本发明专利技术涉及一种降低锂－铌－钛系微波介质陶瓷烧结温度的方法，属于低温共烧微波介质陶瓷领域。本发明专利技术以Ｌｉ↓［２］Ｏ、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］和ＴｉＯ↓［２］或高温下可分解为Ｌｉ↓［２］Ｏ、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］和ＴｉＯ↓［２］的化合物为原料，以氧化硼、硼酸和硅酸甲酯、硅酸乙酯等硅酸酯以及硅酸等可溶性硅酸盐为原料配制溶液，在合成料中加入溶液，采用ＰＶＡ或ＰＶＢ造粒，压制成型，排塑后在８６０～９６０℃烧结１～３ｈ。本发明专利技术有效将陶瓷烧结温度降低至９００℃左右，同时保持非常优异的微波介电性能：ε＝７１．７２１，Ｑ×ｆ＝４９３０ＧＨｚ和τｆ＝－２．１ｐｐｍ／℃，其介电性能优于未添加助烧剂的锂－铌－钛基陶瓷在１１００℃下烧结获得的微波介电性能性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于低温共烧微波介质陶瓷(LT C C)领域。
技术介绍
随着手机、蓝牙(Bluetooth)、无线网络(WLAN)以及全球定位系 统(GPS)等所有无线通讯系统的迅速发展，电子元器件日趋小型化、 集成化和模块化。LTCC技术以其优异的电学、机械、热学及工艺特 性，成为当今电子元器件集成化、模块化的首选方案。而发展LTCC 产品，最重要的关键技术是适宜于低温烧结的陶瓷材料制备技术。作 为LTCC材料，不仅要求具有合适的介电常数、低的介电损耗和小的 谐振频率温度系数，更要求具有低的烧结温度(90(TC左右)，以便 与高导电率的铜或银金属内电极共烧。锂-铌-钛基微波介质陶瓷具有高的介电常数(65 70)，烧结温度 较低，约为110(TC，通过添加适量低熔点玻璃可使烧结温度降至 90(TC以下。硼硅玻璃(B203-Si02)作为一种优异的低烧助剂在LTCC 微波介质陶瓷中被广泛使用，特别是在LTCC基板材料玻璃/氧化铝 系被大量采用。 一般来说，硼硅玻璃作为LTCC低烧助剂时，先要经 过配料、混料、玻璃熔制、出料以及淬冷等玻璃熔制的传统工艺，即 先要制备出玻璃，再作为烧结助剂掺入到LTCC微波介质陶瓷中。为 了有效降低陶瓷烧结温度，需要加入大量的低熔点玻璃( 30wt%)。 采用这种传统玻璃掺杂的方式，不仅工艺繁杂，成本较高，而且大量 玻璃相的存在，降低陶瓷致密度，破坏陶瓷显微结构均匀性，甚至大 大降低了陶瓷的微波介电性能。另外，由于玻璃粉较粗大，添加加入 基料时，与基料混合不均匀，易造成局部偏析、熔化现象，由于LTCC 工艺对陶瓷粉料的均匀性要求很高，因此，很有必要研究新的掺杂方式对微波介质陶瓷低温烧结及其对微波介电性能的影响。本专利技术采用硼硅溶液液相掺杂的方式，以解决低熔点掺杂物在基 体材料中偏析以及玻璃掺杂恶化陶瓷微波介电性能的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种可以解决低熔点掺杂物在基体材料 中偏析以及玻璃掺杂会恶化陶瓷微波介电性能等问题的方法。采用本方法制备的锂-铌-钛基微波介质陶瓷烧结温度可以降至900°C，并且 保持优异的微波介电性能。另外，采用该方法降低LNT陶瓷烧结温 度的同时，在与Ag电极低温共烧时，共烧界面清晰，在共烧界面两 侧没有元素的互扩散，具有优异的低温共烧行为。本专利技术提出的一种降低锂-铌-钛系微波介质陶瓷烧结温度的方 法，包括一下内容(1) 原料按下列配方进行配料以Li2。、 Nb2 05和Ti02或高温下可分解为Li20、 Nb2。5和Ti。2的化合物为原料；各原料组分摩尔比"20: Nb205: Ti 02 = (1 +x-y): (1-x-3y): (x+4y)，其中0. 11《x《Q33， 0.00《y^Ql;(2) 以氧化硼、硼酸和硅酸甲酯、硅酸乙酯等硅酸酯以及硅酸等可溶性硅酸盐为原料，按照硼硅玻璃二元相图低共熔点的配比(B203与Si02摩尔比为8 9: 1)，以作为溶剂，配制硼硅溶液(以下简称 BS溶液)；硼硅溶液的浓度控制在lwt 70wt%，以能够溶解溶质即 可。BS溶液作为助烧剂时，与预合成料的重量百分比0.01 0.2 wt%。(2)将分析纯的Li2C(h、 Nb20s和Ti02按上述原料配比进行配料，按混合料与去离子水的重量比为1: 1 3加入去离子水，湿法球磨24 48h， 100 120。C烘干，装入坩埚，在700 1000。C预 烧5 7h，合成主晶相；(3)在上述合成料中加入0.01 0.2 wt。/o的BS溶液，优选加入 与混合料重量比为1 3: 1的酒精，湿法球磨24 h， 100 120。C烘干， 采用8% 12% PVA或PVB造粒，在100 200 MPa的压力下成型， 压制成小16X8 mm的圆片，在600 70(TC排胶。掺杂BS溶液的 陶瓷样品在860 96(TC烧结1 3h。评测方法1.微波介电性能测试方法采用国际上通用的两端短路型介质谐振器法，该法最早是由R W. Hakki禾Q P. D. Coleman在1960年IEEE Tran& MTT.第8期 p402到p410页发表的文章中首先提出，后经W. E Courteny、 Y. Kobayashi分另U在1985年IEEE Trans. MTT.第18期p476至U p485 和第33期p586到p592发表的文章中进行了改进，所以该测试法 被称为Hakki-Coleman法。在矢量网络分析仪(E8363， Agilent, USA)上进行微波介电性能测试，采用TEm谐振模式测定陶瓷样品的 谐振频率/、相对介电常数~及介电损耗1:肌5(=1/0。样品的的谐振频率温度系数~在-25°C 85"C温度范围内测 定。测试中使用的自动控温箱为高低温交变试验箱(LGDJ-005C， Bluepard)。谐振频率温度系数h的计算公式为T (/85_/—25)io\ r「、式中，/85、 25以及/25分别是样品在85'C， -25-C以及25。C的谐 振频率。一般来说，硼硅玻璃作为助烧剂时，先要经过配料、混料、玻璃 熔制、出料以及淬冷等玻璃熔制的传统工艺，即先要制备出玻璃，再 作为烧结助剂掺入到LTCC微波介质陶瓷中。本专利技术不同于传统玻璃 助烧剂添加工艺，具有以下特点①不需要预先熔制玻璃，以液相混合物形式加入，不仅简化了 操作工艺，也降低了成本；5② 以液相形式加入，与陶瓷基料混合均匀，而采用传统方法， 添加的玻璃粉较粗大，与陶瓷基料混合不均匀，易造成局部熔化、偏析，不利于LTCC工艺要求。③ 由于是液相添加，助烧剂与陶瓷基料混合非常均匀，少量的 添加就可以极大降低陶瓷烧结温度，且保持优异的微波介电性能，而 采用传统方法，为了降低烧结温度，需要添加大量玻璃，从而会恶化 陶瓷微波介电性能。本专利技术中，采用BS溶液作为助烧剂的陶瓷样品在90(TC左右烧 结可以得到具有优异微波介电性能的陶瓷，且与Ag电极具有优良的 共烧特性。这种助烧剂液相掺杂的方法有望在LTCC技术中降低微波 介质陶瓷的烧结温度得到广泛应用。附图说明图l(a-d)分别示出了本专利技术实施例1中不同BS溶液掺杂量在 90(TC烧结2 h的样品X射线衍射图。从图可以看出，添加BS助烧 剂后，陶瓷的晶体结构没有变化，均为LNT M相(参考PDF卡片 PDFft54-1017)。图2示出了本专利技术实施例1中0. 10 wt%BS溶液掺杂量陶瓷样 品在90(TC烧结2h的样品SEM显微照片。从图可以看出，陶瓷晶 粒细小且均匀，无局部熔化、偏析现象。图3示出了本专利技术实施例1中0. 10 wt%BS溶液掺杂量陶瓷样 品在90(TC与Ag电极共烧界面EDS能谱图。从图可以看出，BS溶 液掺杂的陶瓷与Ag电极具有优异的共烧行为，共烧界面清晰，且没 有发生元素互扩散。具体实施例方式下面结合实例对本专利技术作进一步描述。实施例1:本实施例的各原料摩尔比为Li2C03: Nb205: Ti02 = 5: 3: 5， 加入重量百分比为O.Ol 0.2 wty。的BS溶液作为助烧剂，其中BS溶液中各原料摩尔比为B203: Si02 = 8.8: 1。将分析纯的Li2CO3、Nb2 05和Ti02按上述原本文档来自技高网...
【技术保护点】
降低锂－铌－钛系微波介质陶瓷烧结温度的方法，其特征在于，包括下述步骤： （１）以Ｌｉ↓［２］Ｏ、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］和ＴｉＯ↓［２］或高温下可分解为Ｌｉ↓［２］Ｏ、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］和ＴｉＯ↓［２］的化合物为原料； 各原料 组分摩尔比Ｌｉ↓［２］Ｏ∶Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］∶ＴｉＯ↓［２］＝（１＋ｘ－ｙ）∶（１－ｘ－３ｙ）∶（ｘ＋４ｙ）， 其中０．１１≤ｘ≤０．３３，０．００≤ｙ≤０．１； （２）以氧化硼、硼酸和硅酸甲酯、硅酸乙酯等硅酸酯以及硅酸等可 溶性硅酸盐为原料，按照Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］与ＳｉＯ↓［２］摩尔比为８～９∶１，以水作为溶剂，配制溶液，溶液的浓度控制在１ｗｔ～７０ｗｔ％； （３）按原料与去离子水的重量比为１∶１～３加入去离子水，球磨烘干，预烧合成主晶相； （４ ）在上述合成料中加入溶液，，采用ＰＶＡ或ＰＶＢ造粒，压制成型，排塑后在８６０～９６０℃烧结１～３ｈ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李永祥，龙艳平，王依琳，吴文骏，
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：31[中国|上海]
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