本发明专利技术公开了一种低温烧结的铋基微波介质陶瓷及其制备方法，该陶瓷材料结构表达式为：Bi(Fex/3Mo2x/3V1-x)O4，其中0.02≤x≤0.95。本发明专利技术的铋基高K低温烧结微波介质陶瓷材料具有以下特点：相对介电常数可调（32.8~75.5），低频下介电损耗小（tanδ<5×10-4，1MHz），微波性能良好（Qf＝9,100GHz~13,200GHz），烧结温度较低（800°C~840°C），谐振频率温度系数可调（-220ppm/°C~+240ppm/°C），化学组成及制备工艺简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子陶瓷及其制备领域，特别涉及ー种低温烧结的铋基微波介质陶瓷及其制备方法。
技术介绍
随着电子线路日益微型化、集成化和高频化，电子元件必须尺寸小，具有高频、高可靠、价格低廉和高集成度等特性。为移动通信器件和便携终端进ー步小型化，通常采用多层集成电路技术(multilayer integration circuit, MLIC)制造片式微波介质谐振器、滤波器及具有优良高频使用性能的片式陶瓷电容器(multilayer ceramic cap acitors,MLCC)等。低温共烧陶瓷(low temperature cofired ceramic,LTCC)以其优异的电学、机械、热学及エ艺特性，将成为未来电子器件集成化、模块化的首选材料。开发和研究LTCC材料和エ艺是微波器件小型化的关键。LTCC产品性能的优劣首先取决于所选用材料的性能。LTCC陶瓷材料主要包括，微波器件材料、封装材料和LTCC基板材料。介电常数是LTCC材料最关键的性能。要求介电常数在2 20000范围内系列化以适用于不同的工作频率。例如，相对介电常数为3. 8的基板适用于高速数字电路的设计；相对介电常数为6 80的基板可很好地完成高频线路的设计；相对介电常数高达20000的基板，则可以使高容性器件集成到多层结构中。高频化是数字产品发展必然的趋势，发展低介电常数(低于10)的LTCC材料以满足高频和高速的要求是LTCC材料如何适应高频应用的ー个挑战。Ferro A6和Du Pont的901系统介电常数为5. 2 5. 9，ESL公司的4110-70C为4. 3 4. 7, NEC公司LTCC基板介电常数为3. 9左右，介电常数低达2. 5的介质体系正在研发之中。谐振器的尺寸大小与介电常数的平方根成反比，因此作为介质材料时，要求介电常数要大，以减小器件尺寸。目前，超低损耗或超高Q值、相对介电常数>100乃至>150的介质材料是研究的热点。需要较大电容量的电路，可以采用高介电常数的材料，也可在LTCC介质陶瓷基板材料层中夹入有较大介电常数的介质材料层，其介电常数可在2(Γ100之间选择。介电损耗也是射频器件设计时ー个重要考虑參数，它直接与器件的损耗相关，理论上希望越小越好。目前，生产用于射频器件的LTCC材料主要有DuPont (951、943)、Ferro(A6M、A6S)、Heraeus (CT700、CT800 和 CT2000)和 Electro-science Laboratories。他们不仅可以提供介电常数系列化的LTCC生瓷带，而且也提供与其相匹配的布线材料。综上所述，随着微波介质陶瓷广泛应用于介质谐振器、滤波器、介质波导、介质基板以及介质超材料等领域，为了满足器件小型化以及集成化的发展需要，低温共烧陶瓷技术(LTCC)以其不可替代的奇特优势，逐渐成为器件开发制造的主流技木。因此，寻找、制备与研究高介电常数(ε ,40)、低损耗(Qf > 5000GHz)、近零谐振频率温度系数(TCF=0ppm/° C)、低烧结温度(低于Ag、Cu、Au、Al等常用金属的熔点)且跟金属电极烧结匹配、低成本(不含或者含有少量贵重金属)、环保(至少无铅，尽量不含或者含有较少有毒原材料)的新型微波介质陶瓷成为了人们当前研究的热点与重点。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供，该陶瓷不需要添加任何助烧剂就可以在780 840°C烧结的、可应用于LTCC的高性能铋基微波介质陶瓷。本专利技术是通过以下技术方案来实现一种低温烧结的铋基微波介质陶瓷，该陶瓷的组成表述为Bi (Fex73Mo2x73V1^x) O4,其中 0. 02 彡 X 彡 0. 95。 所述的低温烧结的铋基微波介质陶瓷中，Bi3+离子占据A位，Fe3+、V5+和MoO6+构成的复合离子占据B位。所述的低温烧结的铋基微波介质陶瓷的烧结温度为780 840°C，其相对介电常数为32. 8 75. 5，IMHz下介电损tan 8 <5X1(T4，微波性能Qf = 9，100 13，200GHz，谐振频率温度系数为-220 +240ppm/°C。一种低温烧结的铋基微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤I)将钥、铁、钒和铋的氧化物按照 Bi (Fex73Mo2x73V1^x)O4,0. 02 彡 x 彡 0. 95 中 Bi =Fe Mo V的摩尔比混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛并压制成块状体，然后在650 750°C下保温4 10h，得到样品烧块；2)将样品烧块粉碎，充分球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的粉末压制成块状体，然后在650 750°C下保温4 10h，得到二次样品烧块；3)将二次样品烧块粉碎，充分球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的粉末压制成型，然后在780 840°C下烧结2 5h成瓷，得到铋基微波介质陶瓷。所述的钥、铁、钒和铋的氧化物分别为Mo03、Fe203> V2O5和Bi203。所述的球磨时每次球磨时间为4 6h，烘干的温度为100 150°C。所述的过筛，步骤1)、2)均为过200目的筛网，步骤3)为双层过筛过60目与120目的筛网。所述的造粒是将粉体与聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米级的球形颗粒。所述的步骤3)的烧结是在空气氛围下的烧结。所述的步骤3)的压制成型是压制成块状或圆柱状。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果本专利技术提供的一种低温烧结的铋基微波介质陶瓷，以低熔点氧化物Mo03、Bi2O3作为主元，使得在低温下烧结这种介质陶瓷材料成为可能。本专利技术根据晶体化学原理和电介质有关理论，以ABO4结构为基础，采用Bi3+离子占据A位，使用高价态的Fe3+、V5+和MoO6+构成的复合离子占据B位，在没有添加任何烧结助剂的前提下，可以在较低的温度范围(780° (T840° C)内烧结出致密的且具备优良微波介电性能的新型功能陶瓷，这类陶瓷可以作为射频多层陶瓷电容器、片式微波介质谐振器或滤波器、低温共烧陶瓷系统(LTCC)、陶瓷天线、多芯片组件(MCM)等介质材料使用。本专利技术的铋基高K低温烧结微波介质陶瓷材料具有以下特点相对介电常数可调(32. 8 75. 5)，低频下介电损耗小&8118〈5\10-4，謹取)，微波性能良好(Qf=9，IOOGHz 13，200)，烧结温度较低(780 ° (T840 ° C)，谐振频率温度系数可调(_220ppm/° C +240ppm/° C),化学组成及制备工艺简单。本专利技术采用了最简单有效的固相反应烧结的方法来制备，首先是选取合适比例的配方，选取合适的初始氧化物以及合适的取代物，通过一次球磨使得氧化物混合均匀，通过预烧结过程使得氧化物进行初步的反应，通过二次球磨细化反应物的颗粒尺寸，通过二次预烧使得样品物相保持均一性，再通过第三次球磨的方法细化颗粒尺寸，最后通过烧结过程得到所需要的陶瓷样品。通过这样一种简单易行的有效的制备方法，得到的陶瓷样品的介电常数随成分在32. 8^75. 5之间变化，Qf分布在9，IOOGHf 13，200GHz，谐振频率温度系数在TCF在-220ppm/° C +240ppm/° C之间可调，烧结温度800° C 840° C，使之适用于LT本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种低温烧结的铋基微波介质陶瓷，其特征在干，该陶瓷的组成表述为Bi (FexZ3Mo2xZ3Vh)O4,其中 O. 02 ≤ x≤O. 95。2.如权利要求I所述的低温烧结的铋基微波介质陶瓷，其特征在于，所述的陶瓷中，Bi3+离子占据A位，Fe3+、V5+和MoO6+构成的复合离子占据B位。3.如权利要求I所述的低温烧结的铋基微波介质陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的烧结温度为780 840°C，其相对介电常数为32. 8 75. 5，IMHz下介电损tan δ <5Χ 1θΛ微波性能Qf = 9，100 13，200GHz，谐振频率温度系数为-220 +240ppm/°C。4.ー种低温烧结的铋基微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)将钥、铁、钒和铋的氧化物按照Bi (Fex73Mo2x73V1^x)O4,0. 02 く x く O. 95 中 Bi Fe =Mo V的摩尔比混合后充分球磨，球磨后烘干、过筛并压制成块状体，然后在650 750°C下保温4 10h，得到样品烧块； 2)将样品烧块粉碎，充分球磨后烘干、造粒、过筛，将过筛后的粉末压制成块状体，然后在650 750°...
【专利技术属性】
技术研发人员：周迪，庞利霞，郭靖，姚熹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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