一种Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于介质陶瓷领域，尤其涉及复合微波介质陶瓷材料。
【背景技术】
[0002] 微波介电陶瓷是指应用于微波频段（主要是UHF、SHF频段）电路中作为介质材料 并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质 导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、电视卫星接收 器、军事雷达方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着 越来越大的作用。
[0003] 应用于微波频段的介电陶瓷，应满足要求：⑴适宜的介电常数以利于器件的小 型化（介质元器件的尺寸与介电常数er的平方根成反比）；(2)介电常数的提高不能牺牲 品质因数QXf?值（其中Q~1/tanS，f是谐振频率）；（3)本发明中的Li-Nb-Ti体系具有 中等介电常数（45~50)，高QXf值（彡8000GHz)，是一种良好的微波介质材料。然而，未 掺杂的LNT陶瓷烧结温度却较高（1100°C)，不能直接与Ag、Cu等低熔点金属共烧。为了降 低烧结温度，传统的方法一种为掺入低熔点氧化物，如B203及V205，然而游离的B203及V205 在后期流延过程中易导致浆料粘度过大而不稳定，极大限制了LNT材料的及微波多层器件 的发展。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可低温烧结（850~ 900°C)，具有中等介电常数（45-50)，低损耗的微波介质陶瓷材料及其制备方法。
[0005] 本发明材料由锂银钛系材料及占主晶相重量百分比为0. 5~6. 0 %的玻璃 降烧剂组成，其化学组成为LiaNbbTiA_xwt%G，其中：G为玻璃降烧剂，1.2〈a〈1.4， 0. 3〈b〈0. 4, 0. 5〈c〈0. 7,0. 5 <x< 6. 0。玻璃降烧剂G其原料组分按质量百分比计为：30% 彡碳酸锂彡45%，15%彡二氧化硅彡25%，30%彡三氧化二硼彡35%，1%彡氧化锌彡2%， 7%彡三氧化二铝彡10%，0. 2%彡氧化铜彡0? 8%，0. 1%彡三氧化二镧彡0? 6%。
[0006] 将上述组分经过称量、混合球磨、煅烧、粉碎、造粒、成型、排胶和烧结的固相反应 工序烧结成微波介质陶瓷，具体步骤如下：
[0007]步骤1:将碳酸锂（Li2C03)、五氧化二铌（Nb205)、二氧化钛（Ti02)的原始粉末按 LiaNbbTic03组成配料，其中：1. 2〈a〈l. 4,0. 3〈b〈0. 4, 0? 5〈c〈0. 7 ;
[0008] 步骤2:将步骤1配好的配料以酒精为溶剂，湿式球磨混合8~24小时，烘干后在 800~1000°C大气气氛中预烧4~12小时合成主晶相即M相和ss相；
[0009] 步骤3:按玻璃降烧剂各组分配比将1^2〇)3、8203、3102、211031203、(：110、1^203配料， 球磨3~7小时，烘干过筛，500°C~800°C保温2~8小时预烧，然后在1100°C~1500°C保 温1~5小时熔融玻璃渣，将制备的玻璃渣再破碎球磨制成玻璃粉；
[0010] 步骤4 :将所述主晶相加入占其重量百分比为0. 5~6. 0%的玻璃粉，以酒精为溶 剂，湿式球磨混合8~24小时，烘干后作为原料备用；
[0011] 步骤5 :添加剂量占原料总质量的2~5%的丙烯酸溶液作为粘结剂造粒，压制成 型，最后在850~900°C空气中烧结2~4小时，制成微波介质陶瓷材料。
[0012] 综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0013] 1、本发明的配方不含重金属成分，可在高频（3~10GHz)领域产品中应用，绿色环 保无污染，满足欧共体最新出台的RH0S和WEEE的严格标准要求。
[0014] 2、由传统的烧结工艺1150°C降到900°C以下，烧结温度的进一步降低，有节能优 势。
[0015] 3、烧结助剂使用复合低共熔点氧化物及微量添加剂，进一步改善了传统烧结助剂 的缺点，如：无法与流延工艺匹配的低熔点氧化物（B203及V205)或高成本且性能不稳定的 低熔点玻璃。
[0016] 4、其介电常数从45~50可调，品质因数QXf高（彡8000GHz)。
[0017] 5、本发明可广泛应用于卫星通信中介质谐振器、滤波器、振荡器等微波器件中的 低温高介电常数微波介质核心材料，具有重要工业应用价值。
【附图说明】
[0018] 图1是实施例1在900度烧结的XRD(X射线衍射图）；
[0019] 图2是实施例3在900度烧结的XRD(X射线衍射图）；
[0020] 图3是实施例1在900度烧结的SEM(扫描电镜图）；
[0021] 图4是实施例3在900度烧结的SEM(扫描电镜图）。
【具体实施方式】
[0022] 本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0023] 实施例
[0024] 本发明材料由锂铌钛系材料及占主晶相重量百分比为0. 5~6. 0%的玻璃降烧剂 组成，通过固相反应，即可得到本发明材料。锂铌钛系材料的组成为LiaNbbTL〇3其中：a= ll，b= 3,c= 6。玻璃降烧剂的制造原料含有：碳酸锂（Li2C03)，氧化锌（ZnO)，三氧化二铝 (A1203)，二氧化硅（Si02)，三氧化二硼（B203)以及微量添加物组分。表1示出了构成本发明 的各成分含量的几个具体实施例的数据，表2给出各实施例的微波介电性能。其制备方法 如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价，检测方法为GB/T7265. 2-1987 开式腔法。
[0025]表 1:
[0026]
[0029] 图1示出实施例1在900度烧结的X射线衍射图，图2示出实施例3在900度烧 结的X射线衍射图，由图可见，掺杂降烧剂后无新相生成；图3示出实施例1在900度烧结 的扫描电镜图，图4示出实施例3在900度烧结的扫描电镜图，由图可见，掺杂玻璃降烧剂 极大促进了烧结致密度，从而改善了LNT陶瓷的微波性能。
【主权项】
1. 一种Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料，其特征在于：其化学组成为LiaNbJ^O 3-X wt % G, 其中：1. 2〈a〈l. 4,0. 3〈b〈0. 4, 0? 5〈c〈0. 7,0. 5 彡 X 彡 6. 0 ; G为玻璃降烧剂其原料组分按质量百分比计为：30%<碳酸锂< 45%，二氧化 硅彡25%，30%彡三氧化二硼彡35%，1 %彡氧化锌彡2%，7%彡三氧化二铝彡10%，0? 2% 彡氧化铜彡0.8%，0? 1 %彡三氧化二镧彡0.6%。2. 如权利要求1所述Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料的制备方法，包括下列步骤： 步骤1 :将碳酸锂（Li2CO3)、五氧化二铌（Nb2O5)、二氧化钛（TiO 2)的原始粉末按 LiaNbJicO3组成配料，其中：1. 2〈a〈l. 4,0. 3〈b〈0. 4, 0? 5〈c〈0. 7 ; 步骤2 :将步骤1配好的配料以酒精为溶剂，湿式球磨混合8~24小时，烘干后在 800~1000°C大气气氛中预烧4~12小时合成主晶相M相和ss相； 步骤3 :按配比将Li2C03、B203、Si0 2、ZnO、A1203、CuO、La2O3配料，球磨3~7小时，烘干 过筛，500°C~800°C保温2~8小时预烧，然后在IKKTC~1500°C保温1~5小时熔融玻 璃渣，将制备的玻璃渣再破碎球磨制成玻璃粉； 步骤4 :将所述主晶相加入占其重量百分比为0. 5~6. 0%的玻璃粉，以酒精为溶剂，湿 式球磨混合8~24小时，烘干后作为原料备用； 步骤5 :添加剂量占原料总质量的2~5 %的丙烯酸溶液作为粘结剂造粒，压制成型，最 后在850~900°C空气中烧结2~4小时，制成微波介质陶瓷材料。3. 如权利要求2所述Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步 骤 3 中玻璃粉 D50 = I. 0 y m ~2. 0 y m，比表面积 S/V = 35000cm2/cm3~65000cm 2/cm3。
【专利摘要】本发明公开了一种低温烧结中等介电常数Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料及其制备方法。该材料由锂铌钛系材料及占主晶相重量百分比为0.5～6.0％的玻璃降烧剂组成，通过固相反应，即可得到本发明材料。锂铌钛系材料的组成为LiaNbbTicO3，其中：1.2<a<1.4，0.3<b<0.4,0.5<c<0.7。玻璃降烧剂的制造原料含有：碳酸锂(Li2CO3)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)和微量添加物组分。本发明制备的低温烧结LTCC微波介质陶瓷在850-900℃烧结良好，中等介电常数(εr为45～50)，品质因数Q×f高(≥8000GHz)，可用于低温共烧陶瓷系统(LTCC)、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造，在工业上有着极大的应用价值。
【IPC分类】C04B35/462, C04B35/622
【公开号】CN105130418
【申请号】CN201510160570
【发明人】李恩竹, 张鹏, 牛娜, 段舒心, 袁颖, 唐斌
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年4月7日