B2O3、SiO2组成。

【技术特征摘要】
1.一种低温共烧陶瓷材料，由以下组分组成：72~95wt%的CBS微晶玻璃，5~28wt%的CBS陶瓷，其中：所述CBS微晶玻璃由CaO、B2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2O、K2O、Li2O组成，所述CBS陶瓷由CaO、B2O3、SiO2组成。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CBS陶瓷中CaO、B2O3、SiO2的摩尔比按照下式确定：（1-x-y）CaO-0.5xB2O3-ySiO2，其中0.25<x<0.5，0.12<y<0.3。3.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CBS微晶玻璃，由21~24wt%CaO；30~33wt%B2O3；45~48wt%SiO2；1~4wt%TiO2；1~5wt%ZrO2；0.5~3wt%Na2O；0.5~3wt%K2O；0.5~3wt%Li2O组成。4.一种低温共烧陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：称取原料CaCO3、H3BO3、SiO2、TiO2、ZrO2、Na2CO3、K2CO3、Li2CO3，进行湿法混合处理，烘干，熔融成玻璃熔体，将所述玻璃熔体水淬得到玻璃熔块，将所述玻璃熔块烘干后粉碎成玻璃粉，得到CBS微晶玻璃粉；称取原料CaCO3，H3BO3和SiO2并进行湿法混合处理，烘干后过筛，预烧，得到陶瓷块体，将陶瓷块体粉碎，过筛，得到CBS陶瓷粉；将所述CBS微晶玻璃粉与所述CBS陶瓷湿法混合均匀，烘干，过筛，即可得到低温共烧陶瓷粉体。5.根据权利要求4所述的低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自豪，兰开东，
申请(专利权)人：上海晶材新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31