一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子陶瓷材料领域，特别是涉及一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动通讯的迅猛发展，移动通信终端正向着小型化、轻量化、集成化方向发 展，对以微波介质陶瓷为基础的微波电路元器件提出减小尺寸的要求，实现这一要求，有以 下两种途径:一是寻找高介电常数的微波介质材料;二是借助于LTCC低温共烧技术。
[0003] 低温共烧陶瓷技术（Low Temperature C〇-fired Ceramic，LTCC)是近年来兴起 的一种新型多学科交叉的整合组件技术，它在推动微波器件体积小型化和提高微波电路组 装密度中都起到了巨大作用，成为电子器件模块化的关键技术之一。为了能与银（熔点为 961°C )等高电导率的金属电极在空气中共烧，微波介质陶瓷的烧结温度要降到950°C以 下。
[0004] Ba〇-Ln2〇3-Ti〇2类陶瓷有较高的介电常数和Qf值，并可在较大范围内通过调整配 方，得到不同特性的微波介电性能，但由于其烧结温度过高（>1200°C)，大大限制了其在 LTCC领域的应用。为了实现与导体浆料的匹配共烧，大多采用掺入低熔点玻璃以降低陶瓷 的烧结温度，但这种"陶瓷+玻璃"体系还存在很大的不足:①生产成本高，由于需要高温熔 制玻璃，热处理时间长，耗能大，高温挥发易造成配方改变;②对设备要求高，玻璃熔融后， 淬火对设备损耗大;③淬火后的玻璃渣硬度高，难以磨细。④玻璃相的存在，使得材料的损 耗大幅增加。因此，如何在保证Ba0-Ln 203-Ti02类陶瓷优异的微波介电性能基础上，降低材 料的烧结温度，实现与银电极的匹配共烧，成为该领域的一大难题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不用熔制玻璃、收缩一致性好、 介电性能优良，非常适合LTCC流延工艺生产的低温共烧陶瓷材料及其原料与制备工艺。
[0006] 本发明提供一种低温共烧微波介质陶瓷材料，由87~97wt%的微波介质陶瓷、0~ 6wt%的粉末a和3~7wt%的粉末b混合制成，所述粉末a为预烧体，其组分为摩尔百分比1:1的 Nd2〇3与A12〇3，化学通式为NdA103;所述粉末b为预烧体，其组分为摩尔比为1: 1:1的BaO、CuO 与B2O3，化学通式为BaCu(B2〇5)。
[0007] 所述微波介质陶瓷，化学通式BadNcU.o-xBix) 9.33 (Ti q. gZro. 1) i8〇54，在 Ba〇-Ln2〇3_ Ti02系陶瓷中掺入Bi2〇3取代Nd2〇3,可以降低材料的烧结温度，并提高材料的介电常数，但随 着Bi取代量的增加，品质因数呈直线下降的趋势。因此，需将Bi 203取代量控制在一定的范围 内，0.05 <x< 0.35，iti&(hl0<x< 0.25。
[0008]本发明还提供了上述微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤： 31:将原材料8&〇〇3、仙2〇3、8丨2〇3、2"2、1^〇2粉体按化学通式8 &4(仙1.0-18乜）9.33 (Tio.sZmhsOM配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3~6小时，取出后烘干，过40目筛， 然后在1100~1200°C大气气氛中预烧2~4小时，制成BNBTZ基料； 52、 将原材料Nd2〇3与Al2〇3按摩尔比1:1配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3~6小 时，取出后烘干，过40目筛，然后在1100~1200°C大气气氛中预烧2~4小时，制成粉末a 预烧块； 53、 将原料BaO、CuO与B2〇3按摩尔比为1:1:1配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3~6 小时，取出后烘干，过40目筛，然后在700~750°C大气气氛中预烧2~4小时，制成粉末b 预烧块； 54、 在BNBTZ基料中加入占总质量百分比0~6wt%的粉末a和3~7 wt%的粉末b，以无水 乙醇为介质，行星球磨6~12小时，取出后烘干，过40目筛，加入PVA溶液造粒，压制成型，然 后置于 900~95(TC的温度下烧结4~6小时，制成所述低温共烧陶瓷材料。
[0009] 本发明中采用固相法，通过在Ba6-xLn8+2xTi18〇 54(x=2/3)陶瓷中掺杂Zr〇2,大幅度提 高材料的Qf值；同时引入负温度系数的NdA103,可得到趋于零的谐振频率温度系数;BaCu (B2〇5)相的熔点大约为800 °C，Qf值很高，因此，用它来做烧结助剂，可起到降低烧结温度，获 得良好介电性能的作用。
[0010]本发明的有益效果是：区别于现有技术中Ba6-3xNd 8+2xTi18054陶瓷多采用熔制玻璃 来降低烧结温度，致使Qf值偏低的缺点，本发明的微波介质陶瓷材料，烧结温度低于950°C， 且能够与银匹配共烧，其相对介电常数50~65、Qf值3000~5000GHz、谐振频率温度系数可 调。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例，更具体地阐述本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限 于下面的实施例，对本发明所做的任何形式的变通或改变均在本发明保护范围。
[0012] 实施例1~4 按化学通式 BaKNcb.o-xBixkWTiQ.gZro.OisOM 称取 8&0)3、恥203、8乜03、2抑 2、1102原料， 其中X按照表1取值，以无水乙醇为介质，行星球磨3小时，取出后烘干，在1100°C大气气氛中 预烧2小时，制成BNBTZ基料;将原料Ba0、Cu0与B 2〇3按摩尔比为1:1:1配料，以无水乙醇为介 质，行星球磨3小时，取出后烘干，在700°C大气气氛中预烧3小时，制成粉末b预烧块备用;在 BNBTZ基料中加入占总质量百分比5 wt %的粉末b，以无水乙醇为介质，行星球磨12小时，取 出后烘干，加入PVA溶液造粒，压制成型，然后置于930°C的温度下烧结4小时，采用网络分析 仪测量其介电性能指标，测试结果见表1。
[0013] 表1
实施例5~9 按化学通式 Ba4(NdQ.8BiQ.2)9.33(11().92^).0^054 称取 83〇)3、恥203、8乜03、2抑2、110 2原料， 以无水乙醇为介质，行星球磨3小时，取出后烘干，在1100°C大气气氛中预烧2小时，制成 BNBTZ基料;将原材料Nd2〇3与Al2〇3按摩尔比1:1配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3小时， 取出后烘干，在1200°C大气气氛中预烧3小时，制成粉末a预烧块备用;将原料Ba0、Cu0与B 2〇3 按摩尔比为1:1:1配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3小时，取出后烘干，在700°C大气气氛 中预烧3小时，制成粉末b预烧块备用;在BNBTZ基料中加入占总质量不同百分比的粉末a和 粉末b，具体添加比例见表2，无水乙醇为介质，行星球磨12小时，取出后烘干，加入PVA溶液 造粒，压制成型，然后置于900°C~950°C的温度下烧结4小时，采用网络分析仪测量其介电 性能指标，测试结果见表2。
[0014]表2
【主权项】
1. 一种低温共烧微波介质陶瓷材料，由87wt%~97wt%的微波介质陶瓷、0~6wt%的粉 末a和3~7wt%的粉末b混合制成，其特征在于，所述微波介质陶瓷由BaC0 3、Nd2〇3、Bi2〇3、Zr0 2 与Ti02组成，所述粉末a为预烧体，由Nd2〇3与Al2〇3的混合粉末煅烧而成;所述粉末b为预烧 体，由BaO、CuO、B 2〇3的混合粉末煅烧而成。2. 根据权利要求1所述的低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述BaC03、Nd2〇 3、 Bi2〇3、Zr02与Ti02的摩尔百分比按照化学通式BaKNcU.o-xBixk^Tio.dro.ihsOM确定，其 中 0·05<χ<0·35。3. 根据权利要求1所述的低温共烧微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述粉末a，Nd2〇3与 Al2〇3的摩尔比为1:1。4. 根据权利要求1所述的低温共烧微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述粉末b，BaO、 CuO与B2〇3的摩尔比为1: 1:1。5. -种制备低温共烧微波介质陶瓷材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：S1: 将原材料 8&〇)3、阳203、8120 3、2抑2、1102粉体按化学通式834(制1.(?8^ 9.33(11().92^).1)180 54 配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3~6小时，取出后烘干，过40目筛，然后在1100°C~ 1200°C大气气氛中预烧2~4小时，制成BNBTZ基料;S2、将原材料Nd 2〇3与Al2〇3按摩尔比1: 1配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3~6小时，取出后烘干，过40目筛，然后在1100°C~ 1200°C大气气氛中预烧2~4小时，制成粉末a预烧块;S3、将原料BaO、CuO与B 2〇3按摩尔比 为1:1:1配料，以无水乙醇为介质，行星球磨3~6小时，取出后烘干，过40目筛，然后在700 °C~750°C大气气氛中预烧2~4小时，制成粉末b预烧块;S4、在BNBTZ基料中加入占总质 量百分比0~6 wt%的粉末a和3~7wt%的粉末b，以无水乙醇为介质，行星球磨6~12小时， 取出后烘干，过40目筛，加入PVA溶液造粒，压制成型，然后置于900~950°C下烧结4~6小 时，制成所述低温共烧微波介质材料。
【专利摘要】本发明公开了一种非常适合LTCC工艺生产的低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备工艺。所述低温共烧陶瓷材料由87～97wt%的Ba4(Nd1.0-XBix)9.33(Ti0.9Zr0.1)18O54、0～6wt%的粉末a和3～7wt%的粉末b组成，所述粉末a为预烧体，其组分为摩尔百分比1:1的Nd2O3与Al2O3，化学通式为NdAlO3；所述粉末b为预烧体，其组分为摩尔比为1∶？1：1的BaO、CuO与B2O3，其化学通式为BaCu（B2O5）。本发明的微波介质材料，不用熔制玻璃、制造成本低，烧结温度低于950℃，且能够与银匹配共烧，其相对介电常数55～70，Qf值3000～5000GHz，谐振频率温度系数可调。
【IPC分类】C04B35/634, C04B35/49, C04B35/626
【公开号】CN105565808
【申请号】CN201510985097
【发明人】陈鲁国, 康建宏, 李广新
【申请人】广东成电华瓷电子科技有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月25日