专利名称：一种硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子陶瓷及其制备领域，特别涉及一种在超低温下烧结的硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备。
背景技术：
微波介质陶瓷是近几十年发展起来的一种新型功能陶瓷材料，是制造微波介质滤 波器和谐振器的关键材料，近年来对它的研究十分活跃发展迅速，其推动力主要来自于商 用无线通信高速发展的需求，如蜂窝式移动通信系统、电视接收系统、直接广播系统和卫星 通信系统等。微波介质陶瓷具有介电常数分布较宽、低微波损耗、频率温度系数小等优良性 能，适合制作各种微波器件和移动电话等设备中的稳频振荡器滤波器和鉴频器，能满足微 波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。随着移动通信事业的发展，微波介质陶 瓷的研究日益受到人们的重视。低温共烧陶瓷LTCC (LowTemperatureCo-firedCeramics)技术以其优异的电学、 机械、热学及工艺特性，已经成为电子器件模块化的主要技术之一。顾名思义，LTCC技术指 的就是将电极跟陶瓷生坯一起烧结的技术。根据材料的不同，LTCC材料的介电常数可在很 大范围内变化，增加了电路设计的灵活性。LTCC工艺中所应用的微波介质陶瓷要比PCB印 刷电路板中所用的树脂材料有着更低的介质损耗，具有非常优良的高频特性。所以，当跟高 电导率的金属电极共烧之后，整体模块也会保持很低的损耗。另外，与树脂材料等有机物相 比，陶瓷材料拥有较低的热膨胀系数，进一步提高了元器件包装过程的可靠性。凭借以上所 述的种种优点，LTCC技术正逐渐成为高频基板和集成器件应用的首选方法。介质陶瓷基板 现在广泛应用于电子工业中的薄膜电路、大规模集成电路、大功率混合集成电路等等。应用 最为广泛的还是传统的Al2O3陶瓷，其介电常数为9，介电损耗在0. 0001以下，其良好的导 热性以及温度稳定性也是作为陶瓷基板材料不可缺少的特性。自上世纪七十年代以来，微波介质陶瓷体系开发的研究已经接近四十年，如果不 考虑烧结温度这一指标，据文献统计，到现在为止至少已经有几百种体系，上万种具有良 好微波介电性能的陶瓷被开发出来。但是大部分微波介质陶瓷都有着较高的烧结温度
IOOO0Oo近十几年来，一种更为有效的研究途径越来越受到人们的关注，即寻找本身具 有低烧温度(<900°c)的材料体系，此类材料体系一般称之为低烧陶瓷体系。综上所述，随着微波介质陶瓷广泛应用于高频多层共烧电容器、介质基板以及介 质超材料等领域，低温共烧陶瓷技术以其不可取代的优异性，成为了微波器件制备的主流 技术，进一步推动各类微波器件向小型化、集成化、多元化发展。为了满足低温共烧陶瓷技 术的生产需要，研发具有一定分布范围介电常数、微波频段下低损耗(Qf>5000GHz)、谐振频 率温度特性稳定的、可以跟相应电极材料烧结匹配的新型微波介质陶瓷逐渐成为当前的研 究热点与难点。在兼顾各项性能指标的同时，所研发的新材料应该具备价格低廉、不含或者 少含有有毒元素等特点，以满足环保可持续发展的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术材料的不足，提供一种硅铍石型钼基钨基超 低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料是一种不需要添加任何助烧剂就可 以在540°(T660°C烧结的可应用于LTCC的高性能硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶 瓷材料，其最低烧结温度低至540°C。本发明的第一个目的是提供一种硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷 材料，它烧结后的相对介电常数为5.3 5.5，低的低频介电损耗(切115<3\10-4，说泡)， 良好的微波性能(37，OOOGHz彡Qf彡63，400GHz)，谐振频率温度系数可调(_133ppm/ 0C彡TCF彡-149ppm/°C),另外它的主要特点是可以在较低的烧结温度下(540°(T640°C)进 行烧结，化学组成及制备工艺简单，物相单一。本发明的第二个目的是提供上述超低温烧结硅铍石型钼基钨基微波介质陶瓷材 料的制备方法。本发明采用了最简单有效的固相反应烧结的方法来实现上述发明目的。首先是 选取合适比例的配方，选取合适的初始氧化物以及合适的取代物(碳酸盐)，通过一次球磨 使得氧化物混合均勻，通过预烧结过程使得氧化物进行初步的反应，再通过二次球磨细化 反应物的颗粒尺寸，最后通过烧结过程得到所需要的陶瓷样品。通过这样一种简单易行 的有效的制备方法，得到的陶瓷样品的介电常数随成分在5. 3^5. 5之间变化，Qf分布在 37，OOOGHz 63，400GHz，谐振频率温度系数在TCF在-133ppm/°(T-149ppm/°C之间可调，烧结 温度540°(T640°C，使之适用于LTCC技术的需要，扩大其应用范围。本发明的技术方案是这样实现的
一种硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料，该陶瓷材料结构表达式为 Li2(Mo1^xWx)O4,式中 0·0<χ<1·0。所述陶瓷材料的微波介电常数ε r=5. 3~5. 5、谐振频率温度系数 TCF=-133 -149ppm/。C、高品质因数 Qf=3700(T63400GHz、烧结温度是 540。C 640。C、IMHz 低 频下介电损耗为tanS<3X10_4。所述的硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，按以下步骤 进行
1)将化学原料MoO3、WO3和Li2CO3按配方通式Li2(McvxWx) O4配制，式中0. 0<χ<1· 0 ；
2)将步骤1)配料混合，球磨5、个小时，在100°(T200°C下烘干，过筛200目后压制成 块状体；
3)将步骤2)的块状体经500°(T800°C预烧，并保温4飞小时，得到样品烧块；
4)将样品烧块粉碎，并经过5飞个小时的二次球磨，在100°(T200°C下烘干、造粒，造粒 后经60目与120目筛网双层过筛，得到瓷料粉末；
5)将瓷料粉末压制成型，在540°(T640°C下烧结2、个小时成瓷，得到硅铍石型钼基钨 基超低温烧结微波介质陶瓷材料。本发明的超低温烧结钼基钨基微波介质陶瓷材料具有以下特点相对 介电常数低(5. 3 5.5)，低频下介电损耗小(tanS<3X10-4，lMHz)，微波性能良好 (37, 000GHz ≤ Qf ≤ 63，400GHz)，烧结温度低(540°(T640°C)，谐振频率温度系数可调 (-133ppm/°C≤ TCF≤ _149ppm/。C)，化学组成及制备工艺简单。
具体实施例方式下面对本发明的内容作进一步详细说明。本发明的硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料的配方表达式为 Li2(Mo1^xWx)O4,式中 0·0<χ<1·0。本发明的超低温烧结钼基钨基微波介质陶瓷材料具体制备步骤是将化学原料 MoO3> WO3 和 Li2CO3 按配方通式 Li2 (McvxWx) O4 配制，式中 0. 0<χ<1. O。充分混合球磨5个小时，磨细后烘干、过筛、压块，然后经500°C预烧，并保温4小 时，将预烧后的块体进行二次球磨，磨细烘干后造粒，经60目与120目筛网双层过筛，即可 得到所需瓷料。将瓷料按需要压制成型，然后在540°(T640°C下烧结2小时成瓷，即可得到 超低温烧结钼基钨基微波介质陶瓷材料。本发明的超低温烧结硅铍石型钼基钨基超微波介质陶瓷材料其主要特点是以低熔点氧化物MoO3和Li2O作为主元，使得在低温下烧结这种介质陶瓷材料成为可能。本发明 根据晶体化学原理和电介质有关理论，以A2BO4这种典型的硅铍石型组成为基础，使用Li+1 离子来占据A位，使用高价态的Mo6+和W6+离子的组合离子来占据B位，在没有添加任何烧 结助剂的前提下，可以在非常低的温度范围(540°(T640°C)内烧结出致密的且有着优良微波 介电性能的新型功能陶瓷，这类陶瓷可以作为射频多层陶瓷电容器、片式微波介质谐振器 或滤波器、低温共烧陶瓷系统(LTCC)、陶瓷基板、多芯片组件(MCM)等介质材料使用。实施例1
将分析纯度的原料Mo03、WO3和Li2CO3按配方通式Li2 (Moa99Watll) O4配制。配制后充分 混合球磨4个小时，然后烘干、过筛、压块，经500°C预烧4个小时，然后将预烧后的块状样 品粉碎后再进行二次球磨5小时，磨细烘干后造粒，经60目与120目筛网双层过筛，即可得 到所需瓷料。将瓷料按需要压制成型(片状或者柱状)，然后在540°(T640°C空气下烧结2个 小时成瓷，即可得到硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料。该组陶瓷材料的性能达到如下指标
540°(T640°C空气中烧结成瓷，微波下的介电性能ε r=5. 3 (13. IGHz ),品质因子 Q=2, 800, Qf=37, 000GHz，微波下的谐振频率温度系数 TCF=_133ppm/。C (25。C 85。C)。实施例2:
将分析纯度的原料Mo03、W03和Li2CO3按配方通式Li2 (Moa5Wa5) O4配制。配制后充分混 合球磨4个小时，然后烘干、过筛、压块，经500°C预烧4个小时，然后将预烧后的块状样品 粉碎后再进行二次球磨5小时，磨细烘干后造粒，经60目与120目筛网双层过筛，即可得到 所需瓷料。将瓷料按需要压制成型(片状或者柱状)，然后在540°(T640°C空气下烧结2个小 时成瓷，即可得到硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料。该组陶瓷材料的性能达到如下指标
540°(T640°C空气中烧结成瓷，微波下的介电性能ε r=5. 4 (14. 2GHz )，品质因子 Q=3, 500, Qf=49, 700GHz，微波下的谐振频率温度系数 TCF=_139ppm/。C (25。C 85。C)。实施例3
将分析纯度的原料Mo03、WO3和Li2CO3按配方通式Li2 (MoatllWa99) O4配制。配制后充分 混合球磨4个小时，然后烘干、过筛、压块，经500°C预烧4个小时，然后将预烧后的块状样 品粉碎后再进行二次球磨5小时，磨细烘干后造粒，经60目与120目筛网双层过筛，即可得到所需瓷料。将瓷料按需要压制成型(片状或者柱状)，然后在540°(T640°C空气下烧结2个小时成瓷，即可得到硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料。该组陶瓷材料的性能达到如下指标
540°(T640°C空气中烧结成瓷，微波下的介电性能ε r=5. 5 (15. 7GHz )，品质因子 Q=4, 300，Qf=63, 400GHz，微波下的谐振频率温度系数 TCF=-149ppm/°C (25°(T85°C)。需要指出的是，按照本发明的技术方案，上述实施例还可以举出许多，根据申请人 大量的实验结果证明，在本发明的权利要求书所提出的范围，均可以达到本发明的目的。
权利要求
一种硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料结构表达式为Li2(Mo1-xWx)O4, 式中0.0<x<1.0。
2. —种硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于所述陶瓷材 料的微波介电常数ε r=5. 3^5. 5、谐振频率温度系数TCF=-133 -149ppm/°C、高品质因数 Qf=3700(T63400GHz、烧结温度是 540°(T640°C、IMHz 低频下介电损耗为tan δ <3Χ 1(Γ4。
3.实现权利要求1所述的硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方 法，其特征在于，按以下步骤进行1)将化学原料MoO3、WO3和Li2CO3按配方通式Li2(McvxWx) O4配制，式中0. 0<χ<1· O ；2)将步骤1)配料混合，球磨5、个小时，在100°(T200°C下烘干，过筛200目后压制成 块状体；3)将步骤2)的块状体经500°(T800°C预烧，并保温4飞小时，得到样品烧块；4)将样品烧块粉碎，并经过5飞个小时的二次球磨，在100°(T200°C下烘干、造粒，造粒 后经60目与120目筛网双层过筛，得到瓷料粉末；5)将瓷料粉末压制成型，在540°(T640°C下烧结2、个小时成瓷，得到硅铍石型钼基钨 基超低温烧结微波介质陶瓷材料。
全文摘要
本发明公开了一种硅铍石型钼基钨基超低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。以结构通式A2BO4为基础，选取低价态Li+1离子占据A位，高价态的Mo6+和W6+复合阳离子占据B位，通过传统固相反应烧结的方法，得到了一系列可以在540oC~640oC超低温度范围内烧结，微波介电常数低(5.3≤εr≤5.5)、谐振频率温度系数可调(-133ppm/oC≤TCF≤-149ppm/oC)且微波介电损耗低(高品质因数Qf值，37,000GHz≤Qf≤63,400GHz)的陶瓷材料。其具体结构表达式为Li2(Mo1-xWx)O4，式中0.0<x<1.0。
文档编号H01B3/12GK101823880SQ20101019202
公开日2010年9月8日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者吴新光, 周迪, 姚熹, 庞利霞, 张高群, 汪宏, 郭靖 申请人:西安交通大学