低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波通信用介质谐振器、振荡器等微波元器件的微波介质陶瓷
，具体涉及一种低温烧结微波介质陶瓷材料以及制备方法。
技术介绍
随着现代通信技术对小型化、集成化、模块化以及低成本的元器件的迫切需求，具有优异的电学、机械、热性能以及高的可靠性的低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)技术已经成为通信用元器件制造的首选技术。LTCC技术最大的特征在于采用贱金属(如Ag)作为多层布线导体材料，提高信号传输速率以及可靠性，并且可以将多个微波电子元器件埋于基板中烧结提高成倍组装密度。采用此技术制备的元器件具有介电损耗低、可靠性高、成本低等优点，有着广泛的应用前景。由于金属Ag电极的熔点在960°C，为了实现与陶瓷共烧，LTCC技术要求陶瓷的烧结温度低于900°C。目前大多数具有优异性能的微波介质陶瓷烧结温度高于1200°C，具有优异微波介电性能的Ba5Nb4O15陶瓷也是如此。据报道，Ba5Nb4O15微波介质陶瓷的介电常数为ε r=41,品质因数QXf = 57000GHz，谐振频率温度系数τ f=50ppm/°C，但是烧结温度高于1380°C。为了实现与Ag电极的低温共烧，Kin. J. R等人在《Journal of the American Society》2002 年 85 卷 “Microwave Dielectric Properties of Low-Fired Ba5Nb4015，，一文中指出在陶瓷加入低熔点氧化物B2O3可以将烧结温度降至900°C，品质因数QXf = 18700GHz，同时也可以使谐振频率温度系数接近零。但是采用上述方案制备LTCC依然存在较多的不足，具体表现在(I)由于B2O3易溶于水、乙醇等溶剂，并且与最常用的PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应，使得陶瓷粉体经流延后不能获得高密度的陶瓷膜片。(2)上述技术方案中，降低烧结温度的机理是B2O3与Ba5Nb4O15陶瓷中钡元素反应生成钡、硼、氧体系的低熔点氧化物，但所有钡、硼、氧体系的氧化物熔点均大于890°C，此技术不能进一步降低烧结温度。同时，谐振频率温度系数得以减小是由于体系钡元素缺失导致多于的铌元素与少量的钡元素生成BaNb2O6相，但是由于钡、硼、氧体系氧化物种类众多， BaNb2O6相的实际含量很难控制，实际生产中谐振频率温度系数很难控制。因此，需要一种低温烧结微波介质陶瓷材料，该材料内的低熔点氧化物不溶于水、 乙醇等溶剂，且不与PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应，以获得高密度的陶瓷膜片；不存在与 Ba5Nb4O15陶瓷中钡元素反应的问题，使BaNb2O6相得含量得到精确控制，同时进一步降低烧结温度；且具有较低的成本，适合微波介质陶瓷器件的产业化生产。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种， 该材料内的低熔点氧化物不溶于水、乙醇等溶剂，且不与PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应， 以获得高密度的陶瓷膜片；不存在与Ba5Nb4O15陶瓷中钡元素反应的问题，使BaNb2O6相得含量得到精确控制，同时进一步降低烧结温度；且具有较低的成本，适合微波介质陶瓷器件的产业化生产。本专利技术的低温烧结微波介质陶瓷材料，包括ywt%[ (I-X) Ba5Nb4O15-XBaNb2O6] +zwt%A,其中A 为 CuO 和 HBO3 反应后的产物；χ=0. Γθ. 3,0〈ζ〈20, y+z=100o进一步，所述A为CuO和HBO3按摩尔量比I :(5 9)的比例在1000°C 1200°C下反应Γ4小时后的产物；进一步，所述A 为 CuB8O13 ;进一步，χ=0·I O. 2，0〈z〈10。本专利技术还公开了一种低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤a.制备Ba5Nb4O15陶瓷粉体；b.制备BaNb2O6陶瓷粉体；c. CuO和HBO3反应获得产物A ；d.按 ywt%[ (1-χ) Ba5Nb4O15-XBaNb2O6]+zwt%A, x=0. I O. 3,0〈z〈20, y+z=100 称取 Ba5Nb4O15陶瓷粉体、BaNb2O6陶瓷粉体和产物A并形成混合粉料；e.向步骤d的混合粉料中加入粘结剂并造粒后压制成型，烧结后形成微波介质陶瓷材料。进一步，步骤c中，按CuO和HBO3的摩尔量比为I : (5 9)的比例配比，加入球磨罐中采用干式球磨法混合球磨2飞小时，在1000°C 1200°C保温f 4小时后得到产物A并研磨成粉；进一步，步骤a中，按Ba5Nb4O15的化学计量比称取BaCO3和Nb2O5原料，将称取的原料以无水乙醇或者去离子水为球磨介质加入球磨罐中采用湿式球磨法混合球磨2(Γ24小时，在烘箱中烘干后在1000°C 1200°C保温I 6小时得到Ba5Nb4O15陶瓷粉体；步骤b中，按BaNb2O6的化学计量比称取BaCO3和Nb2O5原料，将称取的原料以无水乙醇或者去离子水为球磨介质加入球磨罐中采用湿式球磨法混合球磨2(Γ24小时，在烘箱中烘干后在1000°C 1200°C保温I 4小时，以2 5°C /min的速率降温到900°C 950°C保温 Γ6小时得到BaNb2O6陶瓷粉体；步骤d 中，按 ywt%[ (1-χ) Ba5Nb4O15-XBaNb2O6]+zwt%A, x=0. I O. 3,0〈z〈20, y+z=100 的配方称取步骤a所得的Ba5Nb4O15陶瓷粉体、步骤b所得的BaNb2O6陶瓷粉体和步骤c所得的产物A粉体，将称取的原料以无水乙醇或者去离子水为球磨介质加入球磨罐中采用湿式球磨法混合球磨22 24小时，在烘箱中烘干得到混合粉料；步骤e中，粘接剂的添加量为步骤d中混合粉料质量分数的lwt°/T3. 5wt%,压制成型后在500°C飞00°C保温f 3小时排胶得到成型生胚料；所述生胚料置于马沸炉中烧结，得到微波介质陶瓷材料。进一步，步骤c中，CuO和HBO3的摩尔量比为I : (6 8);进一步,步骤e中，所述的粘结剂为聚乙烯醇水溶液,浓度为I. 0wt°/T5. Owt% ；进一步，步骤e中，烧结过程的升温速率I. 5^60C /min，烧结温度为83(T880°C，且在此温度下保温时间为f 4小时。本专利技术的有益效果是本专利技术的低温烧结微波介质陶瓷材料，低熔点氧化物采用CuO和HBO3反应获得的产物，该产物不溶于水、乙醇等溶剂，且不与PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应，符合LTCC工艺要求，可以获得高密度的陶瓷膜片；不存在与Ba5Nb4O15陶瓷中钡元素反应的问题，使BaNb2O6相得含量得到精确控制，具有良好的谐振频率温度系数可调性，低的介电损耗、高的材料品质因数，本专利技术的微波介质陶瓷材料介电常数42〈 ε /44，品质因数QXf>8000GHz，谐振频率温度系数-7ppm/°C < τ f<5ppm/°C ;同时进一步降低烧结温度，烧结温度低于880°C ;且本专利技术不涉及稀土元素，原料价格便宜，具有较低的成本，适合微波介质陶瓷器件的产业化生产。具体实施方式本专利技术的低温烧结微波介质陶瓷材料，包括ywt%[ (I-X) Ba5Nb4O15-XBaNb2O6] +zwt%A,其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于：包括：ywt%[(1?x)Ba5Nb4O15?xBaNb2O6]+zwt%A，其中：A为CuO和HBO3反应后的产物；x=0.1~0.3，0

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于包括ywt%[(l-x) Ba5Nb4O15-XBaNb2O6] +zwt%A,其中A 为 CuO 和 HBO3 反应后的产物；χ=0. Γθ. 3,0〈ζ〈20, y+z=100o2.根据权利要求I所述的低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于所述A为CuO和 HBO3按摩尔量比I :(5 9)的比例在IOOO0C 1200°C下反应I 4小时后的产物。3.根据权利要求2所述的低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于所述A为CuB8O13154.根据权利要求3所述的低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于x=0.Γ0. 2， 0〈ζ〈10。5.一种低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤a.制备Ba5Nb4O15陶瓷粉体；b.制备BaNb2O6陶瓷粉体；c.CuO和HBO3反应获得产物A ；d.按ywt%[ (l-χ) Ba5Nb4O15-XBaNb2O6] +zwt%A, χ=0· I O. 3, 0〈z〈20, y+z=100 称取 Ba5Nb4O15陶瓷粉体、BaNb2O6陶瓷粉体和产物A并形成混合粉料；e.向步骤d的混合粉料中加入粘结剂并造粒后压制成型，烧结后形成微波介质陶瓷材料。6.根据权利要求5所述的低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤c 中，按CuO和HBO3的摩尔量比为I :(5 9)的比例配比，加入球磨罐中采用干式球磨法混合球磨2飞小时，在1000°C 1200°C保温广4小时后得到产物A并研磨成粉。7.根据权利要求6所述的低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于步骤 a中，按Ba5Nb4O15的化学计量比称取BaCO3和Nb2O5原料，将称取的原料以无水乙醇或者去离子水为球磨介质加入球磨罐中采用湿式球磨法混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：雒文博，杨晓战，刘明龙，朱红伟，刘晏君，杜富贵，江林，
申请(专利权)人：云南云天化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：