专利名称：：一种超低介电常数的微波介质陶瓷材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种微波介质陶瓷材料，具体为一种超低介电常数微波介质陶瓷材料，通过调整材料成分或烧结工艺参数，还可以使其为负收缩率或零收缩率。该微波介质陶瓷材料不仅适用于制造高集成度微波通信基板，还能用于制造高品质微带天线和天线罩等重要元器件。
背景技术：
：随着工作频率逐渐向高频端扩展，特别是进入毫米波时代后，传统基板材料与电极之间存在交叉耦合(Cross-Coupling)的现象，且信号延迟时间明显增加，这严重制约了毫米波高速信号通信系统的开发与应用。为了解决上述问题，必须采用具有低介电常数的微波介质材料，但目前介电常数小于5且具有优越综合性能的超低介电常数微波介质材料非常少，因此研究制备出超低介电常数微波介质材料具有非常重要的意义。同时，人们对通信产品小型化、多功能和可靠性要求的日益提高，各种电子元器件必须同时集成在同一微小的基片上。通常，在基片生坯上需要完成电极印刷、打孔或开槽等工序，然后将单层或多层生坯基片叠层在高温下保温烧结，形成定位精确、性能可靠，能满足多功能化要求的高集成模块。众所周知，材料经过高温烧结成陶瓷后通常存在1520%的收缩率，这给材料基片上元器件精确定位带来巨大困难。TorstenRabe等发现当陶瓷基片的收缩率为0.5%时，在8inX8in尺寸范围内沿χ和y方向上的不确定度为100μm。因此，需要基片材料在烧结前后的尺寸几乎没有发生变化(<0.5%)，这就是所谓的零收缩。鉴于材料通常具有正收缩率，因此必须通过研究合适的制备工艺才能实现材料的零收缩。目前常见的零收缩工艺包括限制烧结(ConstrainedSintering)和自限制烧结(Self-ConstrainedSintering)，前者是通过外压力或表层的牺牲基板(SacrificialTape)来抑制中间层生坯材料在烧结过程中的收缩行为，后者是利用层间对称分布且致密化温度范围不相交的生坯材料在烧结过程中自我约束、相互制约收缩的行为来保证多层材料的零收缩。但若材料自身具有很大的收缩率，那么无论采用哪种零收缩烧结工艺，都有可能在陶瓷表面出现分布不均勻的气孔甚至裂纹，直接导致材料失效。因此，必须研制出收缩率小的材料体系，但在纷繁复杂的正收缩材料家族中，若能寻找到具有负收缩率的材料体系与之相复合，就有望实现上述目标。
发明内容本发明的目的在于提供一种超低介电常数的微波介质陶瓷材料，该材料的介电常数小于5；本发明进一步的目的在于提供一种负收缩率或零收缩率的超低介电常数微波介质陶瓷材料。为实现发明目的，本发明所采用的技术方案是超低介电常数微波介质陶瓷材料，由(l-x)MO-O.5xNa20_(1-0.5x)Al2O3-(2+x)SiO2构成，其中MO为BaO或Sr0，0≤χ≤0.6。为实现进一步的发明目的，本发明所采用的改进的技术方案是当χ=0时，不预烧或预烧温度小于1100°C、烧结温度为14501525°C，保温后能获得负收缩率陶瓷材料。当X=0.4时，当MO为BaO时，不预烧，经1050°C保温10小时或经1100°C保温3小时后获得零收缩率陶瓷材料。当χ=0.4时，当MO为SrO时，不预烧，经1000°C保温10小时或经1050°C保温10小时后获得零收缩率陶瓷材料。本发明的陶瓷材料体系中Na2O为烧结助剂，主要作用是降低本发明材料的烧结温度，使材料能在小于iioo°c的温度下进行烧结，烧结后的陶瓷体晶粒生长均勻，具有高致密度，且介电常数小于5，使其适用于制造片式叠层结构器件。采用本发明改进的技术方案，通过改变Na2O添加剂含量和烧结工艺参数来控制收缩率大小，最终实现材料的零收缩。具体实施例方式下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。实施例1试样1#中，MO为Ba0，x=0，选用分析纯的Al203、Si02、BaC03粉末为原料，按照设定的配方配料，以锆球为介质、酒精为分散剂，利用球磨机将粉末混合搅拌3小时，其转速为360转/分钟。待浆料烘干后经10501150°C预烧3小时，二次球磨后，将5wt%的聚乙烯醇(PVA)粘接剂加入干燥的粉末中造粒，然后利用IOOMPa压力将其压制成厚度与直径比为0.40.6的圆柱形试样。将生坯试样在550°C温度下排胶后，再以5°C/min的升温速率升高到14501525°C温度范围内保温，当温度以2V/min的降温速率降至800°C后随炉冷却到室温。利用金刚石磨抛机将烧结体试样打磨光洁后，测试其外形尺寸并计算试样收缩率。在Agilent4294A型网络分析仪上用平行板谐振器法测试材料的介电常数和品质因数，谐振模式为TEtlll,测试频率约为10GHz。然后将试样放入温控箱内，利用网络分析仪测试试样在2080°C温度范围内的谐振频率温度系数，其表达式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，测试温度范围为2080°C，f(I\)和f(Ttl)分别为样品在80°C和20°C时的谐振频率温度系数。所得到材料的烧结工艺、收缩率和微波介电性能如表1所示。由表1可知，当预烧温度一定时，陶瓷的负收缩率随烧结温度的升高呈现出逐渐增大的趋势；而当烧结温度一定时，陶瓷的负收缩率随预烧温度的升高而先增大然后减小，在当预烧温度为1050°c时出现最大值，高达-3.6%。当材料经1100°C和1500°C分别保温3h烧结成陶瓷后，其综合微波介电性能最佳εr=4.33、Qf=14480GHz、τf=-30.16ppm/°C，此时的收缩率为-1.5%0实施例2试样2#中，MO为Sr0，x=0。由表1可知，材料的收缩率和微波介电性能随预烧温度和烧结温度的变化规律与实施例1相似。当材料经1100°c和1500°C分别保温3h烧结成陶瓷后，其综合微波介电性能最佳εr=3.90,Qf=12230GHz、τf=-33.63ppm,C，此时的收缩率为_3.2%。实施例3试样3#中，MO为Ba0，x=0.4。由于体系中引入Na2CO3烧结助剂，材料的烧结温度明显降低，负收缩率有所降低。当材料经iioo°c保温3h小时烧结成陶瓷后，其收缩率为0，出现“零收缩”现象。同时，Na2CO3烧结助剂促使材料的品质因数大大降低到2000GHz左右，介电常数也降低至4以下。实施例4试样4#中，MO为Sr0，x=0.4。由表1可知，此时陶瓷的负收缩现象消失，出现微弱的正收缩，其收缩率均小于0.5%，能满足零收缩要求。实施例5试样5#中，MO为BaO，χ=0.6。与试样3#相比，试样5#中Na2O含量增加，烧结后烧结体的收缩率也略有增大。而且当烧结温度升高到1050°C时，试样出现过烧现象，表面局部发生“熔塌”，导致陶瓷品质因数明显降低。实施例6试样6#中，MO为SrO，χ=0.6。与试样4#相比，试样6#中Na2O含量增加，烧结后烧结体的收缩率也略有增大。而且当烧结温度升高到1050°C时，试样发生严重的“熔塌”现象，导致测试时谐振峰非常微弱而无法获得材料的微波介电性能。以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。表1主要发明材料的烧结工艺、收缩率和微波介电性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种超低介电常数的微波介质陶瓷材料，其特征在于，该微波介质陶瓷材料由(1-x)MO-0.5xNa2O-(1-0.5x)Al2O3-(2+x)SiO2构成，其中MO为BaO或SrO，0≤x≤0.6。2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于当χ=0时，不预烧或预烧温度小于1100°C、烧结温度为小于14501525°C，保温后能获得负收缩率陶瓷材料。3.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于当χ=0.4时，当MO为BaO时，不预烧，经1050°c保温10小时或经1100°C保温3小时后获得零收缩率陶瓷材料。4.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料，其特征在于当X=0.4时，当MO为SrO时，不预烧，经1000°C保温10小时或经1050°C保温10小时后获得零收缩率陶瓷材料。全文摘要本发明公开了一种超低介电常数的微波介质陶瓷材料，由(1-x)MO-0.5xNa2O-(1-0.5x)Al2O3-(2+x)SiO2构成，其中MO为BaO或SrO，0≤x≤0.6。当x＝0时，材料在1500～1525℃范围内保温3小时后能获得负收缩率大于-3.0％的最佳综合性能，能与其它常见的具有正收缩率的材料复合形成零收缩材料，将会成为一种具有应用前景的电子材料。当x＝0.4时，材料在1000～1100℃范围内烧结后能获得零收缩陶瓷，不仅适用于制造高集成度微波通信基板，还能用于制造高品质微带天线和天线罩等重要元器件。文档编号C04B35/63GK101805172SQ201010111148公开日2010年8月18日申请日期2010年2月5日优先权日2010年2月5日发明者吕文中,昂然,梁飞,雷文申请人:华中科技大学