专利名称：一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种微波介质陶瓷材料，特别是一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
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、集成化和模块化的要求日益迫切，低温共烧陶瓷LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)因其优异的电学、机械、热学及工艺特性以及高可靠性，已经成为电子器件模块化的主要技术之一。LTCC系统的烧结温度低，可用导电率高的贱金属(如Ag、Cu等)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，因此广泛用于高速高密度互连多元陶瓷组件(MCM)之中。利用LTCC共烧技术制造的具有独石结构的微波器件，具有介电损耗低、成本低、可靠性高及与集成电路(IC)热匹配好等特点，因此有着极广的应用前景。因此，降低材料的烧结温度，使其能够与Ag或Cu共烧是目前微波介质陶瓷研究的主要方向。大多数商用的微波介质材料虽然具有优异的微波介电性能，但是其烧结温度很高 (一般> 1200 °C)，因此必须降低材料的烧结温度以满足LTCC工艺的要求。降低微波介质材料烧结温度的主要有添加低熔点氧化物或低熔点玻璃；引入化学合成方法；使用超细粉作原料。化学方法合成和超细粉作原料将会导致工艺过程复杂，制造成本和周期较长。 相比较而言，添加适量的低熔点氧化物或低熔点玻璃，工艺简单，成本低廉，易于材料批量化生产，并且不会恶化材料的微波介电性能。世界著名的几大制造商(杜邦、IBM、!^erro、 Hereus)均采用过添加低熔点玻璃来降低材料的烧结温度到900 °C附近，以便能够与Ag电极共烧。综上所述，随着微波通讯技术的迅猛发展，对微波元器件的便携式、微型化提出了新的要求。用高介电常数微波材料制造的微波谐振器可极大减小器件尺寸，但进一步微型化的出路在于MCM的发展。在制造MCM用多层电路基板时，LTCC技术具有独特的技术优势， 因此与LTCC技术相适应的多层介质器件和相关材料得到了业界广泛的重视和研究开发。 适用于LTCC技术、微波性能优异、能与Ag电极共烧良好、化学组成和制备工艺简单、成本低廉的新型微波介质陶瓷材料是一类极具产业化应用前景的新材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中LTCC的不足，提供一种低温烧结微波介质材料及其制备方法。该低温烧结微波介质陶瓷材料是在Li2ZnTi3O8中通过添加少量低熔点玻璃和少量的TiO2，其烧结温度可降到875 °C左右，同时具有优秀的微波介电性能。实现本发明目的的技术方案是
一种低温烧结微波介质陶瓷材料，它由主要成分Li2ZnTi3O8、辅助成分T^2及低熔点玻璃粉组成，TiO2和玻璃粉以粉末形式加入到Li2SiTi3O8主粉体中，然后在球磨机中混勻、干燥、造粒、烧结制成。按照配方=Li2SiTi3O8+玻璃粉+TiO2进行配料，其中玻璃粉占Li2ZnTi3O8质量的0. 5 3wt% ；TiO2占Li2ZnTi3O8质量的0 5wt%，低熔点玻璃为LZB (Li2O-ZnO-B2O3)玻璃和 LBS (Li2O -B2O3-SiO2)玻璃中的一种。—种低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤
(1)合成Li2ZnTi3O8,备用；
(2)制备LZB和LBS玻璃粉，备用；
(3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照玻璃粉占Li2ZnTi3O8质量的0.5 3wt%，Ti& 粉体占Li2SiTi3O8质量的0 5wt%进行配料；
(4)将上述主成分Li2ZnTi3O8、辅助成分TW2和玻璃粉装入塑料瓶中，加入适量无水乙醇溶液，混合球磨12 Mh，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体；
(5)然后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒；
(6)将造粒后的粉体压制成圆柱样品，在850 925°C温度下烧结4h即得到可用于低温共烧的微波介质陶瓷材料。步骤(1)所述的Li2ZnTi3O8 是以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0 和 TiO2 (纯度彡 99%) 为反应物原料，按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质， 球磨混合对h，烘干后过筛，然后在90(TC保温4 h合成。步骤(2)所述的UB玻璃粉是以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%) 为原料，按照aLi20+ bZnO +( 进行配料，其中按重量百分比计a=10 15%，b=35 40%， c=45 55%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到 D50=8 10 μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为480 500 °C。步骤(2)所述的LBS玻璃粉是以Li2CO3(纯度> 97. 5%),SiO2和H3BO3(纯度彡99%) 为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=30 35%，b=50 55%，c=15 20%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=3 5 μ m的LBS玻璃粉末，玻璃软化点为430 450°C。本发明以Li2SiTi3O8为主要成分，添加辅助成分TiO2,以及自制的低熔点玻璃作为烧结助剂，成功地将微波介质陶瓷材料的烧结温度降到875 °C左右，同时具有优异的微波性能，从而使得该材料能够与Ag电极共烧。该低温共烧微波介质陶瓷材料的化学组成和制备工艺比较简单，成本低廉，可广泛用于LTCC系统、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造。
图1是本发明实施例1的与Ag电极共烧的XRD谱和SEM图。图2是本发明实施例10的与Ag电极共烧的XRD谱和SEM图。
具体实施例方式本发明一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，可通过下列非限定性实施例得到更加清楚的描述。实施例1
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加TiA和UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0 禾口 TiO2 (纯度彡 99%)为原料，按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合12 h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2ZnTi3O8主体。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=10%，b=37%, c=53%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=IO μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为490 °C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的3. 5wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TiR 倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨18 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2小时排掉PVA粘结剂，然后在875°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=25. 6，^X/=37489GHz, τ f =-1. 8ppm/°C
实施例2
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0 禾口 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合12 h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=15%，b=40%, c=50%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=S μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为480 °C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%进行配料。将上述主成分Li2ZnTi3O8和玻璃粉倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨 12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、 烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在lOOMI^a压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2小时排掉PVA粘结剂，然后在875°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为f ,=23.9』X/ =31608GHz, τ ^ =-14. 3ppm/°C。实施例3
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合24h, 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=10%，b=35%, c=55%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=9 μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为485 °C。3)取一定量合成的Li2SiTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的0. 5wt%
5进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8和玻璃粉倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨 Mh，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、 烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在lOOMI^a压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在900°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为f ,=23.7，=26725GHz, τ ^ =-12. 9ppm/°C。实施例4
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=15%，b=40%, c=45%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=IO μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为500 °C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的3wt%进行配料。将上述主成分Li2ZnTi3O8和玻璃粉倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨 12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、 烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在lOOMI^a压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在900°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为G=23. 1，0X/ =17112GHz, τ ^ =-16. 8ppm/°C ο实施例5
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加TiA和UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0 禾口 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=10%，b=37%, c=53%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=IO μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为490 °C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2SiTi3O8质量的5wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TW2倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在875°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=26. 0，^X/=24079GHz, τ f =1. 6ppm/°C。实施例6一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加TiA和UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=10%，b=37%, c=53%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=IO μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为490 °C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2SiTi3O8质量的5wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TW2倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在900°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=26. l,^X/=37183GHz, τ f =2. 7ppm/°C。实施例7
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加TiA和UB玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LZB玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、Zn0和H3BO3 (纯度彡99%)为原料， 按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=10%，b=37%, c=53%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=IO μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为490 °C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照UB玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的2. 5wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TiR 倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨M h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温池排掉PVA粘结剂，然后在900°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=25. 4，^X/=34047GHz, τ f =-7. 5ppm/°C。实施例8
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加T^2和LBS玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LBS玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、SiO2和H3BO3 (纯度彡99%)为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=30%，b=52%，c=18%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=3 μ m的LBS
7玻璃粉末，玻璃软化点为435°C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照LBS玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的4. 5wt%进行配料。将上述主成分Li2ZnTi3O8、玻璃粉和TW2 倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2小时排掉PVA粘结剂，然后在875°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε =27. l,^X/=39560GHz, τ f =8. 7ppm/°C。实施例9
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加T^2和LBS玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合12 h， 烘干后过筛，然后在900°C保温3 h合成Li2&iTi308。2)制备LBS玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、SiO2和H3BO3 (纯度彡99%)为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=32%，b=51%，c=17%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=5 μ m的LBS 玻璃粉末，玻璃软化点为430°C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照LBS玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的3. 5wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TiR 倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨M h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在875°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=26. 0，^X/=44023GHz, τ ^ = - 4. 4ppm/°C。
实施例10
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加T^2和LBS玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LBS玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、SiO2和H3BO3 (纯度彡99%)为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=30%，b=55%，c=15%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=3 μ m的LBS 玻璃粉末，玻璃软化点为438°C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照LBS玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的3. 5wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TiR 倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在900°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为f r=26. l，々X/=45168GHz，τ , = — 4. lppm/°C。· 实施例11
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加T^2和LBS玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LBS玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、SiO2和H3BO3 (纯度彡99%)为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=30%，b=50%，c=20%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=5 μ m的LBS 玻璃粉末，玻璃软化点为450°C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照LBS玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的lwt%， TiO2粉体占Li2SiTi3O8质量的2wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8、玻璃粉和TW2倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在IOOMPa 压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在900°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=25. 5，^X/=46799GHz, τ/= - 10. 2ppm/°C。·
实施例12
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加LBS玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LBS玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、SiO2和H3BO3 (纯度彡99%)为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=30%，b=52%，c=18%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=4 μ m的LBS 玻璃粉末，玻璃软化点为430°C。3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照LBS玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的3wt%进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8和玻璃粉倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在lOOMI^a压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在850°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为ε r=23. 3，1540GHz, τ f =-16. 2 ppm/°C。·
实施例13
一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其组成中添加LBS玻璃粉。1)合成 Li2ZnTi3O8 以 Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、ZnO 和 TiO2 (纯度彡 99%)为原料， 按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h， 烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成Li2SiTi3O8。2)制备LBS玻璃粉以Li2CO3 (纯度> 97. 5%)、SiO2和H3BO3 (纯度彡99%)为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料，其中按重量百分比计a=30%，b=52%，c=18%。将配合料在900°C温度下熔融lh，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=5 μ m的LBS 玻璃粉末，玻璃软化点为435°C。3)取一定量合成的Li2SiTi3O8粉体，按照LBS玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的0. 5wt% 进行配料。将上述主成分Li2SiTi3O8和玻璃粉倒入塑料瓶中，加入无水乙醇溶剂，混合球磨12 h，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体，随后在粉体中加入5%聚乙烯醇(PVA)水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒。造粒后的粉体在lOOMI^a压力下压制成直径11mm，厚度5mm的圆片样品。圆片样品在500 °C保温2 h排掉PVA粘结剂，然后在925°C温度下烧结4h即得到低温共烧微波介质陶瓷材料。该材料的微波介电性能为G=25. l，0X/=37183GHz，τ ^ =-12. %)pm/°C。上述所述实施例中所用的TiO2粉体为市售分析纯化学试剂，其纯度大于99. 0%，晶体结构为金红石型结构。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很多，根据申请人大量的实验结果证实，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
1.一种低温共烧微波介质陶瓷材料，其特征是它是在主要成分Li2ZnTi3O8中加入辅助成分TW2及低熔点玻璃粉，按照配方=Li2ZnTi3O8+玻璃粉+TW2进行配料，其中玻璃粉占Li2ZnTi3O8质量的0. 5 3wt% ；TiO2占Li2ZnTi3O8质量的0 5wt%，经在球磨机中混勻、 干燥、造粒、烧结制成。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征是所述的低熔点玻璃为UB玻璃和LBS玻璃中的一种。
3.权利要求1所述低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤(1)合成Li2ZnTi3O8,备用；(2)制备UB玻璃粉和LBS玻璃粉，备用；(3)取一定量合成的Li2ZnTi3O8粉体，按照玻璃粉占Li2SiTi3O8质量的0.5 3wt%, TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的0 5wt%进行配料；(4)将上述主要成分Li2ZnTi3O8、辅助成分TW2和玻璃粉装入塑料瓶中，加入适量无水乙醇溶液，混合球磨12 Mh，烘干，过100目筛得到陶瓷粉体；(5)然后在粉体中加入5%聚乙烯醇水溶液，混合、烘干，过50目筛造粒；(6)将造粒后的粉体压制成圆柱样品，在850 925°C温度下烧结4h即得到可用于低温共烧的微波介质陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤(1)所述的Li2ZnTi3O8是以纯度> 97. 5%的Li2CO3、纯度彡99%的ZnO和TiO2为反应物原料，按照摩尔比Li2CO3 =ZnO =TiO2=I 1 :3称料，将配好的料以无水酒精为介质，球磨混合M h，烘干后过筛，然后在900°C保温4 h合成。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤(2)所述的UB玻璃粉是以纯度> 97. 5%的Li2CO3、纯度彡99%的ZnO和H3BO3为原料，按照aLi20+ bZnO +CB2O3进行配料，其中按重量百分比计a=10 15%，b=35 40%，c=45 55% ；将配合料在900°C温度下熔融1 h，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5tl=S 10 μ m的UB玻璃粉末，玻璃软化点为 480 500 0C ο
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤(2)所述的LBS玻璃粉是以纯度> 97. 5%的Li2CO3、纯度彡99%的SiO2和H3BO3为原料，按照aLi20+ b B2O3 +c SiO2进行配料， 其中按重量百分比计a=30 35%，b=50 55%，c=15 20% ；将配合料在900°C温度下熔融 1 h，然后倒入冷水中形成玻璃渣，经过球磨得到D5(1=3 5 μ m的LBS玻璃粉末，玻璃软化点为 430 450"C。
7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是所述的TW2粉体的纯度>99. 0%， 晶体结构为金红石型结构。
全文摘要
本发明公开了一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法，该材料包括主要粉料Li2ZnTi3O8、辅助成分TiO2及低熔点LZB或LBS玻璃粉，TiO2和玻璃粉以粉末形式加入到Li2ZnTi3O8粉体中，然后在球磨机中混匀、干燥、造粒、烧结制成。材料的配比是以Li2ZnTi3O8粉体为基准，按照玻璃粉占Li2ZnTi3O8质量的0.5～3wt%，TiO2粉体占Li2ZnTi3O8质量的0～5wt%进行配料。通过传统固相反应法，即可得到本发明材料。本发明制备的低温共烧微波介质陶瓷，其烧结温度低(875℃左右)，微波介电性能优良，与Ag电极共烧良好，可以采用高导电率、低成本的纯银作为电极材料，可极大地降低器件的制造成本，可用于低温共烧陶瓷(LTCC)系统、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造。
文档编号H01B3/12GK102381874SQ201110215700
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者侯美珍, 包燕, 康晓玲, 李擘, 杨云, 狄洁昌, 陈国华 申请人:桂林电子科技大学