一种中高介电常数微波陶瓷材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电子陶瓷材料及其制造，具体涉及一种中高介电常数微波陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、介质陶瓷基片是用来生产薄膜集成电路、单层电容器等微波元器件产品的关键材料，随着后5g时代的到来，对介质陶瓷基片微波高频介质损耗提出了更高的要求。其中，具有中高介电常数特征的超低损耗介质陶瓷基片材料既可以满足器件小型化需求，又可以满足微波应用环境，在陶瓷基片市场中占有相当份额。

2、具有中高介电常数并满足c0g特性的超低损耗介质陶瓷材料体系的材料有：bati4o9、ba2ti9o3、catio3、ba6-3xln8+2xti18o54等体系，其中bati4o9、ba2ti9o20微波介质陶瓷体系最早得到工程化应用，但当频率由4ghz升到10ghz时，其q值下降，导致bati4o9、ba2ti9o20瓷在x波段的应用受到限制，而zrtio4基微波介质陶瓷高频下品质因数高(qf值可达40000以上)、温度稳定性好，可解决窄带的频率漂移问题，满足微波器件应用需求。

3、但是，目前的zr0.8sn0.2tio4(zst)存在烧结温度高达1600℃，介质损耗、容量温度不稳定的问题，使其在工程化应用上存在缺陷。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是目前的zr0.8sn0.2tio4(zst)存在烧结温度高达1600℃，介质损耗、容量温度不稳定的问题，目的在于提供一种中高介电常数微波陶瓷材料及其制备方法和应用，解决了目前的zr0.8sn0.2tio4(zst)存在烧结温度高达1600℃，介质损耗、容量温度不稳定的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本技术提供一种中高介电常数微波陶瓷材料，按质量百分含量计，包括94.0％～96.5％的zr0.8sn0.2tio4烧块、0％～0.3％二氧化锰、0.1％～0.5％二氧化硅、1％～5％氧化锌、0％～5％三氧化二钕。

4、本发明的中高介电常数微波陶瓷材料的原料配方中，通过加入二氧化锰、二氧化硅、二氧化锌、三氧化二钕，能够降低zr0.8sn0.2tio4的烧结温度，促进烧结进行，不会影响zr4+、sn4+、ti4+阳离子有序生长，并在晶界形成钉扎作用，在不影响内在损耗的条件下进一步降低外在损耗，从而进一步降低陶瓷材料介质损耗，提高介质陶瓷材料的qf值，并获得近零容量温度系数。

5、进一步的，制备所述zr0.8sn0.2tio4烧块的原料，按质量百分含量计为：47.26％的二氧化锆、38.29％的二氧化钛和14.45％的二氧化锡。

6、进一步的，所述zr0.8sn0.2tio4烧块的制备方法为：

7、1)准确称量二氧化锆、二氧化钛和二氧化锡后混合，得到混合料；

8、2)以二氧化锆球为研磨介质，以水为溶剂，将混合料进行研磨处理，得到混合均匀的混合物浆料；

9、3)将混合物浆料烘干后过筛，再进行预烧，即得到zr0.8sn0.2tio4烧块。

10、进一步的，步骤2)中研磨时，混合料：二氧化锆球：水的重量比为1：(5～6)：(1.4～1.6)；研磨时间为5～8小时。

11、其中，步骤3)中烘干的温度为(140±10)℃；过筛使用40目筛网；进行预烧的温度为1200～1250℃，预烧时间为3～5小时。

12、其中，步骤1)中的二氧化锆、二氧化钛、二氧化锡均为电子级。

13、第二方面，本技术提供一种上述中高介电常数微波陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

14、步骤一：准确称量二氧化锆、二氧化钛和二氧化锡后混合，得到混合料；以二氧化锆球为研磨介质，以水为溶剂，将混合料进行研磨处理，得到混合均匀的混合物浆料；将混合物浆料烘干后过筛，再进行预烧，即得到zr0.8sn0.2tio4烧块备用；

15、步骤二：以步骤一中得到的zr0.8sn0.2tio4烧块为基料进行二次配料，按用量准确称量zr0.8sn0.2tio4烧块、二氧化锰、二氧化硅、氧化锌、三氧化二钕，混合后得到混合原料，将上述混合原料进行研磨，得到混合物浆料，将混合物浆料烘干后过筛，即得到中高介电常数微波陶瓷材料。

16、本发明中制备中高介电常数微波陶瓷材料的制备方法制得的中高介电常数微波陶瓷材料，经测试，该微波陶瓷材料的主要介电性能为：介电常数：(41.1～45.2)@1mhz；介质损耗：(1.0～2.1)×10-4@1mhz；容量温度系数：(0±30)ppm/℃@1mhz；且该制备方法工艺简单，制备过程中均采用国产原材料，无铅、镉等有毒有害物质，绿色环保，可实现产业化批量生产。

17、其中，步骤二中，二氧化锰、二氧化硅为分析纯，氧化锌为工业级，三氧化二钕的纯度不低于99.9％。

18、进一步的，步骤二中以二氧化锆球为研磨介质，以水为溶剂，混合原料：二氧化锆球：

19、水的重量比为1:(5～6):(1.2～1.5)，研磨时间为40～60小时。

20、其中，步骤二中混合物浆料烘干后使用320目筛网过筛。过筛后的混合浆料在(140±10)℃下保温30～40小时烘干后过80目筛。

21、第三方面，本技术提供一种上述中高介电常数微波陶瓷材料或上述制备方法制备的中高介电常数微波陶瓷材料应用于制备介质陶瓷基片。

22、进一步的，包括以下步骤：

23、(1)准确称量中高介电常数微波陶瓷材料、pvb、溶剂；

24、(2)将步骤(1)中的物料置于球磨罐中进行研磨，得到混合物浆料；

25、(3)将步骤(2)中的混合物浆料流延为18μm～22μm的瓷膜，再通过裁片、叠层、等静压将多层瓷膜叠制成一定厚度的巴块，然后切割为一定尺寸的介质陶瓷基片生坯；

26、(4)将步骤(3)中的介质陶瓷基片生坯进行烧结，即得到介质陶瓷基片。

27、进一步的，按质量百分比计，步骤(1)中，原材料为：60％～70％的中高介电常数微波陶瓷材料，18～25％的pvb，15％～20％的溶剂。

28、进一步的，步骤(2)中，球磨介质为二氧化锆，原料与球的重量之比为1：(4～6)，研磨30～50小时。

29、其中，步骤(4)中，介质陶瓷基片生坯的烧结温度为1270℃～1310℃。

30、本发明的方法制备的介质陶瓷基片，主要的介电性能为：介电常数：39.7@1mhz；介质损耗：≤5.0×10-4@1mhz；容量温度系数：(0±30)ppm/℃@1mhz；绝缘强度：≥40kv/mm。采用该方法制备的介电陶瓷基片可广泛应用于生产薄膜集成电路、单层电容器等微波元器件产品，具有中高介电常数、高可靠性、高容量温度和高稳定性等特点。

31、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

32、(1)本发明的中高介电常数微波陶瓷材料的原料配方中，通过加入二氧化锰、二氧化硅、二氧化锌、三氧化二钕，能够降低zr0.8sn0.2tio4的烧结温度，促进烧结进行，不会影响zr4+、sn4+、ti4+阳离子有序生长，并在晶界形成钉扎作用，在不影响内在损耗的条件下进一步降低外在损耗，从而进一步降低陶瓷材料介质损耗，提高介质陶瓷材料的qf值，并获得近零容量温度系数；

33、(2)本发明中制备中高介电常数微波陶瓷材料的制备方法制得的中高介电常数微波陶瓷材料，经测试，该微波陶瓷材料的主要介电性能为：介电常数：(41.1～45.2)@1mhz；介质损耗：(1.0～2.1)×10-4@1mhz；容量温度系数：(0±30)ppm/℃@1mhz；且该制备方法工艺简单，制备过程中均采用国产原材料，五铅、镉等有毒有害物质，绿色环保，可实现产业化批量生产；

34、(3)本发明的方法制备的介质陶瓷基片，主要的介电性能为：介电常数：39.7@1mhz；介质损耗：≤5.0×10-4@1mhz；容量温度系数：(0±30)ppm/℃@1mhz；绝缘强度：≥40kv/mm kv/mm。采用该方法制备的介电陶瓷基片可广泛应用于生产薄膜集成电路、单层电容器等微波元器件产品，具有中高介电常数、高可靠性、高容量温度和高稳定性等特点。