专利名称：一种低温烧结微波介质陶瓷及其烧结方法
技术领域：
本发明属于电子陶瓷制造工艺技术领域，具体是一种低温烧结微波介质陶瓷及其
烧结方法。
背景技术：
低温共烧微波介质陶瓷材料是制作滤波器、谐振器、介质基片、介质导波回路等元器件的关键基础材料。由于低温共烧微波介质陶瓷需要与电极共烧，银电极具有高电导率、 低成本，尤其在共烧过程中不易氧化，是理想的电极材料，其熔点温度为961 °C，一般共烧温度不高于900°C。微波烧结技术是一种新型材料制备技术，其加热原理是电磁波以波的形式渗透到介质内部引起介质损耗而发热，而不是来自于其它发热体。因此其材料的内部温度梯度小， 热应力也很小，即使在很高的升温速率(500 600°C/min)情况下，一般也不会造成材料的开裂。与常规电热烧结相比，微波加热具有快速、高效、节能以及改善材料组织结构、提高材料性能、环保等一系列优势。近年来，随着电子信息技术不断向高频化和数字化方向发展，对元器件的小型化， 集成化以至模块化的要求也越来越迫切。低温共烧陶瓷LTCC烧结温度低，可用电阻率低的金属作为多层布线的导体材料，可以提高组装密度、信号传输速度，并且可内埋于多层基板一次烧成的各种层式微波电子器件，因此广泛应用于无线通讯领域、航空航天工业和军事领域、存储器、驱动器、滤波器、传感器等电子元器件领域。然而很多具有优异性能的微波介质陶瓷烧结温度都很高，一般都高于银的熔点，添加低熔点烧结助剂来降低烧结温度是一种最简单最实用的办法，在常规电热烧结过程中低温烧结助剂挥发比较严重，影响了陶瓷的致密性，影响了性能，而且污染了环境。由于微波烧结技术具有快速、高效、节能、环保等独特的优势，越来越受到人们的广泛重视。
发明内容
本发明目的在于克服上述常规电热烧结的不足，提供一种低温烧结微波介质陶瓷及其烧结方法。该方法采用微波烧结制备工艺，在加热过程中，材料内部温度梯度很小，热应力也很小，即使在很高的升温速率情况下，一般也不会造成材料的开裂。而且与传统的固相烧结相比，大大降低了低温烧结助剂的挥发对环境造成的损害，缩短了烧结时间、而且可以控制材料的显微结构，改善了材料微波介电性能。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种低温烧结微波介质陶瓷由Li2MTi3O8和N组成，Li2MTi3O8和N的重量百分比为 Li2MTi3O8 N = 98% 99. 8%: 0. 2% 2%，其中 M 为 Zn、Ni、Co 或 Mg，N 为 B203、V205、 CuO 或 Bi2O3。一种低温烧结微波介质陶瓷的烧结方法，采用微波烧结制备工艺，按下列步骤进行
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1.首先将分析纯的 Li2C03、Co203、ZnO, MgO, Ni2O3 和 TiR 按化学式 Li2MTi3O8 称量配制成主粉体，其中M为Si、Ni、Co或Mg ；2.将步骤1中主粉体按照主粉体与去离子水的重量比为1 1加入去离子水，湿式球磨混合4 8小时后烘干，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧40分钟 150分钟，预烧温度800°C 950°C，升温速率5 15°C /分钟，保温时间5分钟 60分钟，自然冷却，得到预烧粉体；3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加N，按重量百分比预烧粉体N = 98% 99.8% 0.2% 2%配料混合，得到混合料，按混合料与去离子水的重量比为1 1加入去离子水，再次湿式球磨混合4 8小时后烘干，得到烘干混合料；4.将步骤3烘干混合料添加质量百分浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液量占Li2MTi3O8和N总重量的3% 15%，混合均勻、造粒、压制成型，得到陶瓷生坯，将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度550 650°C、升温速率1°C 5°C /分钟、保温3 8小时，然后放入微波烧结炉的炉腔内进行烧结80分钟 200分钟，烧结温度825°C 925°C、 保温时间5分钟 60分钟，然后以3 8°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，得到低温微波烧结Li2MTi3O8微波介质陶瓷材料。上述的步骤2中的炉腔的腔壁为氧化物陶瓷或氧化物陶瓷纤维包裹形成的炉腔腔壁。上述的步骤2和步骤3中的测温装置均采用的是测温范围为385°C 1600°C的红外测温仪。上述的步骤2中的预烧粉体和步骤3中的Li2MTi3O8微波介质陶瓷的相组成均为尖晶石结构。本发明方法具有以下特点1.与传统的固相反应法相比，预烧时间和烧结时间由传统的10 25小时缩短到 1 6小时，大大地节约了能源，缩短了工艺生产周期，提高了生产效率；2.解决了常规烧结法材料晶粒生长一致性差的难题，产品的品质因子相比传统烧结法烧结的产品提高了 10 % 20 %，即Q X f值高达6000 59000GHz，高频介电常数(ε r) 达到20 30，及谐振频率温度系数(τ f)小；3.大大降低了低熔点烧结助剂的挥发对环境造成的污染，绿色环保。
图1为本发明Li2ZnTi3O8预烧粉体的微波烧结温度曲线图。横坐标t (min)表示时间，纵坐标T (°C )表示温度。图中横坐标t(min)表示时间，纵坐标T(°C )表示温度。a曲线为微波烧结控制曲线，b曲线为传统烧结温度控制曲线。图2为本发明掺入0. 3wt% B2O3的Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷的微波烧结温度曲线图。图中横坐标t(min)表示时间，纵坐标T(°C )表示温度。a曲线为微波烧结控制曲线，b曲线为传统烧结温度控制曲线。
具体实施例方式本发明以分析纯原料Li2C03、Co203、ai0、Mg0、Ni203和TW2按化学式Li2MTi3O8称量配制主粉体，微波预烧，然后将预烧粉体添加低熔点物质混合烘干后再添加粘结剂并造粒， 再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，而后放到微波炉进行微波烧结，即可得到微波烧结低温烧结微波介质陶瓷材料。下面结合实施例对本发明作进一步描述实施例1 =Li2ZnTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和 TiO2 4M3.62g，混合配制成主粉体。2.将步骤1中主粉体加入去离子水7kg湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧79分钟，预烧温度825°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却，如附图1中微波烧结曲线a所示。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加18. 73g化03，加入去离子水6238. 6g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加623. 86g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温4 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff,升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kff,升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达96. 5%，微波介电性能为ε r = 25. 8，QXf = 58900GHz, τ f = -9. 7ppm/°C。实施例2 =Li2ZnTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和 TiO2 4243. 62g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水7kg湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加126. 94gV205，加入去离子水6346. 8g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加634. 68g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温6 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff,升温速率为10°C /分钟，在600 875°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C /分钟，在875°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 3%，微波介电性能为ε r = 25. 1，QXf = 47400GHz, τ f = -12. 3ppm/°C。实施例3 =Li2ZnTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和TiO2 4243. 62g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合6小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧89分钟，预烧温度900°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间30分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加62. 83gCu0，加入去离子水6观2. 7g，再次湿式球磨混合6小时，烘干后添加628. 27g质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温4 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff,升温速率为5°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kff,升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达96. 4%，微波介电性能为ε r = 25. 8，QXf = 36900GHz, τ f = -7. 7ppm/°C。实施例4 =Li2ZnTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1308. 72g, ZnO 1447. 66g和 TiO2 4243. 62g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧108分钟，预烧温度850°C，升温速率 IO0C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加94. 72gBi203，加入去离子水6314. 60g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加631. 46g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温 4小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2SiTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达96. 4%，微波介电性能为ε r = 25. 4, QXf = 42900GHz, τ f = -15. 9ppm/°C。实施例5 =Li2NiTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加18. 298g化03，加入去离子水6099. 36g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加609. 94g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温 4小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2NiTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 4%，微波介电性能为ε r = 24. 6, QXf = 10900GHz, τ f = 24ppm/°C。实施例6 =Li2NiTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加124. IOgV2O5，加入去离子水6205. 17g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加620. 52g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温 6小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°c /分钟，在600 875°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在875°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2NiTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 3%，微波介电性能为ε r = 23. 8，QXf = 7400GHz, τ f = 21. lppm/°C。实施例7 =Li2NiTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合6小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧89分钟，预烧温度900°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间30分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加61. 42gCu0，加入去离子水6142. 50g，再次湿式球磨混合6小时，烘干后添加614. 25g质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温4 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff,升温速率为5°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kff,升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2NiTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达94. 8%，微波介电性能为ε r = 24. 3，QXf = 9900GHz, τ f = 17ppm/°C。实施例8 =Li2NiTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1303. 08g、Ni2O3 1471. 56g和 TiO2 4225. 36g，混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率IO0C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加92. 61gBi203，加入去离子水6173. 67g，再次湿式球磨混合6小时，烘干后添加617. 37g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温 4小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2NiTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 1%，微波介电性能为ε r = 23. 8，QXf = 11900GHz, τ f = 15ppm/°C。实施例9 =Li2CoTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加18. 30gB203，加入去离子水6099. 92g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加609. 99g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温4 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. OkW，升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kff,升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2CoTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达97. 1%，微波介电性能为ε r = 28. 4，QXf = 52900GHz, τ f = 7. lppm/°C。实施例10 =Li2CoTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加124. IlgV2O5，加入去离子水6205. 74g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加620. 57g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温 6小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°c /分钟，在600 875°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在875°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2CoTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达96. 9%，微波介电性能为ε r = 25. 1，QXf = 41400GHz, τ f = 16. 4ppm/°C。
实施例11 =Li2CoTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合6小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧89分钟，预烧温度900°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间30分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加61. 43g CuO，加入去离子水6143. 05g，再次湿式球磨混合6小时，烘干后添加614. 31g质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温4 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff,升温速率为5°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kff,升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2CoTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 8%，微波介电性能为ε r = 25. 8，QXf = 29600GHz, τ f = 12. lppm/°C。实施例12 =Li2CoTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1302. 29g、Co2O3 1474. 93g和 TiO2 4222. 78g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧108分钟，预烧温度850°C，升温速率 IO0C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加92. 61g Bi2O3，加入去离子水6174. 23g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加617. 42g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温 4小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2CoTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 8%，微波介电性能为ε r = 25. 5, QXf = 36900GHz, τ f = 9. 5ppm/°C。实施例13 =Li2MgTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR 4738. 41g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加18. 44g氏03，加入去离子水6147. 69g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加614. 77g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1V /分钟，保温 4小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2MgTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 4%，微波介电性能为ε r = 26. 8, QXf = 39800GHz, τ f = 3. 5ppm/°C。实施例14 =Li2MgTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR 4738. 41g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧80分钟，预烧温度850°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加125. 09gV205，加入去离子水62 . 33g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加625. 43g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温 6小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°c /分钟，在600 875°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在875°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2MgTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 3%，微波介电性能为ε r = 26. 3, QXf = 29000GHz, τ f = 1. lppm/°C。实施例15 =Li2MgTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR 4738. 41g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合6小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧89分钟，预烧温度900°C，升温速率 15°C /分钟，保温时间30分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加61. 91gCu0，加入去离子水6191. 16g，再次湿式球磨混合6小时，烘干后添加619. 12g质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度600°C，升温速率1°C /分钟，保温4 小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff,升温速率为5°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C /分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2MgTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达94. 9%，微波介电性能为ε r = 27. 3，QXf = 27900GHz, τ f = 2. 4ppm/°C。实施例16 =Li2MgTi3O8低温微波介质陶瓷的微波烧结方法具体按照以下步骤实施1.首先称取纯度为99%以上的分析纯原料Li2CO3 1461. 31g、Mg0 800. 29g和TiR4738. 41g混合配制成主粉体；2.将步骤1中主粉体加入去离子水Ag，湿式球磨混合4小时，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧108分钟，预烧温度850°C，升温速率 IO0C /分钟，保温时间25分钟，自然冷却。3.将步骤2中预烧粉体粉碎后，添加93. 34gBi203，加入去离子水6222. 58g，再次湿式球磨混合4小时，烘干后添加622. 26g质量浓度为5 %的聚乙烯醇溶液，并造粒，再压制成型，最后将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度650°C，升温速率1°C /分钟，保温 4小时，然后放入2. 45GHz微波烧结炉的炉腔内，在室温至600°C温区加微波功率为1. Okff, 升温速率为10°C /分钟，在600 900°C温区加微波功率1. 5 2. 2kW，升温速率为15°C / 分钟，在900°C保温40分钟，然后以6°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，即可得到低温微波烧结Li2MgTi3O8微波介质陶瓷材料。该材料的相对密度达95. 8%，微波介电性能为ε r = 27. 1, QXf = 28400GHz, τ f = 5. 2ppm/°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
1.一种低温烧结微波介质陶瓷，其特征在于，其由Li2MTi3O8和N组成，Li2MTi3O8和N 的重量百分比=Li2MTi3O8 N = 98% 99. 8%: 0. 2% 2%，其中 M 为 Zn、Ni、Co 或 Mg， N 为 &03、V205、Cu0 或 Bi203。
2.一种低温烧结微波介质陶瓷的烧结方法，其特征在于，采用微波烧结制备工艺包括以下步骤1)首先将分析纯的Li2C03、Co2O3>ZnO, MgO、Ni2O3和TW2原材料按化学式Li2MTi3O8称量配制成主粉体，其中M为Si、Ni、Co或Mg ；2)将步骤1)中主粉体按照主粉体与去离子水的重量比为1 1加入去离子水，湿式球磨混合4 8小时后烘干，烘干后粉料放入烧结钵中，将烧结钵放入微波烧结炉的炉腔内进行预烧40分钟 150分钟，预烧温度800°C 950°C，升温速率5 15°C /分钟，保温时间 5分钟 60分钟，自然冷却，得到预烧粉体；3)将步骤幻中预烧粉体粉碎后，添加N，按重量百分比预烧粉体N= 98% 99.8% 0.2% 2%配料混合，得到混合料，按混合料与去离子水的重量比为1 1加入去离子水，再次湿式球磨混合4 8小时后烘干，得到烘干混合料；4)将步骤幻烘干混合料添加质量百分浓度为5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液量占 Li2MTi3O8和N总重量的3% 15%，混合均勻、造粒、压制成型，得到陶瓷生坯，将陶瓷生坯放入电阻炉进行排胶，排胶温度550 650°C、升温速率1°C 5°C /分钟、保温3 8小时， 然后放入微波烧结炉的炉腔内进行烧结80分钟 200分钟，烧结温度825°C 925°C、保温时间5分钟 60分钟，然后以3 8°C /分钟降温至600°C关闭微波源，自然冷却，得到低温微波烧结Li2MTi3O8微波介质陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的一种低温烧结微波介质陶瓷的微波烧结方法，其特征在于， 所述的步骤幻中的炉腔的腔壁为氧化物陶瓷或氧化物陶瓷纤维包裹形成的炉腔腔壁。
4.根据权利要求2所述的一种低温烧结微波介质陶瓷的微波烧结方法，其特征在于， 所述的步骤2)和步骤3)中的测温装置均采用的是测温范围为385°C 1600°C的红外测温仪。
5.根据权利要求2所述的一种低温烧结微波介质陶瓷的微波烧结方法，其特征在于， 所述的步骤2)中的预烧粉体和步骤3)中的Li2MTi3O8微波介质陶瓷的相组成均为尖晶石结构。
全文摘要
本发明公开了一种低温烧结微波介质陶瓷及其烧结方法。低温烧结微波介质陶瓷由Li2MTi3O8和N组成，其中M元素为Zn、Ni、Co或Mg，N为B2O3、V2O5、CuO或Bi2O3。本发明采用微波烧结方法制备的产品性能比传统固相烧结的产品优越，其产品的高频介电常数(εr)达到20～30，Q×f值高达6000～59000GHz，及谐振频率温度系数(τf)小。而且可以缩短预烧时间和烧结时间，降低烧结温度使能够满足LTCC生产，提高了产品性能，节约了能源，降低了生产成本，可用于低温共烧陶瓷体系(LTCC)、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造，而且抑制了低熔点物质的挥发，环保，具有重要的工业应用价值。
文档编号C04B35/64GK102320825SQ20111023364
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者周军伟, 常宝成, 褚冬进, 覃远东, 黄绍芬 申请人:广西新未来信息产业股份有限公司