一种温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷及其制备方法和应用与流程

本发明涉及陶瓷组合物技术领域，特别是涉及一种温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术：

现代电子信息技术向高频、高稳定、低损耗方向的快速发展，对关键电子元件材料—介质陶瓷的性能提出了更高的要求。为了满足此要求，低介电常数、低损耗、近零的温度系数、低成本的介电陶瓷材料成为当今研究的一个热点方向。以低温共烧陶瓷(low-temperatureco-firedceramic,ltcc)技术为基础的多层结构设计可有效减小器件体积，是实现元器件向小型化、集成化以及模块化的重要途径。ltcc技术要求介质材料能与高导电率和廉价的银电极(961℃)实现共烧。因此，要求对于使用在微波元器件上的介质材料的烧结温度要在950℃以下。

srcusi4o10是一种具有优越介电性能的新型的介质基板材料，原材料廉价可大幅降低成本，而且具有较低的介电常数(4.0)和介电损耗(1.0×10^-3)，但是烧结温度为1100℃，而且具有较大的介电常数温度系数。其较高的烧结温度导致其不能运用于ltcc技术中，较大的介电常数温度系数也限制了其在高稳定性要求领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是是克服srcusi4o10系介质陶瓷烧结温度过高、介电常数温度系数太高，不能运用于ltcc技术中的缺点，提供一种以srco3、cuo、sio2为主要原料、外加lif、tio2作为烧结助剂，配合srco3、cuo、sio2原料，、将烧结温度由1100℃成功降至900℃、介电常数温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷，同时保持其优异的介电性能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的一种温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将srco3、cuo、sio2原料，按化学式srcusi4o10进行配料，即srco3、cuo、sio2的摩尔比为1:1:4，将原料、去离子水、磨球、加入聚酯罐中球磨；

(2)将步骤(1)球磨后的原料置于干燥箱中，于80～130℃烘干，烘干后过20-40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

(3)将步骤(2)混合均匀的粉料自室温20-25℃以每分钟3℃-5℃的速度升温至950-975℃预烧4-5小时，煅烧后随炉冷却；

(4)将步骤(3)得到的预烧后的陶瓷粉料放入聚酯罐中，外加质量百分比0.5～2.0％的lif(即lif与所述陶瓷粉料的质量比为(0.005～0.02):1)和质量百分比0％～24.0％的tio2(即tio2与所述陶瓷粉料的质量比为(0～0.24):1)与煅烧后的粉体混合，球磨、烘干、造粒，过60-80目筛，再用粉末压片机成型为坯体；

(5)将步骤(4)的坯体于自室温20-25℃以每分钟3℃-5℃的速度升温至825～925℃烧结，保温4～8小时，然后随炉冷却，制得硅酸锶铜系介质陶瓷。

优选的，所述步骤(4)中lif的质量百分比为1.0％，tio2的质量百分比为15.0％～24.0％。

优选的，所述步骤(1)中原料：去离子水：磨球的质量比为1:(15-17):(14-16)，球磨时间为4～8小时。

优选的，所述步骤(4)中球磨时加入去离子水和氧化锆球，球磨4～8小时，造粒的具体步骤为：在陶瓷粉料中外加重量百分比为8～10％的石蜡作为粘合剂进行造粒。

优选的，所述步骤(4)的压片机的工作压强为4-5mpa，坯体规格为φ(14-16)mm×(0.5-1.5)mm的圆柱体。

本发明的另一方面，还包括tio2在制备温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷上的应用。

本发明的另一方面，还包括一种按照上述方法制备的硅酸锶铜系介质陶瓷，其中srcusi4o10与lif、tio2的质量比为1：(0.005～0.02)：(0～0.24)，即陶瓷粉料与lif、tio2的质量比为1：(0.005～0.02)：(0～0.24)。

优选的，所述硅酸锶铜系介质陶瓷中srcusi4o10与lif、tio2的质量比为1：0.01：(0.15～0.24)，即陶瓷粉料与lif、tio2的质量比为1：0.01：(0.15～0.24)。

优选的，所述硅酸锶铜系介质陶瓷的介电常数为5.28-6.32，介电常数温度系数为112.86-137.48ppm/℃，介电损耗为1.6×10^-3-230.0×10^-3(1mhz)。

优选的，所述硅酸锶铜系介质陶瓷的介电常数6.42-6.85，介电常数温度系数为-15.4-38.6ppm/℃，介电损耗为2.7×10^-3-5.4×10^-3(1mhz)。

本发明的另一方面，还包括tio2在制备温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷上的应用。

本发明的另一方面，还包括所述硅酸锶铜系介质陶瓷在微波元器件上的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的有益效果，是以srcusi4o10介质陶瓷为基础，外加0.5～2.0％的lif烧结助剂，成功将其烧结温度由1100℃降至900℃，制备出介电常数为5.88、介电损耗1.6×10^-3(1mhz)、介电常数温度系数为119.90ppm/℃的微波介质陶瓷。以srcusi4o10-1.0％lif介质陶瓷为基础，外加15.0～24.0％的tio2温度系数调节剂，成功将其实现了srcusi4o10介质陶瓷温度系数的可调节性。在烧结温度900℃，烧结时间6小时的条件下，制备出介电常数为6.73、介电损耗3.7×10^-3(1mhz)、介电常数温度系数为1.80ppm/℃的微波介质陶瓷。本发明的制备成本低，工艺简单，过程无污染，是一种很有前途的ltcc介质基板材料。

附图说明

图1所示为本发明的硅酸锶铜系介质陶瓷的sem图

其中：a是实施例1制得的硅酸锶铜系介质陶瓷的sem图；

b是实施例2制得的硅酸锶铜系介质陶瓷的sem图；

c是实施例3制得的硅酸锶铜系介质陶瓷的sem图；

d是实施例4制得的硅酸锶铜系介质陶瓷的sem图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用纯度大于99.0％的化学原料：srco3、cuo、sio2，制备srcusi4o10介质陶瓷。

本发明将srco3、cuo、sio2原料按化学式srcusi4o10进行配料，原料:去离子水:磨球的质量为1:16:15，加入聚酯罐中，球磨4～8小时；再将球磨后的原料置于红外干燥箱中于80～130℃烘干，过40目筛，再于900～1000℃煅烧4小时；再将煅烧后的陶瓷粉料放入球磨罐中，外加质量百分比为0.5～2.0％的lif烧结助剂加入煅烧后的粉料中，然后加入氧化锆球和去离子水球磨4～8小时；再烘干后的陶瓷粉料中外加重量百分比为8～10％的石蜡粘合剂进行造粒，过80目筛后，用粉末压片机于4mpa的压力下将粉末压成直径为15mm、厚度为1mm的生坯；将生坯在825～950℃烧结，保温4～8小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷。最后通过电容测试器及相关测试夹具测试制品的介电性能。

在添加lif烧结助剂获得最佳烧结性能的基础上，将煅烧后的陶瓷粉料放入球磨罐中，外加质量百分比为1.0％的lif烧结助剂加入煅烧后的粉料中，再加入15.0～24.0％的tio2，然后加入氧化锆球和去离子水球磨4～8小时；再烘干后的陶瓷粉料中外加重量百分比为8～10％的石蜡粘合剂进行造粒，过80目筛后，用粉末压片机于4mpa的压力下将粉末压成直径为15mm、厚度为1mm的生坯；将生坯在850～925℃烧结，保温4～8小时，制得低温烧结、温度系数可调的硅酸锶铜系介质陶瓷。最后通过电容测试器及相关测试夹具测试制品的介电性能。

本发明具体实施例如下。

实施例1

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为0.5％的lif-0.1000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例2

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例3

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.5％的lif-0.3000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例4

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为2.0％的lif-0.4000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于875℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例5

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于825℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例6

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于850℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例7

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于875℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例8

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于925℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

本发明部分具体实施例的各项关键参数及其介电性能检测结果详见表1。

表1

表中：τε为介电常数温度系数、tanδ为介电损耗。

实施例9

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g和质量百分比为15.0％的tio2-3.0000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例10

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g和质量百分比为18.0％的tio2-3.6000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例11

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g和质量百分比为21.0％的tio2-4.2000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

实施例12

1.依照微波介质陶瓷组分srcusi4o10，称取srco3-6.3157g、cuo-3.4028g、sio2-10.2815g配料，共20.0000g；将混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去离子水和150g锆球后，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；

2.将球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3.将颗粒均匀的粉料于975℃煅烧4小时；

4.将煅烧后的粉料放入聚酯罐中，再称取质量百分比为1.0％的lif-0.2000g和质量百分比为24.0％的tio2-4.8000g与煅烧后的粉料混合，加入氧化锆球和去离子水二次球磨6小时，出料后烘干，过40目筛；然后再外加质量百分比为8％的石蜡作为粘合剂进行造粒，并过80目筛；再用粉末压片机以4mpa的压力压成直径为15mm、厚度为1mm的坯体；

5.将坯体于900℃烧结，保温6小时，制得低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷；

最后，通过电容测试器及相关测试夹具测试所得制品的介电特性。

本发明部分具体实施例的各项关键参数及其介电性能检测结果详见表2。

表2

由上表可知，当lif的添加量为1.0wt％，tio2添加量为15.0～24.0wt％时，温度系数可在-15.4～38.6之间调节。

本发明实施例的检测方法如下：

1.制品的直径和厚度使用千分尺进行测量。

2.借助agilente4981a120hz/1khz/1mhzcapacitancemeter，采用开始抢平行板法测量所制备圆柱形陶瓷材料的介电常数，将测试夹具放入especmc-710f型高低温循环温箱进行介电常数温度系数的测量，温度范围为25-85℃测试频率为1mhz。

3.采用agilente4981a120hz/1khz/1mhzcapacitancemeter测量所制备圆柱形陶瓷制品的介电损耗。

实施例1-4制备的硅酸锶铜系介质陶瓷的sem图如图1所示，由图可知，本发明制备的硅酸锶铜系介质陶瓷微观结构良好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。