本发明涉及多层异质陶瓷高温共烧领域，具体而言，涉及微波铁氧体材料与微波介质陶瓷高温共烧方法。
背景技术：
随着电子信息技术的不断发展，对微波元器件的集成度、微波组件的电性能、体积、重量、可靠性和幅相的一致性等性能提出了更高的要求，尤其对机载、星载、舰载微波组件，因其工作频率越来越高，对性能、体积、质量的要求也更为苛刻。传统的微波器件均由微波介质陶瓷或是微波铁氧体材料为原料制备，虽然可靠性高，但是单一的材料频率特性不好，无法满足系统对元件性能从低频到高频全覆盖的要求。
多层共烧陶瓷(包括低温和高温共烧陶瓷)具有优异的电学、机械、热力特性，同时能够以3d(三维)多层电路结构的形式实现各种小功率射频与微波功能模块乃至系统的高度集成，被广泛应用于微波电子元器件领域。其中，高温共烧陶瓷(htcc，hightemperatureco-firedceramic)由于不受烧结温度限制，陶瓷基板可采用纯的微波陶瓷相而不添加玻璃相，介电常数比ltcc用玻璃陶瓷大，且损耗角正切小、散热性能好、机械强度高，相比低温共烧陶瓷(ltcc，lowtemperatureco-firedceramic)，htcc微波产品的电性能更优、体积更小。
微波介质陶瓷与微波铁氧体材料的高温共烧陶瓷，除了具备微波介电陶瓷得良好的高频特性等众多优点，同时铁氧体材料又具备陡峭的吸收特性从而增强器件的带外抑制，进而可以将电子元器件进一步小型化，并为现有多层共烧模块集成度的进一步提高奠定基础。但是，由于介电材料和铁氧体材料两种异质层的烧成温度、收缩率等烧结特性不匹配，将这些材料以叠层的形式共同烧结，会因为异质材料的共烧失配而导致瓷体内部出现不同程度的翘曲、开裂及显微裂纹等缺陷，致使高温共烧材料难以应用或严重影响微波器件的性能和可靠性。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种微波铁氧体材料与微波介质陶瓷高温共烧方法，所述方法通过采用调整微波介质陶瓷和微波铁氧体原料配方、添加主机以及改变原料平均粒径等方法以实现对两种陶瓷材料烧结温度、致密化速率以及热膨胀速率的调控，从而解决了多层异质陶瓷共烧结匹配的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种多层异质陶瓷，所述陶瓷材料由本发明方法制备得到，具有陶瓷结构缺陷少，高频、高速传输性能好以及通带宽等优点。
本发明的第三目的在于提供一种包含所述多层异质陶瓷的电子元器件。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
微波铁氧体材料与微波介质陶瓷高温共烧方法，所述方法包括如下步骤：
(a)制备微波介质陶瓷和微波铁氧体材料；
(b)分别在微波介质陶瓷材料和微波铁氧体材料中添加助剂，然后进行研磨，分别得到微波陶瓷介质粉体和微波铁氧体粉体，并在研磨过程中控制所得粉体的粒径；
(c)制备过渡层材料；
(d)将微波陶瓷介质粉体、微波铁氧体粉体以及过渡层材料经流延成型、叠层以及等静压制得多层异质陶瓷生坯体；
(e)将多层异质陶瓷生坯体通过空间限制的方法进行烧结，得到多层异质陶瓷。
可选的，本发明中，步骤(a)中所述微波介质陶瓷为m2sio2系,钛酸镁钙体系,铌酸锌系，atio3-lnalo3系，或钡钛体系陶瓷等体系；
其中，m为zn和/或mg；a为ca、sr或ba；ln为稀土元素
和/或，所述微波铁氧体为mn-ni,cu-zn,ni-zn铁氧体一种或几种复合体系。
可选的，本发明中，步骤(b)中所述助剂为锌硼硅玻璃粉、二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铋，或者三氧化二铌中的一种或几种的混合物。
可选的，本发明中，步骤(b)中所述研磨的转速为20～45hz，研磨的时间为15～60min，并通过调控研磨的转速和时间以调节所得粉体的粒径。
可选的，本发明中，步骤(c)中所述过渡层材料是由微波陶瓷介质粉体与微波铁氧体粉体按照3:7～6:4的质量比混合制备得到的。
可选的，本发明中，步骤(d)中所述多层异质陶瓷生坯体中包含3～30层微波介质陶瓷以及微波铁氧体。
可选的，本发明中，步骤(e)中所述烧结的温度为1100～1400℃。
可选的，本发明中，步骤(e)中所述烧结包括如下步骤：首先由室温升温至600℃，升温速度≤0.5℃/min；然后，由600℃升温至1100～1400℃，升温速度为0.5～3℃/min，并在该温度下保温1～5h烧结。
同时，本发明还提供了一种由本发明方法所制得的多层异质陶瓷。
进一步的，本发明也提供了一种包含本发明多层异质陶瓷的电子元器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明解决了多层微波介质陶瓷与微波铁氧体材料的高温共烧匹配问题。由于异质陶瓷的烧结温度、烧结收缩性能以及热膨胀性能一般都不匹配，通常致使异质陶瓷在共烧过程中出现各种缺陷，而本发明很好的解决了界面处异质陶瓷互相反应、界面分层、裂纹和翘曲变形等问题，实现了多层异质陶瓷的高温共烧；
(2)与ltcc陶瓷相比，微波介质陶瓷的介电常数较高，烧成后基板陶瓷的损耗角正切可以降至很低(10-4量级甚至更低)，同时铁氧体材料又具有较高的吸波特性。因而，通过共烧所制得的材料具有更优异的高频、高速传输以及宽通带性能；
(3)多层异质陶瓷材料，配合使用铂等高电导率、耐高温烧结金属材料作为导体材料，可大大增加电路设计的灵活性，产品的体积相比于目前mcm-c产品大幅度减小，制造成本也大大降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明所采取的空间限制烧结方法示意图；
图3为本发明实施例制备的k25与铁氧体异质陶瓷截面图，放大倍数为500倍。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
针对微波铁氧体材料与微波介质陶瓷异质陶瓷高温共烧过程中，极易产生翘曲、层裂和裂纹等技术问题，本发明提供一种高温共烧方法，以制备两种材料晶体结构紧凑，界面清晰的良好共烧体，并解决多层异质陶瓷共烧结匹配问题。本发明提供的多层共烧工艺具体步骤参考如下(流程可参考图1):
(a)粉体制备：
首先，采用传统固相法制备微波铁氧体材料(呈粉体状态)与微波介质陶瓷材料(呈粉体状态)；其中，微波介质陶瓷为m2sio2系(m为zn,mg),钛酸镁钙体系,铌酸锌系，atio3-lnalo3系(a为ca,sr或ba；ln为la,nd,sm等稀土)或钡钛体系陶瓷等，介电常数范围在5～130；微波铁氧体为mn-ni,cu-zn,ni-zn铁氧体一种或几种复合体系等；
然后，分别向所制备的微波介质陶瓷材料和微波铁氧体材料中添加助剂进行掺杂；优选的，所用助剂为硅玻璃粉、二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铋，或者三氧化二铌中的一种或几种的混合物；
接着，将掺杂后所得微波介质陶瓷材料混合体系和微波铁氧体材料混合体系分别进行研磨，并通过调控研磨时间以及转速以调节所得混合粉体的平均粒径；优选的，所述研磨为砂磨，进一步的，砂磨的时间为15～60min，砂磨的转速为20～45hz；
同时，将微波介质陶瓷粉体和微波铁氧体粉体按照质量比3:7～6:4的比例进行混合，制备多层异质陶瓷中间过渡层材料；
此步骤中，通过采用调整微波介质陶瓷及铁氧体材料的原材料配方、添加助剂、改变原材料平均粒径等技术手段，可以有效调控两种陶瓷材料的烧结温度、致密化速率以及热膨胀速率等性能指标至基本一致或相互匹配，而这也能够有效减少由于不同材料特性不同所导致的共烧过程中所出现的各种缺陷。
(b)流延成型：按常规的流延成型工艺，调配陶瓷流延料的树脂配方、固含量、粘度、流变特性等参数，制备出相应的微波介质陶瓷、微波铁氧体以及中间过渡层流延浆料；
控制流延工艺中的速度、温区、刀口高度等参数，将制备好的三种流延浆料分别流延成型，得到相应厚度的介质层，中间过渡层及铁氧体层三种陶瓷生膜片；
优选的，介质层与铁氧体层生膜片厚度为30～300μm，中间过渡层生膜片厚度为1～10μm，从而保证三种生膜片烧结时在x、y方向具有相同收缩率，解决异质陶瓷共烧过程中收缩速率匹配问题；
此步骤中，通过首先制备相应的流延浆料能够实现异质陶瓷共烧收缩率的基本匹配，保证在烧结过程中各向收缩一致；同时，通过流延成型能够得到出高质量的介质层、铁氧体层和过渡层生膜片，而这也有利于进一步叠层以及等静压和共烧等步骤的进行。
(c)叠层及热等静压：将流延出生膜片按：介质层/过渡层/铁氧体层/过渡层…，逐次叠层，总叠层数为3～30层，而通过在介质层和铁氧体层之间所设置过渡层，能够在烧结过程中可以大大减少异质陶瓷间的应力；
然后，对叠层后的膜片后进行热等静压，形成异质陶瓷生坯体，并进行切割成所需的形状；
优选的，所述等静压为在100～200mpa和40～80℃的条件下，保压0.3～2h进行热等静压成型。
(d)多层异质陶瓷材料共烧：在高温箱式烧结炉中，对热压好的异质陶瓷生坯体进行排胶和空间限制烧结法烧结；
烧结的具体升温条件可参考如下：首先由室温升温至600℃，升温速度≤0.5℃/min；然后，由600℃升温至1100～1400℃，升温速度为0.5～3℃/min，并在该温度下保温1～5h烧结；
其中，600℃以前属于排胶过程，因而升温速率需控制在≤0.5℃/min，600℃至1100～1400℃(即峰值温度tmax)的升温速率为0.5～3℃，其中峰值温度tmax视陶瓷料而定，峰值温度的保温时间1～5h；
所述空间限制烧结方法如图2所示，即将待烧制试样(即异质陶瓷生坯体)置于一块承烧板上；然后，在试样的周围对称设置垫块，垫块同样设置于该承烧板之上；接着，在垫块上放置另一块承烧板，并使得两块承烧板对称设置，然后进行烧结；
优选的，承烧板材质为氧化锆、氧化铝或石英等陶瓷基片，试样周围的垫块材质与试样相同，其厚度比试样要大0.1～0.5mm(即两块承烧板的间距比试样的高度高0.1～0.5mm)。
此步骤中，通过将异质材料生坯体采用空间限制烧结法进行共烧，能够确保均匀释放内部应力，并减少或抑制陶瓷复合界面处微观缺陷的产生，从而获得匹配的共烧体。
进一步的，由上述方法所制得共烧体(即多层异质陶瓷)，具有更优良的高频、高速传输以及宽通带的特性，因而能够进一步用于制备相关的电子元器件，例如emi抑制器等lc滤波器以及mcm-c(多层共烧陶瓷型多芯片组件)等微波器件等，不仅能够降低器件的制造成本，同时还能够实现器件的小型化。
实施例1：介电常数为25的钛酸镁钙基微波介质陶瓷(k25)与ni-zn-fe铁氧体材料的多层高温共烧陶瓷
(a)粉体制备：
(1)k25介质陶瓷粉体制备：采用传统固相法制备k25微波介质陶瓷材料，通过对钛酸镁钙微波陶瓷的a/b位原子进行掺杂取代，采用主配方caxmgyla2z/3tio3制备出介电常数为25的微波介质陶瓷粉体，其中，x+y+z＝1，x取值范围0.07～0.15，y取值范围0.81～0.95，z取值范围0.02～0.15。
然后，加入添加液相助烧剂二氧化硅0.1～0.5wt％，对混合粉料进行砂磨(35hz，20min～40min)改变原材料平均粒径，得到平均粒径达到0.5～1μm的k25介质陶瓷粉体，使其烧结温度在1220～1250℃。
(2)ni-zn-fe铁氧体粉体制备：采用传统固相法制备ni-zn-fe铁氧体材料，以ni/zn/fe按摩尔比例(0.04～0.39):(0.09～0.27):(0.47～0.65)进行原始配方调配；
然后,在所得铁氧体材料中添加0.2～0.7wt％的烧结助剂bi2o3，接着,通过砂磨(40hz，30min～60min)改变原材料平均粒径，使得平均粒径达到0.3～0.8μm，并铁氧体材料最终烧结温度与k25陶瓷烧结温度基本一致。
(3)过渡层粉体材料制备：将上述制备的k25微波陶瓷粉体与ni-zn-fe铁氧体粉体按照4.5:5.5的质量比进行混合配制过渡层粉料。
(b)配制流延浆料：
分别调配k25陶瓷，铁氧体与过渡层进行流延料的树脂配方、固含量、粘度、流变特性、流延工艺参数等，制备出相应的流延浆料。
(c)流延成型：
控制流延工艺参数，将k25微波介质陶瓷，ni-zn-fe铁氧体和过渡层的流延浆料分别流延成型，得到介质层生膜片厚度为130μm，铁氧体层生膜片厚度为135μm、过渡层生膜片厚度为5μm。
(d)叠层及热等静压：
将膜片按k25/过渡层/ni-zn-fe铁氧体层/过渡层/…，逐次叠层至多层异质陶瓷膜片，叠层数量为25层(其中，包含k25生膜片7层，铁氧体生膜片6层，过渡层12层)；然后将叠层好的多层异质陶瓷膜片在压力为100mpa～200mpa、温度为40～80℃的条件下，保压0.5h，进行热等静压成型，并切割为30×30mm的小方片，厚度约1.52mm。
(e)多层异质陶瓷材料共烧：
在高温箱式烧结炉中，对热压好的生膜片进行排胶和空间限制烧结法烧结，经过30h升至600℃并保温5h，再通过10h升至1230℃并保温3h；
承烧板材质采用氧化锆陶瓷基片(尺寸50×50mm，厚度为2mm)，垫块为29层的多层异质陶瓷膜片，厚度为1.75mm，烧结得到的多层异质陶瓷样品显微结构如图3所示。
实施例2：介电常数为38的钡钛基微波介质陶瓷(k38)与ni-zn-fe-cu铁氧体材料的多层高温共烧陶瓷
(a)粉体制备
(1)k38介质陶瓷粉体制备：采用传统固相法制备k38微波介质陶瓷材料，通过对钛酸钡微波陶瓷的a/b位原子的掺杂取代，采用主配方baxtiyo3制备出介电常数为38的微波介质陶瓷粉体，其中，y/x＝4～4.5。然后，加入添加液相助烧剂zno5～20wt％及nb2o51～6wt％，对混合粉料进行砂磨(35hz，30min～60min)改变原材料平均粒径，平均粒径达到0.4～0.9μm的k38介质陶瓷粉体，使其烧结温度在1140～1180℃。
(2)ni-zn-fe-cu铁氧体粉体制备：采用传统固相法制备ni-zn-fe-cu铁氧体材料，通过ni/zn/fe/cu按摩尔比例(0.04～0.31):(0.09～0.23):(0.41～0.63):(0.03～0.10)进行原始配方调配。然后，添加0.3～0.6wt％的烧结助剂cao，通过砂磨(40hz，40min～60min)改变原材料平均粒径，平均粒径达到0.3～0.7μm，使铁氧体材料最终烧结温度与k38陶瓷烧结温度基本一致。
(3)过渡层粉体材料制备：将上述制备的k38微波陶瓷粉体与ni-zn-fe-cu铁氧体粉体按照5:5的质量比混合配制过渡层粉体材料。
(b)配制流延浆料：
分别调配k38陶瓷，铁氧体与过渡层流延料的树脂配方、固含量、粘度、流变特性、流延工艺参数等，制备出相应的流延浆料；
(c)流延成型：
控制流延工艺参数，将k38微波介质陶瓷材料，ni-zn-fe-cu铁氧体材料和过渡层材料的流延浆料分别流延成型，得到介质层生膜片厚度为100μm，铁氧体层生膜片厚度为100μm、过渡层生膜片厚度为7μm。
(d)叠层及热等静压：
将膜片按k38/过渡层/ni-zn-fe-cu铁氧体层/过渡层/…，逐次叠层为多层异质陶瓷膜片，叠层数量为33层(k38生膜片9层，铁氧体生膜片8层，过渡层16层)；然后将叠层好的多层异质陶瓷膜片在压力为100mpa～200mpa、温度为40～80℃的条件下，保压1h，进行热等静压成型，并切割为30×30mm的小方片，厚度约1.54mm；
(e)多层异质陶瓷材料共烧：
在高温箱式烧结炉中，对热压好的生膜片进行排胶和空间限制烧结法烧结，经过30h升至600℃并保温5h，再通过8h升至1160℃并保温4h；承烧板材质采用氧化铝陶瓷基片(尺寸50×50mm，厚度1mm)，垫块为37层的多层异质陶瓷膜片，厚度为1.73mm。
以上内容是结合最佳实施方案对本发明说做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。