专利名称：一种发白光的低温共烧陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种玻璃陶瓷体系的发白光低温共烧陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
随着微电子信息技术的迅猛发展，电子、微电子和光电子元件日益向高功率、高密度、高集成与高运行速度的方向发展，这就要求基板材料能满足高传播速度、高布线密度和高稳定性等要求。低温共烧陶瓷(LTCC)技术以其优异的电气特性和先进的制作工艺适应了这一要求，为电子元器件及模块的小型化、轻量化提供了较好的解决方案，在近20多年来得到了较快的发展。要满足电子封装要求，LTCC基板材料必须具备较低的烧结温度(<100(TC )以便与熔点较低的高电导率金属如铜、银或金共烧，与搭载芯片(Si或GaAs)相匹配的热膨胀系数，较高的热导率，较低的相对介电常数(<10，1 MHz，尤其在高频应用领域)和介质损耗。文献 1 (S. F. Wang, Y. R. Wang, Y. F. Hsu, C. C. Chiang, J. Alloys. Compd. 498 (2010) 211.)制备的CaO-IO3-SiO2系玻璃陶瓷因具有优异的介电性能、热力学性能而被作为一种理想的LTCC基板材料。然而半导体照明作为LTCC技术的一个重大应用领域，要想实现发光器件性能的改善以及新显示技术的突破，研究具有发光功能的LTCC材料是很有必要的。但目前为止， 尚没有可用于商业化生产的，可以在紫外光芯片激发下产生出白光发射的发光LTCC材料的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种在紫外光(320-410nm)激发下具有良好的白光发射，烧结温度较低，介电常数较低，烧结致密度较大的发光低温共烧陶瓷材料及制备方法，
本发明的技术方案是一种发白光的低温共烧陶瓷材料，该陶瓷材料的各组分的摩尔百分比为
CaO 10-20%,
B2O320-30%,
SiO2:50-60%,
光激活剂离子1_9%。本发明的另一目的是提供一种发光低温共烧陶瓷的制备方法，其包括以下步骤 步骤1 将占摩尔比百分比10-20%的CaCO3和占摩尔百分比1_9%的光激活剂离子
所对应量的Dy2O3或Dy (NO3)3溶于硝酸制得硝酸盐溶液，再加入占摩尔百分比，20-30%的 B2O3的所对应量的H3BO3溶液混合，得到无机溶液；将占摩尔比百分比50-60%的Si (OC2H5)4 溶解于无水C2H5OH中，得到有机溶液；
步骤2 将步骤1制备得到的无机溶液缓慢倒入有机溶液中，将混合溶液在温度为 80-100°C水浴中搅拌1-2小时制得凝胶；其中，所述无机溶液与有机溶液的体积比为2:1 ；步骤3 将步骤2制备得到的凝胶放入烘箱中在温度为90-100°C，加热3-8小时，得干凝胶，然后所述干凝胶放入高温炉中在温度为500-600°C，预烧2-4小时，得到的凝胶粉，将所述凝胶粉放入球磨罐中，再加入无水乙醇，进行球磨而后烘干，得到粉末；
步骤4 将10wt%PVA溶液加入步骤3制备得到的粉末中，造粒后用压片机在2-lOMI^a压制成圆片；
步骤5 将上述圆片放入马弗炉中，于800-900°C烧结2-5小时，制得发白光低温共烧陶
ο本发明通过稀土 Dy3+掺杂使得LTCC材料具备了发光性能，通过对所制备的材料进行介电性能、热膨胀系数和收缩率等性能测试，获得了介电性能满足应用要求、烧结收缩可控的发光低温共烧玻璃陶瓷组合材料。本发明低温共烧陶瓷材料，具有以下优点
(1)烧结温度低，在800-900°C之间，烧结气氛为氧化气氛，压力条件为常压；该温度下烧结收缩率在13-17%之间可控，玻璃陶瓷材料表面平整光滑，强度较高；
(2)介电常数在4-6(IMHz)之间可调，介质损耗系数在0.002以下；微量的Dy3+添加不会影响材料的介电性能；
(3)制备工艺简单先进，采用Sol-gel法，起始反应活性高、各组分相互混合时均勻性好、烧结温度低；
(4)发光强度高，可以达到稀土离子掺杂荧光粉的发射强度，该体系材料在320nm 410nm波长的紫外光激发下可以发出黄光和蓝光，蓝光和黄光混合得到的白光可用于照明及显示；
(5)基于上述优点，本发明可以应用于白光发光二极管、高频电路、可集成化的陶瓷基板、谐振器、滤波器等电子器件及半导体和微电子封装材料领域。
图1为本发明的实施例1的激发光谱示意图。图2为本发明的实施例1的发射光谱示意图。图3为本发明的实施例1所涉及的发射光谱色坐标示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。实施例1将占摩尔百分比11%的CaC03、占摩尔百分比9%的Dy3+所对应量的Dy2O3 溶于HNO3制得硝酸盐溶液3再加入占摩尔百分比25%B203的所对应量的H3BO3溶液混合制备无机溶液，占摩尔百分比55%Si (OC2H5)4溶解于无水C2H5OH中制备有机溶液。将所述无机溶液缓慢倒入所述有机溶液中，其中无机溶液与有机溶液的体积比为2:1。将混合溶液在 80°C的水浴中搅拌1小时制得凝胶。将所述凝胶放入80°C的烘箱中加热8小时制得干凝胶，然后放入高温炉中于^(TC预烧3小时。将预烧完成后得到的凝胶粉放入球磨罐中，再加入无水乙醇，进行4小时的球磨而后烘干。将10wt%-PVA溶液加入所得粉末中，造粒后在
压强下压制圆片。将上述圆片放入马弗炉中，在空气气氛下，于850°C烧结2小时制得玻璃陶瓷试样。图1、图2为本发明的实施例所涉及的发光光谱图1是激发光谱；图2是发射光谱。从此图中可以看出在紫外3^、352、366、390nm波长的光激发下，在487、573nm处有较强的蓝、黄光发射，该玻璃陶瓷具有较强的荧光性能。图3为本发明的实施例所涉及的发射光谱色坐标。从CIE-1931标准色度学系统可以看出，发射光谱的色坐标位于白光区域，说明该发光低温共烧玻璃陶瓷可应用于微电子封装材料、半导体照明及显示领域。
实施例2
将占摩尔百分比20%CaC03、占摩尔百分比1%的Dy3+所对应量的Dy2O3溶于HNO3制得硝酸盐溶液，并与占摩尔百分比^%B203的所对应量的H3BO3溶液混合制备无机溶液，占摩尔比百分比50%Si (OC2H5)4溶于无水C2H5OH中制备有机溶液。将所述无机溶液缓慢倒入所述有机溶液中，其中无机溶液与有机溶液的体积比为 2:1，将混合溶液在80°C的水浴中搅拌2小时制得凝胶。将所述凝胶放入100°C的烘箱中加热6小时制得干凝胶，然后放入高温炉中于 600°C预烧2小时。将预烧完成后得到的凝胶粉放入球磨罐中，再加入无水乙醇，进行2小时的球磨而后烘干。将10wt%_PVA溶液加入所得粉末中，造粒后在IOMPa压强下压制圆片。将上述圆片放入马弗炉中，在空气气氛下，于900°C烧结3小时制得发光玻璃陶瓷试样。实施例3
将占摩尔百分比15%的CaCO3占摩尔百分比3%的Dy(NO3)3溶于HNO3制得的硝酸盐溶液与占摩尔百分比22%B203的所对应量的H3BO3溶液混合制备无机溶液，占摩尔比百分比 60%Si (OC2H5)4溶解于无水C2H5OH中制备有机溶液。将所述无机溶液缓慢倒入所述有机溶液中，其中无机溶液与有机溶液的体积比为 2:1，将混合溶液在100°C的水浴中搅拌1. 5小时制得凝胶。将所述凝胶放入100°C的烘箱中加热3小时制得干凝胶，然后放入高温炉中于 500°C预烧4小时。将预烧完成后得到的凝胶粉放入球磨罐中，再加入无水乙醇，进行6小时的球磨而后烘干。将10wt%_PVA溶液加入所得粉末中，造粒后在6MPa压强下压制圆片。将上述圆片放入马弗炉中，在空气气氛下，于875°C烧结5小时制得发光玻璃陶瓷试样。尽管参照本发明的上述示意性实施例对本发明的具体实施方式
进行了详细的描述，但是应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性的劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种发白光的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，各组分的摩尔百分比为 CaO 10-20%,B2O320-30%,SiO2:50-60%,光激活剂离子1_9%。
2.一种发白光低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤步骤1 将占摩尔比百分比10-20%的CaCO3和占摩尔百分比1_9%的光激活剂离子所对应量的Dy2O3或Dy (NO3)3溶于硝酸制得硝酸盐溶液，再加入占摩尔百分比，20-30%的 B2O3的所对应量的H3BO3溶液混合，得到无机溶液；将占摩尔比百分比50-60%的Si (OC2H5)4 溶解于无水C2H5OH中，得到有机溶液；步骤2 ，将步骤1制备得到的无机溶液缓慢倒入有机溶液中，将混合溶液在温度为 80-100°C水浴中搅拌1-2小时制得凝胶；其中，所述无机溶液与有机溶液的体积比为2:1 ； 步骤3 将步骤2制备得到的凝胶放入烘箱中在温度为90-100°C，加热3-8小时，得干凝胶，然后所述干凝胶放入高温炉中在温度为500-600°C，预烧2-4小时，得到的凝胶粉，将所述凝胶粉放入球磨罐中，再加入无水乙醇，进行球磨而后烘干，得到粉末；步骤4 将10wt%PVA溶液加入步骤3制备得到的粉末中，造粒后用压片机在2-lOMI^a压制成圆片；步骤5 将上述圆片放入马弗炉中，于800-900°C烧结2-5小时，制得发白光低温共烧陶
全文摘要
本发明一种发白光的低温共烧陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料各组分的摩尔比百分比为CaO10-20%，B2O320-30%，SiO250-60%,光激活剂离子1-9%。本发明还涉及上述材料的制备方法，即溶胶凝胶法制备一种发白光的低温共烧陶瓷材料。本发明具有以下优点1.制备工艺简单先进，采用Sol-gel法，烧结温度低，在800-900℃之间，该温度下烧结收缩率在13-17%之间可控，玻璃陶瓷材料表面平整光滑，强度较高；2.介电常数在4-6(1MHz)之间可调，介质损耗系数在0.002以下；3.发光强度高，在320nm～410nm波长的紫外光激发下可以发出黄光和蓝光，蓝光和黄光混合得到的白光可用于照明及显示；4.基于上述优点，本发明可以应用于白光LED灯、可集成化的陶瓷基板等电子器件及半导体和微电子封装材料领域。
文档编号C04B35/622GK102390982SQ20111023275
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者刘世香, 周济, 孙长艳, 常志东, 李幸运, 李文军, 董彬, 车平 申请人:北京科技大学