本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種新型的低溫?zé)Y(jié)鋰鎂鈮系微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代移動通信的迅速發(fā)展，推動著各類微波移動通信終端設(shè)備向小型化、輕量化、多功能化及低成本化的方向快速發(fā)展。以低溫共燒陶瓷(low-temperature co-fired ceramic,LTCC)技術(shù)為基礎(chǔ)的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可有效減小器件體積，是實(shí)現(xiàn)元器件向小型化、集成化以及模塊化的重要途徑。LTCC技術(shù)采用多層結(jié)構(gòu)，要求微波介質(zhì)材料能與高導(dǎo)電率和廉價的銀電極(961℃)實(shí)現(xiàn)共燒。因此，要求對于使用在微波元器件上的微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度要在950℃以下。添加低熔點(diǎn)氧化物或玻璃燒結(jié)助劑以降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度是最常見的一種降低燒結(jié)溫度的方法。
Li3Mg2NbO6是一種具有優(yōu)越微波介電性能的新型的微波介質(zhì)材料，其介電常數(shù)為16.8，Q×f值為79,643GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-27.2ppm/℃，但是燒結(jié)溫度為1250℃。其較高的燒結(jié)溫度導(dǎo)致其不能運(yùn)用于LTCC技術(shù)中。本發(fā)明采用傳統(tǒng)固相法，在添加助熔劑的條件下，低溫?zé)Y(jié)制備出Li3Mg2NbO6微波介質(zhì)陶瓷。
因此，本發(fā)明采用傳統(tǒng)固相法，在添加助熔劑的條件下，制備出低溫?zé)Y(jié)的Li3Mg2NbO6微波介質(zhì)陶瓷，以便滿足其在LTCC技術(shù)的運(yùn)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的，是克服Li3Mg2NbO6系微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度過高、不能運(yùn)用于LTCC技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種以Li2CO3、MgO、Nb2O5為主要原料、外加B2O3作為燒結(jié)助劑、燒結(jié)溫度由1250℃成功降至950℃以下的鋰鎂鈮系微波介質(zhì)陶瓷，同時保持其優(yōu)異的微波介電性能。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
一種低溫?zé)Y(jié)鋰鎂鈮系微波介質(zhì)陶瓷，其組成為Li3Mg2NbO6-xB2O3，其中0.05％≤x≤1.5％。
上述低溫?zé)Y(jié)鋰鎂鈮系微波介質(zhì)陶瓷的制備方法，具有以下步驟：
(1)將Li2CO3、MgO、Nb2O5原料，按化學(xué)式Li3Mg2NbO6進(jìn)行配料，按原料：去離子水：磨球＝1:16:15的質(zhì)量比加入聚酯罐中，在球磨機(jī)上球磨4～6小時；
(2)將步驟⑴球磨后的原料置于干燥箱中，于80～130℃烘干，烘干后過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
(3)將步驟⑵混合均勻的粉料在1050℃預(yù)燒4小時；
(4)在步驟⑶預(yù)燒后的陶瓷粉料放入聚酯罐中，外加質(zhì)量百分比0.05～1.5％的B2O3與煅燒后的粉體混合，然后加入無水乙醇和氧化鋯球，在球磨機(jī)上球磨6～8小時；待無水乙醇自然揮發(fā)后在陶瓷粉料中外加重量百分比為8～10％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，過80目篩，再用粉末壓片機(jī)成型為坯體；
(5)將步驟⑷的坯體于850～950℃燒結(jié)，保溫2～5小時，制得鋰鎂鈮系微波介質(zhì)陶瓷。
所述步驟(1)的Li2CO3、MgO、Nb2O5原料的質(zhì)量純度大于99.9％。
所述步驟(4)的B2O3添加量為0.1％。
所述步驟(4)的壓片機(jī)的工作壓強(qiáng)為4MPa，坯體規(guī)格為Φ10mm×5mm的圓柱體。
所述步驟(5)的燒結(jié)溫度為925℃，保溫4小時。
本發(fā)明以Li3Mg2NbO6微波介質(zhì)陶瓷為基礎(chǔ)，外加B2O3燒結(jié)助劑，成功將其燒結(jié)溫度由1250℃降至925℃，制備出介電常數(shù)為14.0、品質(zhì)因數(shù)67,451GHz、諧振頻率溫度系數(shù)為-16.32ppm/℃的鋰鎂鈮系微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明的制備工藝簡單，過程無污染，改善了其諧振頻率溫度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)，是一種很有前途的LTCC微波介質(zhì)材料。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用純度大于99.9％的化學(xué)原料Li2CO3、MgO、Nb2O5制備Li3Mg2NbO6微波介質(zhì)陶瓷。
本發(fā)明將Li2CO3、MgO、Nb2O5原料按化學(xué)式Li3Mg2NbO6進(jìn)行配料，按原料:去離子水:磨球＝1:16:15的質(zhì)量比加入聚酯罐中，球磨4～8小時；將球磨后的原料置于紅外干燥箱中于80～130℃烘干，過40目篩，再于1000～1100℃煅燒4小時；再將煅燒后的陶瓷粉料放入球磨罐中，外加質(zhì)量百分比為0.05～1.5％的B2O3燒結(jié)助劑加入煅燒后的粉料中，然后加入氧化鋯球和無水乙醇球磨6～12小時；再在無水乙醇揮發(fā)后的陶瓷粉料中外加重量百分比為8～10％的石蠟粘合劑進(jìn)行造粒，過80目篩后，用粉末壓片機(jī)于4MPa的壓力下將粉末壓成直徑為10mm、厚度為5mm的生坯；將生坯在800～950℃燒結(jié)，保溫2～5小時，制得低溫?zé)Y(jié)Li3Mg2NbO6系微波介質(zhì)陶瓷。最后通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試制品的微波介電性能。
本發(fā)明具體實(shí)施例如下。
實(shí)施例1:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.05％的B2O3-0.0100g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例2:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.1％的B2O3-0.0200g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例3:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.5％的B2O3-0.1000g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例4:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為1％的B2O3-0.2000g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例5:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為1.5％的B2O3-0.3000g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于925℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例6:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.1％的B2O3-0.0200g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于850℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例7:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.1％的B2O3-0.0200g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于875℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例8:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.1％的B2O3-0.0200g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于900℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
實(shí)施例9:
1.依照微波介質(zhì)陶瓷組分Li3Mg2NbO6，稱Li2CO3-6.8344g、MgO-4.9705g、Nb2O5--8.1951g配料，共20g；混合粉料加入聚酯罐中，加入160ml去離子水和150g鋯球后，在行星式球磨機(jī)上球磨4小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分；
2.將球磨后的原料置于干燥箱中，于120℃烘干并過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
3.將粉料于1050℃煅燒4小時；
4.將煅燒后的粉料放入聚酯罐中，再稱取質(zhì)量百分比為0.1％的B2O3-0.0200g與煅燒后的粉料混合，加入氧化鋯球和無水乙醇二次球磨6小時，出料后待無水乙醇揮發(fā)，過40目篩；然后外加重量百分比為8％的石蠟作為粘合劑進(jìn)行造粒，并過80目篩；再用粉末壓片機(jī)以4MPa的壓力壓成直徑為10mm，厚度為5mm的坯體；
5.將坯體于950℃燒結(jié)，保溫4小時，制得低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)鋰鎂鈮陶瓷；
最后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀及相關(guān)測試夾具測試所得樣品微波特性。
本發(fā)明具體實(shí)施例的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)及介電性能檢測結(jié)果詳見表1。
表1
本發(fā)明實(shí)施例的檢測方法如下:
1.樣品的直徑和厚度使用千分尺進(jìn)行測量。
2.借助Agilent 8720ES網(wǎng)絡(luò)分析儀，采用開始搶平行板法測量所制備圓柱形陶瓷材料的節(jié)電常數(shù)，將測試夾具放入ESPEC MC-710F型高低溫循環(huán)溫箱進(jìn)行諧振頻率溫度系數(shù)的測量，溫度范圍為25-85℃測試頻率在12-14GHz范圍內(nèi)。
3.采用閉式腔法測量所制備圓柱形陶瓷樣品的品質(zhì)因數(shù)。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。