专利名称：低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以成分为特征的陶瓷组合物，具体地说，是一种可低温烧结超低
温度变化率低频介质陶瓷及其制备方法。
背景技术：
当前，低频介质陶瓷有两个重要的发展方向低温共烧与高温度稳定性。
低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC)是将低温烧结陶瓷粉末制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制成所需要的电路图形，并将多个无源器件(如电容器、滤波器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，然后在900°C以下烧结。由于烧结温度较低，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，而不必使用昂贵的钯银混合电极。LTCC技术要求所使用的介质陶瓷材料能够在900°C以下的烧结温度下致密化，具有较好的介电性能，而普通介质陶瓷的致密化温度通常在110(TC以上，如果低温烧结，则会使材料的品质因数急剧下降。
另外，电介质陶瓷应当具有尽量广阔的工作温区，在工作温区内拥有尽量小的介电常数温度变化率。如果介电常数温度变化率较大，则制得的器件在工作当中会随温度的变化而改变电气特性，使器件的参数值发生漂移，导致电路不能正常工作，甚至导致整机发生故障。尽管半个世纪以来世界范围内的研究机构已经对电介质陶瓷材料进行了大量的研究，使其性能参数在很多方面得到了较大的提升，但是现有材料的介电常数温度变化率仍然较大。在美国电子工业协会制定的标准中，X7R、X8R、X9R三种不同工作温区的低频介质陶瓷材料都以15%为介电常数温度变化率上限，但在实际应用当中15%的变化率已经能够影响电路工作，必须耗费额外的电路资源进行弥补才能使电路正常工作。如果使用超低温度变化率的低频介质陶瓷，则可以在电路设计与和制造中大幅节省成本、得到更高的稳定性，以满足电子系统愈来愈高的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷， 一是提供一种能够满足低温共烧陶瓷(LTCC)技术的超低温度变化率低频介质陶瓷，二是提供这种低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷的制备方法。 实现上述发明目的采用如下技术方案 —种低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷，其组分及其原料重量百分比如下BaTi03为57 72%，PbTi03熔±央为6 12%， (Na，Bi)Ti03熔±央为9 16%，吣205为4 8%， Mg0为0. 7 1. 5%， Sm203为0. 1 3%， Sn02为1. 2 5%， Zn0为0. 2 3% ;其中PbTi03熔块使用Pb0与Ti02制备，PbO与Ti02的重量比为1 1. 2 ; (Na，Bi)Ti03熔块使用NaC03、Bi203与Ti02的重量比为a : b : c，其中a值为70 73， b值为115 118， c值为154 164。 —种低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤
(1)预制PbTi03熔块按Pb0与Ti02的重量比为1 1. 2配料，将配料置入球磨机，加1 3倍体积去离子水球磨1 12小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至930°C 96(TC保温2 3小时，室温冷却制得PbTi03熔块； (2)预制(Na， Bi)Ti03熔块按NaC03、 Bi203与Ti02的重量比为a : b : c配料，其中a值为70 73，b值为115 118， c值为154 164 ;将配料置入球磨机，加1 3倍体积去离子水球磨1 12小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至900°C 92(TC保温1. 5 2. 5小时，室温冷却制得(Na，Bi)Ti03熔块； (3)按照重量BaTi03为57 72% ， PbTi03熔块为6 12%， (Na， Bi) Ti03熔块为9 16%， Nb205为4 8%， MgO为0. 7 1. 5%， Sm203为0. 1 3%， Sn02为1. 2 5%，ZnO为0. 2 3%配制原料，将所配原料置入球磨机，加1 3倍体积的去离子水球磨1 12小时；然后在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过500目的筛网，在筛下粉料中加入5% 6%重量比的有机粘合剂或石蜡，加90 120Mpa压强制成生坯，之后加热至840°C 875t:保温2 3小时，室温冷却制得陶瓷介质。 本发明的有益效果是，提供了一种可低温烧结的钙钛矿结构微波介质陶瓷及制备方法，能够满足低温共烧陶瓷技术的要求，具有较低的烧结温度，同时具有超低的介电常数温度变化率，能够在电路设计和制造中节省了大量成本、得到更高的稳定性。本发明采用的生产原料均具有价格低廉的特点，降低了原料成本。满足当代移动通信、卫星通信、广播电视、雷达、电子对抗、制导等技术对电子设备高可靠稳定化以及低成本的要求。
图1为本发明能够实现的性能优良的介质陶瓷的测试结果图。
具体实施例方式
本实施例是一种低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷及其制备方法，采用原料为化学纯BaTi03，化学纯PbO，化学纯Ti02，化学纯NaC03，化学纯Bi203，化学纯Ti02，化学纯Nb205，化学纯MgO，分析纯Sm203，分析纯Sn02，分析纯ZnO。 其组分及其原料重量百分比如下BaTi03为57 72% ， PbTi03熔块为6 12%，(Na，Bi)Ti03熔块为9 16%，Nb205为4 8% ， MgO为0. 7 1. 5%， Sm203为0. 1 3%，Sn02为1. 2 5%， ZnO为0. 2 3% ;其中PbTi03熔块使用PbO与Ti02制备，PbO与Ti02的重量比为1 1. 2 ;(Na，Bi)Ti03熔块使用NaC03、BiA与Ti02的重量比为a : b : c，其中a值为70 73， b值为115 118， c值为154 164。
具体实施例如下
实施例l: (1)预制PbTi03熔块按PbO与Ti02的重量比为1. 02配料，将配料置入球磨机，加3倍体积去离子水球磨7小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至93(TC保温3小时，室温冷却制得PbTi03熔块；
(2)预制(Na， Bi)Ti03熔块按NaC03、 Bi203与Ti02的重量比为71 : 117 : 160配料，将配料置入球磨机，加3倍体积去离子水球磨5小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至92(TC保温2. 5小时，室温冷却制得(Na，Bi)TiOs熔块； (3)按照重量BaTi03为66 % ， PbTi03熔块为7 % ， (Na， Bi) Ti03熔块为11%， Nb205为6%， MgO为0. 9%， Sm203为2. 1%， Sn02为3. 8%， ZnO为2. 2%配制原料，将所配原料置入球磨机，加3倍体积的去离子水球磨10小时；然后在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过500目的筛网，在筛下粉料中加入5%重量比的有机粘合剂或石蜡，加120Mpa压强制成生坯，之后加热至875t:保温3小时，室温冷却制得陶瓷介质。
实施例2: (1)预制PbTi03熔块按PbO与Ti02的重量比为1. 07配料，将配料置入球磨机，加3倍体积去离子水球磨7小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至93(TC保温3小时，室温冷却制得PbTi03熔块；
(2)预制(Na， Bi)Ti03熔块按NaC03、 Bi203与Ti02的重量比为70 : 115 : 164配料，将配料置入球磨机，加3倍体积去离子水球磨5小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至95(TC保温2. 5小时，室温冷却制得(Na，Bi)TiOs熔块； (3)按照重量BaTi03为63^，PbTi03熔块为9%， (Na， Bi)Ti03熔块为13%為05为5%， MgO为0. 9%， Sm203为1. 9%， Sn02为4. 2%， ZnO为3%配制原料，将所配原料置入球磨机，加3倍体积的去离子水球磨10小时；然后在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过500目的筛网，在筛下粉料中加入5%重量比的有机粘合剂或石蜡，加120Mpa压强制成生坯，之后加热至86(TC保温3小时，室温冷却制得陶瓷介质。
实施例3 : (1)预制PbTi03熔块按PbO与Ti02的重量比为1. 13配料，将配料置入球磨机，加3倍体积去离子水球磨7小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至94(TC保温3小时，室温冷却制得PbTi03熔块；
(2)预制(Na， Bi)Ti03熔块按NaC03、 Bi203与Ti02的重量比为73 : 118 : 158配料，将配料置入球磨机，加3倍体积去离子水球磨5小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至90(TC保温2. 5小时，室温冷却制得(Na，Bi)TiOs熔块； (3)按照重量BaTi03为69. 3 % ， PbTi03熔块为6.6%， (Na， Bi) Ti03熔块为9.1%，吣205为8X，MgO为1.3X，Sm203为3X，Sn02为1. 2X，ZnO为1. 5%配制原料，将所配原料置入球磨机，加3倍体积的去离子水球磨9小时；然后在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过500目的筛网，在筛下粉料中加入5%重量比的有机粘合剂或石蜡，加120Mpa压强制成生坯，之后加热至84(TC保温3小时，室温冷却制得陶瓷介质。
上述实施例分别给出三种不同配方，得到了满足不同烧结温度、不同介电常数的陶瓷介质。将得到的的陶瓷介质涂附金属电极，在lKHz频率的低频电场下、不同恒温环境中，测量电容量并计算相对介电常数e 。 附图1中为本发明能够实现的性能优良的介质陶瓷的测试结果，室温25t:介电常数为1930，在-55 +150°C (X8R)工作温区内介电常数变化率的绝对值保持在2%以内。
本发明所述电介质陶瓷适用于滤波器，电容器等常用电子器件，能够满足低温共烧陶瓷技术对烧结温度的要求，特别是具有超低的介电常数温度变化率，可以保证高可靠性，同时生产原料价格低廉。 以上公开的仅为本发明的具体实施例，虽然本发明以较佳的实施例揭示如上，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，在不脱离本发明的设计思想和范围内，对本发明进行各种改动和润饰，都应落在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷，其特征在于，其组分及其原料重量百分比如下BaTiO3为57～72％，PbTiO3熔块为6～12％，(Na，Bi)TiO3熔块为9～16％，Nb2O5为4～8％，MgO为0.7～1.5％，Sm2O3为0.1～3％，SnO2为1.2～5％，ZnO为0.2～3％。
2. —种如权利要求1所述的低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷，其特征在于，所述组分及其原料中的PbTi03熔块使用PbO与Ti02制备，PbO与Ti02的重量比为1 1. 2 ;(Na，Bi)Ti03熔块使用NaC03、Bi203与Ti02的重量比为a : b : c，其中a值为70 73， b值为115 118， c值为154 164。
3. —种如权利要求1所述的低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 预制PbTi03熔块按PbO与Ti02的重量比为1 1. 2配料，将配料置入球磨机，加1 3倍体积去离子水球磨1 12小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至930°C 96(TC保温2 3小时，室温冷却制得PbTi03熔块;(2) 预制(Na， Bi)Ti03熔块按NaC03、 Bi203与Ti02的重量比为a : b : c配料，其中a值为70 73，b值为115 118， c值为154 164 ;将配料置入球磨机，加1 3倍体积去离子水球磨1 12小时，在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过200目的筛网，将筛下粉料加热至90(TC 92(rC保温1.5 2.5小时，室温冷却制得(Na， Bi)Ti03熔块；(3) 按照重量BaTi03为57 72% ， PbTi03熔块为6 12%， (Na， Bi) Ti03熔块为9 16%，Nb205为4 8%，MgO为0. 7 1. 5%，Sm203为0. 1 3%，Sn02为1. 2 5%，ZnO为0. 2 3%配制原料，将所配原料置入球磨机，加1 3倍体积的去离子水球磨1 12小时；然后在105t:环境下烘干或进行喷雾干燥得到粉料，将粉料通过500目的筛网，在筛下粉料中加入5 % 6%重量比的有机粘合剂或石蜡，加90 120Mpa压强制成生坯，之后加热至840°C 875t:保温2 3小时，室温冷却制得陶瓷介质。
全文摘要
本发明公开了一种低温烧结超低温度变化率低频介质陶瓷及其制备方法，其组分及其原料重量百分比如下BaTiO3为57～72％，PbTiO3熔块为6～12％，(Na，Bi)TiO3熔块为9～16％，Nb2O5为4～8％，MgO为0.7～1.5％，Sm2O3为0.1～3％，SnO2为1.2～5％，ZnO为0.2～3％；其中PbTiO3熔块使用PbO与TiO2制备，PbO与TiO2的重量比为1～1.2；(Na，Bi)TiO3熔块使用NaCO3、Bi2O3与TiO2的重量比为a∶b∶c，其中a值为70～73，b值为115～118，c值为154～164。制备方法包括(1)预制PbTiO3熔块(2)预制(Na，Bi)TiO3熔块(3)制坯烧结。本发明所述电介质陶瓷适用于电容器、滤波器等电子器件，制造成本低廉。
文档编号C04B35/622GK101747036SQ200910254380
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者方芳, 苏皓 申请人:河北理工大学