专利名称：：提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法
技术领域：
：本发明涉及一种提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法。属于低温共烧陶瓷(LTCC)领域。
背景技术：
：LTCC技术(低温共烧陶瓷技术)是当今电子元器件集成的主流技术之一。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。先进的LTCC产品中，介质层的厚度通常《10um，若介质绝缘电阻率不足够高，则容易导致器件过早老化失效。因此，介质材料的绝缘电阻率维持在10iiQ/cm以上。从产品成本和电极方阻的角度考虑，用Cu作为内电极是最为合适的，也是该类产品发展的方向丄i-Nb-Ti基微波介质陶瓷具有高的介电常数(6570)，烧结温度较低，约为105(TC，当添加适量低熔点氧化物后，烧结温度可降至90(TC以下。但是该材料的晶粒形状多呈板状，造成该材料致密化程度较低，由此带来两方面的问题，1、共烧过程中的电极渗透；2、室温下的绝缘电阻率因吸潮而降低，通常室温绝缘电阻率在107109。本发明试图通过改善Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷的显微织构，提高材料的致密度，解决上述问题。
发明内容本发明的目的是要提供一种提高与Cu共烧的Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷微绝缘电阻率(使用温度范围25°C125°C)的方法，采用本方法制备出的Cu共烧Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷的使用温度在125°C以下时，材料的室温绝缘电阻率可达1012Q/cm以上，125。C时绝缘电阻率达到1011以上。本发明采用工业用Li2C03(纯度99.00%)、Ti02(纯度99.70%)禾口Nb205(纯度99.9%)为原料，用固相合成法制备Liux-yNbh-3yTix+4y(0.05^0.15，0.05《5<0.15)基微波介质陶瓷粉体，合成温度550800°C，保温时间26小时。采用B203(0.010.lwt%)，Nb205(0.21.Owt%)，Si02(0.10.9wt%)，作为添加剂，用球磨方式将粉料混合均匀，磨球采用粒径为35mm的Zr023球，料球水为l:24:0.81.2，球磨时间24小时。粉体成型后即涂覆Cu电极，置于管式炉中全程通高纯氮气烧结。烧结温度为850°C900°C，保温时间26小时。Cu共烧样品的电阻率用HP4329A高阻仪测得，样品测试环境温度为25°C125°C。材料的微波介电性能采用谐振器法用E8363A网络分析仪测得。采用本发明制备的Cu共烧微波介质材料测得的电阻率在环境温度小于IO(TC时变化很小，在环境温度为10(TC125"C时，电阻率略有下降但仍大于10UQ/cm，材料的介电常数e为6972，品质因数Q*f大于4000GHz，谐振频率温度系数小于17ppm/°C。对于低温烧结Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷，由于晶粒呈板状结构，导致影响其绝缘电阻率的因素很复杂，除了材料本身存在的弱束缚电子和氧离子空位参与电导外，显微结构的不均匀、不致密导致杂质吸附，引起绝缘电阻下降，而这种影响对低温烧结Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷来说，显得非常明显。因此，本发明设计了一种控制低温烧结Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷显微结构的方法，通过在不影响材料微波介电性能的前提下，使材料的晶粒排列更为紧密，材料的致密化程度更高，从而提高材料的绝缘电阻率。本发明的内容是通过改善Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷显微结构的方法，提高材料的绝缘电阻率，它包括两个方面的内容1、采用有利于组分均匀的微量元素分步添加法制备粉体，避免组分不均匀分布导致的晶粒不均匀生长。分步添加工艺是将部分添加物按比例混合后与固相合成的Li-Nb-Ti基料预混合，含有添加物的预混合粉料与Li-Nb-Ti基料配料后，再用球磨方式混合均匀；2、添加少量的B2(h和Si02，在烧结过程中产生的液相有利于颗粒重排，使晶粒的堆积密度提高，以增加材料的致密化程度；添加Nb20s，控制晶粒生长。图1为样品烧结表面显微结构的变化，可以看出，添加B203，但未采用分步添加法制备粉体的样品(2粉，可见明显的局部晶粒融合；采用分步添加工艺，局部晶粒融合现象得以抑制(3#);在3#样品的基础上，添加适量的Nb205可以控制晶粒的生长，避免大尺寸板状晶粒出现(4#)，添加适量的Si02，晶粒的堆积密度明显增加(5#)。从图2样品抛光腐蚀后的晶粒形貌可以看出，2#、4tt和5tt样品经抛光后，显微结构呈现明显的不同，2#样品晶粒堆积密度明显小于4tt和5tt样品。对于Li-Nb-Ti基陶瓷材料，扁平的长棒状晶粒结构是导致4其烧结密度难以提高的最大障碍，本发明通过添加适量NB2O5，是晶粒尺寸短小<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>图l样品烧结表面形貌；图2样品经抛光腐蚀后的晶粒形态；图3不同配方样品的X光衍射图。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。实施例1采用工业用Li2CCh、Ti02和Nb20s为原料，用固相合成法制备Li1+X—yNb卜x—3yTix+4y(x:0.1，y=0.l)基微波介质陶瓷粉体,合成温度750。C，保温时间4小时。将合成粉料再次细磨，细磨采用粒径为35mm的Zr02球，料球水比为l:3:0.9,球磨时间24小时。用干压成型的方法将粉体压制成(1>15*2的圆片，涂覆Cu电极后，置于管式炉中全程通高纯氮气烧结。烧结温度为90(TC，保温时间2小时。用HP4329A高阻仪测得样品的室温电阻率为20X108，125。C时的电阻率为5.0X1011。采用谐振器法用E8363A网络分析仪测得材料的介电常数e为72，品质因数Q叶为4000GHz，谐振频率温度系数〈15ppm/°C。实施例2Li-Nb-Ti基料的制备方法与实例1相同，将0.08wt。/。B2(h作为添加剂，加入合成粉料中，用球磨方式将粉料混合均匀，磨球采用粒径为35mm的2r02球，料球水比为l:3:0.9，球磨时间24小时，样品成型及烧结工艺同实例1。用HP4329A高阻仪测得样品的室温电阻率为1.0X10"，125。C时的电阻率为2.0X10u。采用谐振器法用E8363A网络分析仪测得材料的介电常数e为71，品质因数Q'f为3900GHz，谐振频率温度系数〈15ppm广C。实施例3Li-Nb-Ti基料的制备方法与实例l相同，B203，添加物与基料以l:10的比例第一次混合，混合料再按配方比例加入到Li-Nb-Ti基料中，第二次混合。成型和烧结工艺与实例1相同。用HP4329A高阻仪测得样品的室温电阻率为2.0X1012，125t:时的电阻率为43X1011。采用谐振器法用E8363A网络分析仪测得材料的介电常数e为70，品质因数Q叶为4100GHz，谐振频率温度系数〈15ppm/。C。实施例4Li-Nb-Ti基料的制备方法与实例1相同，添加物为B203和Nb205，添加物按比例预混合后与基料以1:IO的比例第一次混合，混合料再按配方比例加入到Li-Nb-Ti基料中，第二次混合。成型和烧结工艺与实例l相同。用HP4329A高阻仪测得样品的室温电阻率为3.6X1012，125"C时的电阻率为9.0X10U。采用谐振器法用E8363A网络分析仪测得材料的介电常数e为72，品质因数Q*f为4000GHz，谐振频率温度系数〈15ppm/°C。实施例5Li-Nb-Ti基料的制备方法与实例l相同，添加物B2(h、Si02和Nb205，添加物按比例预混合后与基料以1:IO的比例第一次混合，混合料再按配方比例加入到Li-Nb-Ti基料中，第二次混合。成型和烧结工艺与实例l相同。用HP4329A高阻仪测得样品的室温电阻率为2.4X1013，125"C时的电阻率为7.0X10u。采用谐振器法用E8363A网络分析仪测得材料的介电常数e为69，品质因数Q'f为4300GHz，谐振频率温度系数〈15ppm/°C。权利要求1、提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法，采用Li2CO3、TiO2和Nb2O5为原料，用固相合成法制备Li1+x-yNb1-x-3yTix+4y陶瓷粉体，其中0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15，然后采用B2O3、Nb2O5和SiO2作为添加剂，用球磨方式将粉料混合均匀，经成型后涂覆Cu电极，置于管式炉中通氮气烧结。2、按权利要求1所述的提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法，其特征在于，所述的b2o3的添加量为aoiaiwt%，Nb2o5的添加量为a21.Owt%，Si02的添加量为0.10.9wt%。3、按权利要求1或2所述的提高Liib-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法，其特征在于，磨球采用粒径为35mm的Zr02球，料球水为1:24:。.81.2。３.按权利要求1或2或3所述的提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法，其特征在于，所述的固相合成法合成温度550800°C，保温时间26小时。4、按权利要求1或2或3所述的提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法，其特征在于，所述的烧结温度为850°C900°C，保温时间26小时。全文摘要本发明涉及一种提高Li-Nb-Ti基微波介质陶瓷绝缘电阻率的方法。属于低温共烧陶瓷(LTCC)领域。本发明采用B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(0.01～0.1wt％)，Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(0.2～1.0wt％)，SiO<sub>2</sub>(0.1～0.9wt％)，作为添加剂，用分步添加工艺制备陶瓷粉料，样品与Cu电极在氮气氛下共烧，烧结温度为850℃～900℃，保温时间2～6小时。本发明制备的Cu共烧微波介质材料测得的电阻率，在环境温度小于100℃时为10<sup>12～13</sup>Ω/cm，125℃时电阻率为10<sup>11</sup>Ω/cm，材料的介电常数ε为69～72，品质因数Q·f大于4000GHz，谐振频率温度系数小于17ppm/℃。文档编号C04B35/622GK101538153SQ20081020522公开日2009年9月23日申请日期2008年12月31日优先权日2008年12月31日发明者吴文骏,李永祥,沢崎章,王依琳,蔡聪麟,赵梅瑜申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所