專利名稱：發(fā)光低溫共燒陶瓷粉和其制備方法、及發(fā)光低溫共燒陶瓷的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低溫共燒陶瓷粉及其制備方法以及發(fā)光低溫共燒陶瓷，尤其是涉 及一種發(fā)光低溫共燒陶瓷粉及其制備方法。
背景技術：
近年來，在半導體技術飛速發(fā)展的帶動下，電子元器件不斷向小型化、集成化和高 頻化方向發(fā)展。選擇適當?shù)哪芘c銀等導電材料在不超過900°C的溫度下低溫共燒的陶瓷，從 而制作多層元件或把無源器件埋入多層電路基板中，成為上述趨勢的必然要求，作為無源 集成元件主要介質材料的低溫共燒陶瓷也因此成為一種重要的發(fā)展趨勢。目前，低溫共燒陶瓷LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic)材料主要是將適 量燒結助劑引入介質陶瓷系統(tǒng)后，利用液相燒結機制促進材料的致密化，所述燒結助劑通 常為低熔點氧化物或低熔點玻璃。例如，在Ca0-B203體系中加入B203、Bi203等可使燒結溫 度下降至950°C。另一方面，發(fā)光材料廣泛應用于各種顯示和照明技術上，新型發(fā)光材料的研制對 于發(fā)光器件性能的改善以及新顯示技術都有重要意義。然而，LTCC技術應用的主要領域是半導體照明技術，但是當目前尚無既滿足LTCC 工藝要求又能夠發(fā)光的材料。而Sol-Gel法是金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶液到溶膠再變?yōu)槟z而固化，此后 經(jīng)熱處理而成氧化物或其他化合物的方法。它與傳統(tǒng)的高溫固相反應相比，具有起始反應 活性高、各組份相互混合時均勻性好、合成溫度低、節(jié)省能源等明顯優(yōu)點，是合成高純度、高 熔點的優(yōu)良堿土金屬硅酸鹽發(fā)光材料的必要條件。但目前為止，還沒有關于Sol-Gel法制備LTCC發(fā)光陶瓷方面的公開報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種低溫共燒陶瓷粉及其制備方法，以及由所述低溫共燒 陶瓷粉燒結所得的低溫共燒陶瓷，所述低溫共燒陶瓷的燒結溫度低，介電常數(shù)可控，介電損 耗低，機械強度高，且同時具有一定的發(fā)光強度。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種低溫共燒陶瓷粉，含有15 20mol%的&0)3和 60 70mol % 的 Si (0C2H5) 4、10 25mol % 的 B203、3 llmol % 的光激活劑、0. 9 3. 2mol % 的敏化劑以及電荷補償劑經(jīng)煅燒形成，其中，所述敏化劑對于所述光激活劑的發(fā)光具有敏 化作用，所述電荷補償劑的含量等于所述光激活劑與所述光敏化劑的總和。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種低溫共燒陶瓷粉，其中，上述光激活劑為EU203 或EuN03，所述敏化劑為Bi203或BiN03，所述電荷補償劑為LiC03或LiN03。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種低溫共燒陶瓷，其由上述任意一種發(fā)光低溫 共燒陶瓷粉經(jīng)燒結形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種發(fā)光低溫共燒陶瓷粉的制備方法，其包括以下步驟1)制備凝膠的步驟，首先，將原料CaC03、光激活劑、對所述光激活劑所發(fā)的光具有敏化作用的敏化劑、 電荷補償劑以及燒結助劑粉末放入大燒杯中并加入HNO3使其溶解至澄清，再加入溶于熱水 的H3bo3制備無機溶液，其后，把乙醇倒入Si(0C2H5)4中制備有機溶液，并加入相當于有機溶液體積的 10%適量CH3C00H做穩(wěn)定劑，其中Si(0C2H5)4與乙醇的體積比為1 1，然后，把所述無機溶液緩慢倒入所述有機溶液中，采用硝酸做催化劑并用硝酸調 整溶液PH值使其為2.左右，在75°C的水浴中攪拌90min制備凝膠，其中，在所述凝膠中含有15 20mol %的CaC03和60 70mol %的Si (0C2H5)4、 10 25mol%&B203、3 llmol%的光激活劑、0. 9 3. 2mol%的敏化劑、相當于所述光激 活劑與所述光敏化劑的總含量的電荷補償劑，所述敏化劑對于所述光激活劑的發(fā)光具有敏 化作用；2)制備玻璃粉的步驟，將所述凝膠放入90°C烘箱中烘干，此后再放入馬弗爐中于 600°C預燒3h，粉碎后過80目篩制得玻璃粉；3)將所述玻璃粉與相當于所述玻璃粉重量1. 5 2. 5倍量的乙醇或水混合、球磨 24 48小時后干燥，從而制備發(fā)光低溫共燒陶瓷粉。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還可以提供一種發(fā)光低溫共燒陶瓷粉的制備方法，其中， 上述光激活劑為Eu203或者EuN03，所述敏化劑為Bi203或者BiN03，所述電荷補償劑為LiC03 或者LiN03。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)燒結溫度低，燒結溫度在800 900°C之間，無需保護氣氛；2)可以控制燒結收縮率為10 20%，在1MHz下介電常數(shù)為3 7 ；并且可得到 較低的介電損耗系數(shù)；3)強度和熱物理性能適當，三點彎曲強度大于120MPa，并且在20 400°C范圍內 其熱膨脹系數(shù)為5 9ppm/°C，數(shù)值上較接近GaAs芯片的熱膨脹系數(shù)；4)發(fā)光強度較好，在395nm波長的光激發(fā)下的發(fā)光強度已經(jīng)達到傳統(tǒng)的Y203:Eu發(fā) 光強度的65. 7%,465nm的藍光激發(fā)下的發(fā)光強度也達到了 Y203:Eu發(fā)光強度的47. 8%。5)制備工藝先進，采用Sol-Gel，起始反應活性高、各組份相互混合時均勻性好、 合成溫度低、節(jié)省能源等統(tǒng)的玻璃熔融方法和微晶玻璃制備方法，制得玻璃粉加入粘接劑 后可直接燒結?；谏鲜鰞?yōu)點，本發(fā)明的低溫共燒陶瓷可以應用于LTCC基板材料，諧振器等電子 器件及其他微電子封裝材料領域以及白光LED封裝材料領域。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中
圖1為本發(fā)明的實施例1所涉及的發(fā)光光譜圖1(a)是激發(fā)波長為395nm和 465nm的激發(fā)光譜；圖1 (b)是監(jiān)測波長為612nm時的陶瓷樣品的發(fā)射光譜。圖2為由本發(fā)明的實施例1所制得的陶瓷樣品的掃描電鏡照片。圖3為本發(fā)明的的實施例1所制得的陶瓷樣品的XRD圖譜。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考 附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。實施例11)制備凝膠的步驟首先，將原料CaC03、Eu203、Bi203、Li2C03以及H3B03放入大燒杯中并加入HN03使其 溶解至澄清，再加入溶于熱水的H3bo3制備無機溶液，其后，把乙醇倒入Si(0C2H3)4中制備有機溶液，并加入相當于有機溶液體積的 10%的CH3C00H做為穩(wěn)定劑，其中Si (0C2H3) 4與乙醇的體積比為1 1，然后，把所述無機溶液緩慢倒入所述有機溶液中，采用硝酸做催化劑并用硝酸調 整溶液PH值使其為2左右，在75°C的水浴中攪拌90min制備凝膠，其中，在所述凝膠中含有15mol % 的 CaC03 ；60mol % 的 Si (0C2H3) 4 ；25mol % 的 B203 ； 9mol% 的 Eu203 ；2mol% 的 Bi203 ；以及 llmol% 的 Li2C03。2)制備玻璃粉的步驟，將所述凝膠放入90°C烘箱中烘干，此后再放入馬弗爐中于 600°C預燒3h，粉碎后過80目篩制得玻璃粉；3)將所述玻璃粉與相當于所述玻璃粉重量2倍量的乙醇混合、球磨24 48小時 后干燥制備發(fā)光低溫共燒陶瓷粉。將上述合成的陶瓷粉造粒壓片后在875°C下燒結3小時制得陶瓷試樣。圖1為陶 瓷試樣的發(fā)光光譜圖1(a)是激發(fā)波長為395nm和465nm的激發(fā)光譜；圖1(b)是監(jiān)測波長 為612nm時發(fā)射光譜。從此圖中可以看出在紫外395nm以及藍光465nm波長的光激發(fā)下在 612nm處有較強的紅光發(fā)射，該陶瓷具有較強的熒光性能。圖2為陶瓷試樣的掃描電鏡照片。從掃描電鏡照片可知，根據(jù)本發(fā)明制備的陶瓷 幾乎沒有大尺寸的氣孔，同時也達到致密化燒結。圖3為陶瓷試樣的XRD圖譜。從圖中可以看出Eu3+，Bi3+的摻雜對基體的相組成 基本上沒有影響，加入稀土后合成的樣品中的主晶相仍然是CaSi03，CaB204, Si02。實施例21)制備凝膠的步驟首先，將原料CaC03、Eu203、Bi203、Li2C03以及H3B03放入大燒杯中并加入HN03使其 溶解至澄清，再加入溶于熱水的H3bo3制備無機溶液，其后，把乙醇倒入Si(0C2H3)4中制備有機溶液，并加入相當于有機溶液體積的 10%的CH3C00H做穩(wěn)定劑，其中Si (0C2H3) 4的體積比為1 1，然后，把所述無機溶液緩慢倒入所述有機溶液中，采用硝酸做催化劑并用硝酸調 整溶液PH值使其為2左右，在75°C的水浴中攪拌90min制備凝膠，其中，在所述凝膠中含有15mol % 的 CaC03 ；60mol % 的 Si (0C2H3) 4 ；20mol % 的 B203 ；7mol% 的 Eu203 ；1. 5mol% 的 Bi203 ；以及 8. 5mol% 的 Li2C03。2)制備玻璃粉的步驟，將所述凝膠放入90°C烘箱中烘干，此后再放入馬弗爐中于 600°C預燒3h，粉碎后過80目篩制得玻璃粉；3)將所述玻璃粉與相當于所述玻璃粉重量2. 5倍量的乙醇混合、球磨24 48小 時后干燥制備發(fā)光低溫共燒陶瓷粉。將上述合成的陶瓷粉造粒壓片后在850°C下燒結3小時制得陶瓷試樣。經(jīng)過測試， 該樣品的相關性能與例1樣品的性能基本一致。根據(jù)以上實施例制得的陶瓷具有1)燒結溫度低，無需保護氣氛；2)可以控制燒 結收縮率為10 20%，在1MHz條件下的介電常數(shù)為3 7 ；并且可得到較低的介電損耗系 數(shù)，介電損耗在0. 002以下；3)強度和熱物理性能適當，三點彎曲強度大于120MPa，并且在 20 400°C范圍內的熱膨脹系數(shù)為5 9ppm/°C，數(shù)值上較接近GaAs芯片的熱膨脹系數(shù)； 4)在紫外395nm以及藍光465nm波長的光激發(fā)下在612nm處有較強的紅光發(fā)射，發(fā)光強度 較好；5)制備工藝先進，起始反應活性高、各組份相互混合時均勻性好、合成溫度低、節(jié)省 能源等統(tǒng)的玻璃熔融方法和微晶玻璃制備方法，制得玻璃粉加入粘接劑后可直接燒結等優(yōu) 點?；谏鲜鰞?yōu)點，本發(fā)明的低溫共燒陶瓷可以應用于LTCC基板材料，諧振器等電子器件 及其他微電子封裝材料領域以及白光LED封裝材料領域。盡管參照本發(fā)明的上述示意性實施例對本發(fā)明的具體實施方式
進行了詳細的描 述，但是必須理解，本領域技術人員可以設計出多種其他的改進和實施例，這些改進和實施 例將落在本發(fā)明原理的精神和范圍之內。具體而言，在前述公開、附圖以及權利要求的范圍 之內，可以作出合理的變型和改進，而不會脫離本發(fā)明的精神，其范圍由所附權利要求及其 等同物限定。
權利要求
一種發(fā)光低溫共燒陶瓷粉，其特征在于，其由含有15～20mol％的CaCO3和60～70mol％的Si(OC2H5)4、10～25mol％的B2O3、3～11mol％的光激活劑、0.9～3.2mol％的敏化劑以及電荷補償劑經(jīng)煅燒形成，其中，所述敏化劑對于所述光激活劑的發(fā)光具有敏化作用，所述電荷補償劑的含量等于所述光激活劑與所述光敏化劑的總和。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光低溫共燒陶瓷粉，其特征在于，所述光激活劑為EU203或 EuN03，所述敏化劑為Bi203或BiN03，所述電荷補償劑為LiC03或LiN03。
3.一種發(fā)光低溫共燒陶瓷，其由權利要求1或2的發(fā)光低溫共燒陶瓷粉經(jīng)燒結而形成。
4.一種發(fā)光低溫共燒陶瓷粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)制備凝膠的步驟，首先，將原料CaC03、光激活劑、對所述光激活劑所發(fā)的光具有敏化作用的敏化劑、電荷 補償劑以及燒結助劑粉末放入大燒杯中并加入HN03H其溶解至澄清，再加入溶于熱水的 H3B03制備無機溶液，其后，把乙醇倒入Si(0C2H5)4中制備有機溶液，并加入相當于有機溶液體積的10%適 量CH3C00H做穩(wěn)定劑，其中Si (0C2H5) 4與乙醇的體積比為1 1，然后，把所述無機溶液緩慢倒入所述有機溶液中，采用硝酸做催化劑并用硝酸調整溶 液PH值使其為2左右，在75°C的水浴中攪拌90min制備凝膠，其中，在所述凝膠中含有15 20mol%的CaC03和60 70mol%的Si (0C2H5)4、10 25mol %的B203、3 llmol %的光激活劑、0. 9 3. 2mol %的敏化劑、相當于所述光激活劑 與所述光敏化劑的總含量的電荷補償劑，所述敏化劑對于所述光激活劑的發(fā)光具有敏化作 用；2)制備玻璃粉的步驟，將所述凝膠放入90°C烘箱中烘干，此后再放入馬弗爐中于 600°C預燒3h，粉碎后過80目篩制得玻璃粉；3)將所述玻璃粉與相當于所述玻璃粉重量1.5 2. 5倍量的乙醇或水混合、球磨24 48小時后干燥，從而制備發(fā)光低溫共燒陶瓷粉。
5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述光激活劑為Eu203或EUN03，所述 敏化劑為Bi203或BiN03，所述電荷補償劑為LiC03或LiN03。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光低溫共燒陶瓷粉和其制備方法、及由其制備的發(fā)光低溫共燒陶瓷，所述發(fā)光低溫共燒陶瓷粉由含有15～20mol％的CaCO3、60～70mol％的Si(OC2H5)4、10～25mol％的B2O3、3～11mol％的光激活劑和0.9～3.2mol％的敏化劑以及相當于光激活劑和敏化劑總含量的電荷補償劑的凝膠經(jīng)煅燒制備所得。本發(fā)明的低溫共燒陶瓷粉燒結溫度低，介電損耗小，機械強度高，發(fā)光強度強。其可以應用于陶瓷基板，諧振器等電子器件以及其他微電子封裝材料領域以及白光LED封裝材料領域。
文檔編號C04B35/00GK101857423SQ20101017185
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權日2010年5月7日
發(fā)明者丁友誼, 劉世香, 周濟, 王睿 申請人:清華大學