一種低溫共燒陶瓷微波介質(zhì)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫共燒陶瓷微波介質(zhì)材料，其材料組成為L(zhǎng)i3FeMo3O12。本發(fā)明還公開了一種制備低溫共燒陶瓷微波介質(zhì)材料的簡(jiǎn)單高效方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：(1)將Li2CO3、MoO3和Fe2O3按Li3FeMo3O12化學(xué)式稱量配料；(2)將步驟(1)中的原料混合，并加入助磨劑球磨，并將球磨后的原料烘干、過(guò)篩；(3)在步驟(2)制備的粉料中加入有機(jī)粘接劑造粒，烘干后過(guò)篩、壓片；(4)將步驟(3)的壓片產(chǎn)物于500～600℃燒結(jié)，保溫2～4小時(shí)，制得超低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷。利用本發(fā)明方法制備得到的新型Li3FeMo3O12超低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷，具有超低燒結(jié)溫度，低介電常數(shù)，高品質(zhì)因數(shù)及可調(diào)的諧振頻率溫度系數(shù)，可用于LTCC基板材料及微波元器件材料，具良好的商業(yè)價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種低溫共燒陶瓷微波介質(zhì)材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及功能陶瓷領(lǐng)域，特別涉及一種具有超低燒結(jié)溫度，可用于低溫共燒陶 瓷技術(shù)的微波介質(zhì)陶瓷新材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微波元器件向高頻化、小型化、多功能、高可靠、低成本發(fā)展，LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)技術(shù)逐漸成為高頻基板和集成器件應(yīng)用的首選方法。由 LTCC工藝制備的低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷可實(shí)現(xiàn)各種無(wú)源、有源器件的集成及芯片的貼裝， 不僅有效減小微波元器件的尺寸，實(shí)現(xiàn)了高集成，而且提高了元器件功能的多樣性。
[0003] 根據(jù)LTCC的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和使用要求，LTCC用微波介質(zhì)陶瓷主要分為L(zhǎng)TCC基 板/封裝材料和LTCC用微波元器件材料兩大類。LTCC基板材料應(yīng)具有低燒結(jié)溫度、低介電 常數(shù)、低介電損耗等。對(duì)于LTCC用微波元器件而言，其介質(zhì)材料的介電常數(shù)（ε )、品質(zhì)因子 (Qf)、諧振頻率溫度系數(shù)（τ f)等成為選擇和應(yīng)用的重要指標(biāo)。
[0004] 目前得到應(yīng)用的LTCC基板材料主要為玻璃陶瓷和微晶玻璃，如Murata公司的 Ba0-Si02-Al203,其 ε 為 6. 1，Qf 為 1500GHz ;Dupont 公司的 951 (Al203+CaZr03+glass)，其 ε為7. 8, Qf為900GHz。這些材料的一大局限性是Qf值小，介電損耗大，且燒結(jié)溫度通常 大于800°C。
[0005] 目前研究用于微波元器件的的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷體系較多，主要有A1203 系、硅酸鹽系、鈦酸鹽系、awo4、M3(V0402、ΑΜΡ 207以及ΜΜ〇04系等。其中部分材料可以達(dá)到 很高的Qf值，如A1 203，其ε為10左右，Qf達(dá)680000GHz，但燒結(jié)溫度高，且諧振頻率溫度 系數(shù)較大（-60X1(T7°C)。而對(duì)于固有燒結(jié)溫度偏低的、性能（ε :8?12，Qf:10,000 ? 100, 000GHz)較好的體系，如AW04、M3(V04)2AMP 207以及MM〇04,都存在諧振頻率溫度系數(shù)較大 的問(wèn)題（τ f :-30 ?-100Xl(T7tO。
[0006] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠同時(shí)滿足LTCC基板材料和LTCC微波元器件 材料應(yīng)用，且具有超低燒結(jié)溫度的新型微波介質(zhì)陶瓷材料。超低的燒結(jié)溫度不僅可于提高 集成度和元器件功能的多樣性，還可滿足鋁等賤電極的使用條件，可大大降低能耗和生產(chǎn) 成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)超低溫度燒結(jié)，介電常數(shù)低、Qf值較高、諧振頻 率溫度系數(shù)由負(fù)到正可調(diào)的LTCC用微波介質(zhì)陶瓷材料，可滿足LTCC基板材料和LTCC微波 元器件材料的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明為一種新型超低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷，其原料組成及其摩爾百分比含量為 Li3FeMo3012，其由 Li2C03、Mo03 和 Fe203 制備而得。
[0009] 所述陶瓷的制備步驟如下：
[0010] (1)將 Li2C03、M〇03 和 Fe203 按 Li3FeMo3012 化學(xué)式稱量配料；
[0011] (2)將步驟（1)中的原料混合，加入助磨劑球磨，后將球磨后的原料烘干、過(guò)篩。
[0012] 優(yōu)選的，球磨時(shí)間為8?12h。
[0013] 優(yōu)選的，此處球磨將原料粉碎至80?400目。
[0014] 所述助磨劑為固體助磨劑或液體助磨劑或者兩者混合物。
[0015] 優(yōu)選的，所述助磨劑為液體助磨劑，包括三乙醇胺、聚合醇胺、聚合多元醇、三異丙 醇胺、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、糖醚和十二烷基苯中的一種或多種。
[0016] 優(yōu)選的，所述助磨劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2?2%。
[0017] 更優(yōu)選的，所述助磨劑為0. 3?lwt%乙二醇及0. 3?lwt%三乙醇胺的混合物。
[0018] 更優(yōu)選的，所述助磨劑為lwt%乙二醇及l(fā)wt%三乙醇胺的混合物。
[0019] (3)對(duì)步驟（2)所得粉料烘干后過(guò)篩，壓片；
[0020] 優(yōu)選的，步驟3)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?8%的PVA溶液造粒。
[0021] 更優(yōu)選的，PVA溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。
[0022] 優(yōu)選的，步驟（3)壓片大小為再用粉末壓片機(jī)壓成Φ12_Χ6_的圓柱形。
[0023] 優(yōu)選的，所述步驟（3)粉末壓片機(jī)的壓力為20?300MPa。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟（3)粉末壓片機(jī)的保壓時(shí)間為10s?5min。
[0025] (4)將步驟⑶的壓片產(chǎn)物于500?600°C燒結(jié)，保溫2?6小時(shí)，制得超低溫?zé)?結(jié)微波介質(zhì)陶瓷。
[0026] 優(yōu)選的，所述步驟（4)溫度為540?570°C，保溫3?5小時(shí)。
[0027] 優(yōu)選的，所述步驟（4)溫度為560°C，保溫4小時(shí)。該條件適合制備用于基板材料。
[0028] 優(yōu)選的，所述步驟（4)溫度為575?600°C，保溫3?5小時(shí)。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟（4)溫度為590°C，保溫4小時(shí)。
[0030] 所述步驟（1)的化學(xué)原料純度大于99. 9%。該條件適合制備微波元器件。
[0031] 利用本發(fā)明方法制備得到的新型Li3FeM〇30 12超低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷，具有超低 燒結(jié)溫度（540?600°C)，低介電常數(shù)（10. 1?11. 6)，高品質(zhì)因數(shù)（2, 327?18, 824GHz)及 可調(diào)的諧振頻率溫度系數(shù)（-84. 59?24. 90 X 10_7°C )，可用于LTCC基板材料及微波元器件 材料，具良好的商業(yè)價(jià)值。此外，該制備工藝與常規(guī)制備工藝相比更加簡(jiǎn)便，通過(guò)助磨劑乙 二醇及三乙醇胺的加入，大大提高了球磨效率，而未經(jīng)過(guò)預(yù)燒的粉料壓片后可直接在超低 的溫度下燒結(jié)成瓷，制備過(guò)程能耗低污染小，應(yīng)用前景廣闊。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，而不用做對(duì)本發(fā)明的限制。
[0033] 本發(fā)明采用純度大于99. 9%的化學(xué)原料Li2C03、Mo03和Fe20 3制備Li3FeMo3012微波 介質(zhì)陶瓷，具體實(shí)施方案如下：
[0034] (1)將Li2C03、M〇03和Fe 203分別按摩爾比3:6:1稱量配料，混合后將原料加入尼 龍罐中，并加入助磨劑(推薦為lwt%乙二醇及l(fā)wt%三乙醇胺的混合物)，球磨8?12小時(shí)； 將球磨后的原料置于紅外干燥箱中烘干、過(guò)篩；
[0035] (2)在步驟2)制得的粉料中加質(zhì)量百分比為2?8%的PVA溶液(優(yōu)選5%，根據(jù)實(shí) 際需要而變化）進(jìn)行造粒，烘干后過(guò)篩，再用粉末壓片機(jī)壓成Φ12_Χ6_的圓柱形；壓片 壓力為20?300MPa，保壓時(shí)間為10s?5min。
[0036] (3)將步驟⑵的圓柱于500?600°C燒結(jié)，保溫2?4小時(shí)，制得超低溫?zé)Y(jié)微 波介質(zhì)陶瓷；
[0037] (4)測(cè)試步驟（3)制得的溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷的微波介電性能。
[0038] 本發(fā)明具體實(shí)施例的原料配比為：3. 5610克Li2C03、2. 5653克Fe203、13. 8737克 Mo03。
[0039] 具體實(shí)施例的相關(guān)工藝參數(shù)和微波介電性能的測(cè)試結(jié)果詳見表1。
[0040] 表1具體實(shí)施例的相關(guān)工藝參數(shù)和微波介電性能的測(cè)試結(jié)果
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種低溫共燒陶瓷微波介質(zhì)材料，其特征在于，所述材料組成為L(zhǎng)i3FeM 〇3012。
2. -種制備低溫共燒陶瓷微波介質(zhì)材料的簡(jiǎn)單方法，包括： (1) 將 Li2C03、M〇03 和 Fe203 按 Li3FeMo3012 化學(xué)式稱量配料； (2) 將步驟（1)中的原料混合，并加入助磨劑球磨，后將球磨后的原料烘干、過(guò)篩； (3) 對(duì)步驟（2)過(guò)篩后的粉料造粒，烘干后過(guò)篩、壓片； (4) 將步驟⑶的圓柱于500?600°C燒結(jié)，保溫2?6小時(shí)，制得超低溫?zé)Y(jié)微波介 質(zhì)陶瓷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述助磨劑為液體助磨劑，包括三乙醇 胺、液體助磨劑母液、聚合醇胺、聚合多元醇、三異丙醇胺、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、糖醚 和十-燒基苯中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述助磨劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2?2%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2?4任一所述的方法，其特征在于，所述助磨劑為0. 3?lwt%乙二 醇及0. 3?lwt%三乙醇胺的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述助磨劑為lwt%乙二醇及l(fā)wt%三乙醇 胺的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?8%的 PVA溶液造粒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3)壓片的壓力為20?300MPa。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3)壓片的保壓時(shí)間為10s? 5min〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟4)溫度為540?570°C，保溫 3?5小時(shí)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2或10所述的方法，其特征在于，所述步驟4)溫度為560°C，保溫4 小時(shí)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟4)溫度為575?600°C，保溫 3?5小時(shí)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2或12所述的方法，其特征在于，所述步驟4)溫度為590°C，保溫4 小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK104230337SQ201310491659
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】郭棟, 廖擎瑋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所