一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子信息材料与元器件领域，特别涉及一种温度稳定型中温烧结低损 耗微波介质陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现代通信技术的不断发展，对元器件的小型化、集成化和模块化的要求日益迫切， 对微波介质材料提出了更高的要求，微波介质陶瓷已成为近年来功能陶瓷最活跃的研宄领 域之一。其中，MgTiO 3陶瓷作为一种传统的微波介质材料，在毫米波段仍然具有低介电常 数、超高品质因数等优异的微波介电性能，但存在温度稳定性差（T f~-50ppm/°C )，烧结 温度高（> 1400°C )的缺点。
[0003] 微波介质材料温度稳定性的研宄已成为一大热点。微波器件需要在不同的温度下 工作，而要保证其载波信号在不同温度下功能的稳定性，就必须要求微波介质材料的谐振 频率不随温度变化，或是变化较小。因此，近零的谐振频率温度系数就成为了衡量材料性能 的重要标准。同时，低温共烧陶瓷LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)技术因其优 异的电学、机械、热学、工艺特性以及高可靠性，已经成为电子器件模块化的主要技术之一。 LTCC技术需要微波介质陶瓷具有尽量低的烧结温度，因此，研宄开发温度稳定型中温烧结 微波介质陶瓷材料的需要日益迫切。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，是在微波介质陶瓷现有技术的基础上达到尽量低的烧结温 度，提供一种以CaTiO 3调节MgTiO 3微波介质陶瓷的温度系数的同时，添加LaAlO 3以及 ZnO-B2O3 (简称ZB)来降低烧结温度，并通过简单固相法制备一种温度稳定型中温烧结的低 损耗微波介质陶瓷及其制备方法。
[0005] 本发明通过如下技术方案予以实现：
[0006] 一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷，表达式为0. 99(0. 93MgTi03-0. 07CaTi03) -0.0 lLaAlO3，在此基础上外加质量百分比为1~3%的ZnO-B2O3，简称ZB ;
[0007] 该温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤：
[0008] (1)将 MgO, 1102和 CaCO 3按化学计量式 0? 93MgTi0 3-0. 07CaTi03，简称 MCT，进行配 料，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球，球磨4~24小时；
[0009] (2)将步骤⑴球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0010] ⑶将步骤⑵过筛后的粉料放入中温炉中，于900~1150°C预烧，保温2~8小 时；
[0011] ⑷将La2O3和Al2O 3按化学计量式LaAlO3进行配料，放入聚酯罐中，加入去离子水 和锆球后，球磨4~24小时；
[0012] (5)将步骤⑷球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0013] (6)将步骤（5)过筛后的粉料放入中温炉中，于1100~1300°C预烧，保温2~8 小时；
[0014] (7)将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为99:1的比例进行配料，并分别加 入质量百分比为1~3%的ZnO和1~3% B2O3，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球，球磨 8~24小时；
[0015] (8)将步骤（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0016] (9)将步骤⑶过筛后的粉料外加质量百分比为8%~10%的石蜡作为粘合剂进 行造粒，过80目筛，用粉末压片机以4~SMPa的压力制成生坯；
[0017] (10)将步骤⑶的生坯于1075°C~1175°C烧结，保温2~8小时，制成具有温度 稳定型的中温烧结微波介质陶瓷。
[0018] 所述步骤（1)、（4)或（7)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。
[0019] 所述步骤（9)的生还直径为10mm，厚度为5mm〇
[0020] 所述步骤（10)的烧结温度为1125°C。
[0021] 本发明以MgO、Ti02、CaCO#原料制备温度稳定型微波介质陶瓷 0. 93MgTi03-0. 07CaTi03，同时，添加LaAlO3以及ZB来降低烧结温度。烧结温度为1075°C~ 1150°C，大大降低了 1%1103体系的烧结温度，达到了中温烧结的要求，节约了能源成本，且 能够满足与银钯电极共烧的要求。该微波介质陶瓷在微波频段下测得Qf值达到33000~ 57000GHz，损耗较低，谐振频率温度系数T f达到-9. 1~-2. 6ppm/°C，温度系数近零。该陶 瓷体系制备工艺简单，微波介电性能优越，具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0022] 本发明以纯度大于99%的MgO、Ti02、CaC03、A1 203、ZnO以及纯度大于99. 5%的 La203、B203为初始原料，通过简单固相法制备微波介质陶瓷。具体实施方案如下：
[0023] (1)将MgO,打02和CaCO 3按化学计量式0?93MgTi03-0.07CaTi03进行配料，原料配 比为：3. 08992g Mg0、6. 558647g Ti02、0. 57756g CaCO3。将约 IOg 的混合粉料放入聚酯罐 中，加入200ml去离子水，加入150g的锆球后，在行星式球磨机上球磨12小时，转速为400 转/分；
[0024] (2)将步骤⑴球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0025](3)烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于1100°C预烧，保温4小时；
[0026] (4)将La2O3和Al 203按化学计量式LaAlO3进行配料，原料配比为：3. 80823g La2O3, 1. 19177g Al2O3，将约5g的混合粉料放入聚酯罐中，加入200ml去离子水和150g的锆球后， 球磨12小时；
[0027] (5)将步骤（4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0028] (6)将步骤（5)烘干、过筛后的粉料放入中温炉中，于1250°C预烧，保温4小时；
[0029] (7)将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为99:1的比例进行配料， 9. 82502g93MCT，0. 17498g LaAlO3，并分别加入 0? 3g 的 ZnO 和 0? 3g 的 B2O3，放入聚酯罐中， 加入200ml去离子水和150g的锆球后，球磨12小时；
[0030] (8)将步骤（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目 筛；
[0031] (9)将步骤（8)过筛后的粉料外加质量百分比为8%的石蜡作为粘合剂进行造粒， 过80目筛，用粉末压片机以4MPa的压力制成生坯；
[0032] (10)将步骤⑶的生坯于1075°C _1150°C烧结，保温6小时，制成具有高品质因数 的微波介质陶瓷。
[0033] (11)通过网络分析仪测试所得制品的微波介电性能。
[0034] 本发明具体实施例的相关工艺参数及其微波介电性能详见表1。
[0035]表1
[0036]
【主权项】
1. 一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷，表达式为0. 99 (0. 93MgTiO 3-0. 07CaTi03)-0.0 lLaAlO3，在此基础上外加质量百分比为1~3%的ZnO-B2O3，简称ZB ; 该温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷的制备方法，具有如下步骤： (1) 将MgO,打02和CaCO 3按化学计量式0? 93MgTi0 3-0. 07CaTi03,简称MCT，进行配料， 放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球，球磨4~24小时； (2) 将步骤（1)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目筛； ⑶将步骤⑵过筛后的粉料放入中温炉中，于900~1150°C预烧，保温2~8小时； (4) 将La2O3和Al 203按化学计量式LaAlO 3进行配料，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆 球后，球磨4~24小时； (5) 将步骤（4)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目筛； (6) 将步骤（5)过筛后的粉料放入中温炉中，于1100~1300°C预烧，保温2~8小时； (7) 将步骤（3)和（6)得到的粉料按照摩尔比为99:1的比例进行配料，并分别加入质 量百分比为1~3%的ZnO和1~3% B2O3，放入聚酯罐中，加入去离子水和锆球，球磨8~ 24小时； (8) 将步骤（7)球磨后的原料放入干燥箱中，于100~120°C烘干，然后过40目筛； (9) 将步骤（8)过筛后的粉料外加质量百分比为8%~10%的石蜡作为粘合剂进行造 粒，过80目筛，用粉末压片机以4~SMPa的压力制成生坯； (10) 将步骤（8)的生坯于1075°C~1175°C烧结，保温2~8小时，制成具有温度稳定 型的中温烧结微波介质陶瓷。2. 根据权利要求1所述的一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷，其特征在于，所述 步骤（1)、（4)或（7)采用行星式球磨机进行球磨，球磨机转速为400转/分。3. 根据权利要求1所述的一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷，其特征在于，所述 步骤（9)的生还直径为10mm，厚度为5mm〇4. 根据权利要求1所述的一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷，其特征在于，所述 步骤（10)的烧结温度为1125°C。
【专利摘要】本发明公开了一种温度稳定型中温烧结微波介质陶瓷及其制备方法，先将MgO,TiO2和CaCO3按化学计量式0.93MgTiO3-0.07CaTiO3配料，经球磨、烘干、过筛后于900～1150℃预烧；再将La2O3和Al2O3按化学计量式LaAlO3配料，经球磨、烘干、过筛后于1100～1300℃预烧；再将上述2种予烧后的粉体按照摩尔比99：1配料，并加入1～3wt％的ZnO和1～3wt％的B2O3，经球磨、烘干、过筛后进行造粒，压制成型为生坯，再于1075℃～1175℃烧结，制成具有温度稳定型的中温烧结微波介质陶瓷。本发明Qf值达33000～57000GHz，τf达到-9.1～-2.6ppm/℃，最佳烧结温度降至1125℃，制备工艺简单，微波介电性能优越，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】C04B35/64, C04B35/465
【公开号】CN104944939
【申请号】CN201510362726
【发明人】李玲霞, 李赛, 高正东, 吕笑松, 孙浩
【申请人】天津大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月26日