一种低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷及其制备方法和应用与流程

本发明涉及介电陶瓷材料技术领域，特别是涉及一种低温烧结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℃。其较高的烧结温度导致其不能运用于ltcc技术中。

技术实现要素：

本发明为了克服了srcusi4o10系介质陶瓷烧结温度过高，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bcb玻璃作为烧结助剂，烧结温度成功降低至950℃以下，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：

一种低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(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)预烧后的陶瓷粉料放入聚酯罐中，外加质量百分比4.0～10.0％的bcb玻璃，即所述bcb玻璃与陶瓷粉料的质量比为(0.04-0.1)：1，与煅烧后的粉体混合，球磨，烘干，加粘合剂造粒，造粒后过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850～925℃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(1)中原料、去离子水、磨球的质量比为1:(16-17):(15-16)，球磨时间为4～8小时。

优选的，所述步骤(4)中球磨的具体步骤为：在球磨机内加入去离子水和氧化锆球，球磨4～8小时。

优选的，所述步骤(4)中造粒时在陶瓷粉料中外加重量百分比为8～10％的石蜡作为粘合剂。

优选的，步骤(4)中的bcb玻璃的组成为49.27wt％baco3-19.86wt％cuo-30.87wt％h3bo3，所述bcb玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将baco3、cuo、h3bo3原料，按化学式bacu(b2o5)的摩尔比1:1:2进行配料，按原料：去离子水：磨球＝1:16:15的质量比加入聚酯罐中，球磨8小时；

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40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3)将步骤2)混合均匀的粉料在700℃焙烧3小时；

4)将步骤3)焙烧后未冷却的bcb液体即刻倒入冷水中进行冷却；

5)将步骤4)冷却的bcb玻璃进行研磨，研磨后放入聚酯罐中加入去离子水和氧化锆球，球磨24小时；

6)将步骤5)球磨后的bcb玻璃置于干燥箱中，于80～130℃烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的bcb粉末。

本发明的另一方面，还包括一种按照上述方法制备的低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷，其中srcusi4o10与bcb玻璃的质量比为1：(0.04～0.1)，即陶瓷粉料与bcb玻璃的质量比为1：(0.04～0.1)。

优选的，所述低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷的介电常数为5.49-6.30、介电损耗为1.4×10^-3-3.8×10^-3(1mhz)、介电常数温度系数为87.72-116.53ppm/℃。

优选的，所述低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷中srcusi4o10与bcb玻璃的质量比为1：0.08，即陶瓷粉料与bcb玻璃的质量比为1：0.08，所述低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷的介电常数为6.09，介电损耗为1.4×10^-3(1mhz)，介电常数温度系数为98.10ppm/℃。

本发明的另一方面，还包括bcb玻璃在制备低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷上的应用，所述bcb玻璃的组成为49.27wt％baco3-19.86wt％cuo-30.87wt％h3bo3，所述bcb玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将baco3、cuo、h3bo3原料，按化学式bacu(b2o5)的摩尔比1:1:2进行配料，按原料：去离子水：磨球＝1:16:15的质量比加入聚酯罐中，球磨8小时；

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40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3)将步骤2)混合均匀的粉料在700℃焙烧3小时；

4)将步骤3)焙烧后未冷却的bcb液体即刻倒入冷水中进行冷却；

5)将步骤4)冷却的bcb玻璃进行研磨，研磨后放入聚酯罐中加入去离子水和氧化锆球，球磨24小时；

6)将步骤5)球磨后的bcb玻璃置于干燥箱中，于80～130℃烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的bcb粉末。

本发明的另一方面，还包括所述低温烧结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：

本发明以srcusi4o10介质陶瓷为基础，外加bcb烧结助剂，成功将其烧结温度由1100℃降至925℃，制备出介电常数为6.09、介电损耗1.4×10^-3(1mhz)、介电常数温度系数为98.10ppm/℃的介质陶瓷。而且，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所示为本发明的实施例3得到的低温烧结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。

制备bcb玻璃待用：

所述bcb玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将baco3、cuo、h3bo3原料，按化学式bacu(b2o5)的摩尔比1:1:2进行配料，按原料：去离子水：磨球＝1:16:15的质量比加入聚酯罐中，球磨8小时；

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40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

3)将步骤2)混合均匀的粉料在700℃焙烧3小时；

4)将步骤3)焙烧后未冷却的bcb液体即刻倒入冷水中进行冷却；

5)将步骤4)冷却的bcb玻璃进行研磨，研磨后放入聚酯罐中加入去离子水和氧化锆球，球磨24小时；

6)将步骤5)球磨后的bcb置于干燥箱中，于80～130℃烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的bcb粉末。

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4.0％的bcb-0.8000g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。

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6.0％的bcb-1.2000g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。

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8.0％的bcb-1.6000g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。

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10.0％的bcb-2.0000g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。

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8.0％的bcb-1.6000g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8.0％的bcb-1.6000g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8.0％的bcb-1.6000g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8.0％的bcb-1.6000g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950℃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

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。

对实施例3得到的低温烧结硅酸锶铜系介质陶瓷进行电镜分析，得到如1所示的电镜图。由图可看出本实施例得到的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。