一种中介电常数低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种中介电常数低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。具体地，通过在所述陶瓷材料的制备过程中使用低熔点助烧剂，本发明专利技术实现了所述陶瓷材料的低温烧结，并且获得了微波介电性能优异的微波介质陶瓷材料。了微波介电性能优异的微波介质陶瓷材料。

【技术实现步骤摘要】
一种中介电常数低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子信息功能陶瓷材料与器件
，具体地涉及一种中介电常数低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着移动通信技术的发展，对微波通信系统提出了高频化、集成化、高可靠性、低延时性的要求，特别是5G的发展、6G的布局，移动通信技术的不断升级，对移动通信设备的低损耗、低延时及小型化提出了强烈的需求，从而对其中所使用的不可或缺的微波介质陶瓷材料提出了更高的挑战。作为移动通信设备中不可或缺的微波介质陶瓷，在未来通信时代发挥着不可替代的功能，因此研发出烧结温度低、介电常数连续可调、损耗低、温度频率系数近零等优异性能的新型微波介质陶瓷材料具有重要的工程意义和商业价值。
[0003]具有复合钙钛矿结构的微波陶瓷材料研究始于20世纪90年代，其中Ba(Mg
1/3
Ta
2/3
)O3(BMT)和Ba(Zn
1/3
Ta
2/3
)O3(BZT)陶瓷材料具有优良的微波介电性能，可用于制备微波滤波器、谐振器等器件，并且已经得到商业化应用。然而由于Ta2O5的价格昂贵，抬高了其原料成本，限制了其大规模应用，促使研究人员去探索更为廉价且具有优异微波性能的材料。Nb2O5是一种来源广泛且价格低廉的氧化物，利用它来代替Ta2O5在适当的条件下也可以制得性能良好的微波介质陶瓷材料，即Ba(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3(BZN)陶瓷。早在20世纪80年代，Shoichiro等人就报道了BZN陶瓷的优异微波性能：Qf≈87000GHz(9.5GHz)，ε
r
＝41，τ
f
＝31ppm/℃。近40年来，研究人员在BZN微波介质陶瓷进行了大量的研究，包括陶瓷烧结工艺的优化、配方设计、退火工艺等方面的研究。2018年Lingxia等人采用Mo
6+
替换少量Nb
5+
对BZN陶瓷微波性能进行改性研究，经过1435℃烧结1300℃退火的Ba3Zn(Nb
1.992
Mo
0.008
)O
9.004
样品具有最佳的微波性能：Qf＝102931GHz(～6GHz)，ε
r
＝38.9，τ
f
＝19.2ppm/℃。但是，前期的研究工作中材料的烧结温度都大于1300℃，无法与Cu、Ag等金属电极共烧，不能满足现在低温共烧陶瓷(LTCC,Low Temperature Co
‑
fired Ceramic)无源集成技术的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低温烧结的微波介质陶瓷材料及其制备和应用。
[0005]本专利技术的第一方面，提供了一种BZN基微波介质陶瓷材料，所述陶瓷材料由BZN粉体和助烧剂烧结得到；
[0006]所述BZN粉体的组成为Ba(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3，且所述BZN粉体占所述陶瓷材料的体积百分比为50
‑
99.9％；
[0007]所述助烧剂的组成为aA
x
O
y
–
bWO3，且所述助烧剂占所述陶瓷材料的体积百分比为0.1
‑
50％；
[0008]其中，A为选自下组的元素：Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Fe、Co、Ni、Pb、Sn、稀土元素、B、Al、Ga、In、Bi、Zr、Hf、Ti；
[0009]1≤x≤2，1≤y≤2；
[0010]0＜a≤2，0＜b≤3。
[0011]在另一优选例中，所述BZN粉体占所述陶瓷材料的体积百分比为60
‑
99％，较佳地70
‑
98％，更佳地80
‑
97％，最佳地85
‑
96％。
[0012]在另一优选例中，所述助烧剂占所述陶瓷材料的体积百分比为1
‑
40％，较佳地2
‑
30％，更佳地3
‑
20％，最佳地4
‑
15％。
[0013]在另一优选例中，x为1或2；和/或
[0014]y为1、1.5或2。
[0015]在另一优选例中，a为0.5、1、1.5或2；和/或
[0016]b为1、2或3。
[0017]在另一优选例中，所述陶瓷材料具有选自下组的一个或多个特征：
[0018]1)所述陶瓷材料的品质因数Qf为3000
‑
100000GHz，较佳地5000
‑
95000GHz，更佳地8000
‑
80000GHz，最佳地10000
‑
70000GHz；
[0019]2)所述陶瓷材料的介电常数ε
r
为18
‑
50，较佳地20
‑
45，更佳地25
‑
42，最佳地30
‑
41；
[0020]3)所述陶瓷材料的温度频率系数τ
f
为
‑
50～+50ppm/℃，较佳地
‑
20～+20ppm/℃，更佳地
‑
10～+10ppm/℃，最佳地
‑
2～+6ppm/℃。
[0021]本专利技术的第二方面，提供了一种本专利技术第一方面所述陶瓷材料的制法，所述制法包括如下步骤：
[0022]1)提供BZN粉体、助烧剂、分散剂；
[0023]2)混合所述BZN粉体和所述助烧剂，得到第一混合物，球磨所述第一混合物和分散剂，得到经球磨的第一混合物；
[0024]3)干燥所述经球磨的第一混合物，得到经干燥的第一混合物；
[0025]4)将所述经干燥的第一混合物压制成型，得到陶瓷坯体；
[0026]5)在空气中烧结处理所述陶瓷坯体，得到本专利技术第一方面所述陶瓷材料。
[0027]在另一优选例中，所述BZN粉体是如下制备的：
[0028]a
‑
1)提供组分一、组分二、组分三、分散剂；
[0029]所述组分一为Ba的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐；
[0030]所述组分二为Zn的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐；
[0031]所述组分三为Nb的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐；
[0032]a
‑
2)按照Ba(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3的比例对组分一、组分二和组分三进行配料，得到原料组合物；将原料组合物和分散剂混合，球磨，得到经球磨的原料组合物；
[0033]a
‑
3)干燥所述经球磨的原料组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BZN基微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料由BZN粉体和助烧剂烧结得到；所述BZN粉体的组成为Ba(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3，且所述BZN粉体占所述陶瓷材料的体积百分比为50
‑
99.9％；所述助烧剂的组成为aA
x
O
y
–
bWO3，且所述助烧剂占所述陶瓷材料的体积百分比为0.1
‑
50％；其中，A为选自下组的元素：Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Fe、Co、Ni、Pb、Sn、稀土元素、B、Al、Ga、In、Bi、Zr、Hf、Ti；1≤x≤2，1≤y≤2；0＜a≤2，0＜b≤3。2.如权利要求1所述陶瓷材料，其特征在于，所述BZN粉体占所述陶瓷材料的体积百分比为60
‑
99％。3.如权利要求1所述陶瓷材料，其特征在于，所述助烧剂占所述陶瓷材料的体积百分比为1
‑
40％。4.如权利要求1所述陶瓷材料，其特征在于，x为1或2；和/或y为1、1.5或2。5.如权利要求1所述陶瓷材料，其特征在于，a为0.5、1、1.5或2；和/或b为1、2或3。6.一种权利要求1所述陶瓷材料的制法，其特征在于，所述制法包括如下步骤：1)提供BZN粉体、助烧剂、分散剂；2)混合所述BZN粉体和所述助烧剂，得到第一混合物，球磨所述第一混合物和分散剂，得到经球磨的第一混合物；3)干燥所述经球磨的第一混合物，得到经干燥的第一混合物；4)将所述经干燥的第一混合物压制成型，得到陶瓷坯体；5)在空气中烧结处理所述陶瓷坯体，得到权利要求1所述陶瓷材料。7.如权利要求6所述制法，其特征在于，所述BZN粉体是如下制备的：a
‑
1)提供组分一、组分二、组分三、分散剂；所述组分一为Ba的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐；所述组分二为Zn的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐；所述组分三为Nb的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐；a
‑
2)按照Ba(Zn
1/3
Nb
2/3
)O3的比例对组分一、组分二和组分三进行配料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先强，付振晓，汪宏，张学辉，
申请(专利权)人：广东风华高新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：