一種Ba-Nd-Ti體系LTCC材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
[0002] 本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，設(shè)及一種低溫?zé)Y(jié)Ba-Nd-Ti體系微波介質(zhì) 陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[000引微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波（300MHz到30GHz)頻段電路中作為介質(zhì)材料并完 成一種或多種功能的陶瓷，是現(xiàn)代通信技術(shù)中的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用于介質(zhì)諧振器、 濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)波導(dǎo)回路、微波電容、雙工器、天線等微波元器件。
[0004] 應(yīng)用于微波頻段的介質(zhì)陶瓷，應(yīng)滿足如下要求；（1)適宜的介電常數(shù)W利于器件 的小型化（介質(zhì)元器件的尺寸與介電常數(shù)Ef的平方根成反比）；（2)高的品質(zhì)因數(shù)QW降 低損耗，一般要求QX f > 3000GHz (其中f為諧振頻率）。；(3)穩(wěn)定的接近零的頻率溫度系 數(shù)，W保證器件的溫度穩(wěn)定性；(4)與銀或銅有良好的共燒性。近年來隨著電子信息技術(shù)不 斷向高頻化和數(shù)字化方向發(fā)展，對元器件的小型化，集成化W至模塊化的要求也越來越迫 切。低溫共燒陶瓷LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) W其優(yōu)異的電學(xué)、機械、熱 學(xué)及工藝特性，已經(jīng)成為電子器件模塊化的主要技術(shù)之一。近年來國內(nèi)外的研究人員對一 些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究。在微波介質(zhì)陶瓷中Ba-Nd-Ti體系具有良好的 微波介電性能，和可調(diào)的頻率溫度系數(shù)，但通常都具有高的燒結(jié)溫度（> 1200°C )，不能直 接與Ag、Cu等低烙點金屬共燒，該在很大程度上限制了其在LTCC領(lǐng)域的應(yīng)用。因此如何降 低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度至900°CW下成了研究重點，目前通常采用的降低微波介質(zhì)材 料的燒結(jié)溫度的方法有；（1)改進制備工藝如采用化學(xué)合成方法制備，降低燒結(jié)溫度，但該 方法工藝復(fù)雜，制作周期增加；（2)使用超細粉體作原料，提高粉體活性，降低陶瓷燒結(jié)溫 度，但該方法成本高；（3)添加低烙點氧化物或低烙點玻璃燒結(jié)助劑，在燒結(jié)過程中，低烙 點氧化物或玻璃燒結(jié)助劑形成液相，降溫效果明顯，且工藝簡單，易于批量生產(chǎn)。因此為 降低制作成本，大多采用第=種方法降低微波介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度。
[0005] 近年來，越來越多的陶瓷材料研究大多數(shù)都朝著高介電、低損耗和高品質(zhì)因數(shù)等 方向發(fā)展。眾所周知，應(yīng)用在微波材料方面的Ba-Nd-Ti @NT)體系陶瓷也不例外。BNT材料 具有良好的微波介電性能，較高的介電常數(shù)巧0~85)和品質(zhì)因數(shù)巧000~lOOOOGHz) W 及可調(diào)的諧振頻率溫度系數(shù)。然而，未滲雜的BNT陶瓷材料燒結(jié)溫度卻高達1350°C，無法與 銀共燒。為了降低燒結(jié)溫度，傳統(tǒng)的方法一種為滲入低烙點氧化物，如B203及V 2〇5,然而游 離的B203及V 2〇。在后期流延過程中易導(dǎo)致漿料粘度過大而不穩(wěn)定，限制了其實際應(yīng)用；另 一種方法是滲入低烙點玻璃，但玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗，且玻璃在烙煉 過程中性能不穩(wěn)定，成本較高，因而，雖然已有研究關(guān)注無玻璃相的低溫高介電陶瓷，但實 際生產(chǎn)中能應(yīng)用的體系并不多，極大限制了低溫共燒技術(shù)及微波多層器件的發(fā)展。鑒于W 上敘述，如何制備一種穩(wěn)定的、可低溫?zé)Y(jié)的、高性能的高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料是工 業(yè)應(yīng)用的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述存在的問題或不足，本發(fā)明提供了一種Ba-Nd-Ti @NT)體系低溫共燒陶 瓷（LTCC)材料及其制備方法。
[0007] Ba-Nd-Ti體系低溫共燒陶瓷材料，其原料組成為質(zhì)量百分比90. 15 %~100%的 Ba-Nd-Ti @NT)和質(zhì)量百分比0%~9. 85%的降燒劑。
[000引 降燒劑組成為；30%《降燒劑A《100%和0%《降燒劑B《70%。
[0009] 降燒劑A成分組成的質(zhì)量百分比為；35%《Li2C〇3《 39%、49%《H3B03《52% 和 0. 68%《Si〇2《12. 13%、0. 17%《CuO《1. 35%、3. 7%《A1 2〇3《6. 97%
[0010] 降燒劑B分組成的質(zhì)量百分比為；44. 25%《Ba(0H)2 ?細2〇《67. 47%、8. 65% 《化0《19. 19%和 9. 57%《23. 56%、3. 77%《CaC〇3《23. 54%。
[0011] Ba-Nd-Ti體系低溫共燒陶瓷材料的制備方法，包括下列步驟：
[001引 步驟1;將原材料830)3、刷203和1'102粉體按摩爾比830)3;炯203化02=4;9.3; 18配料，W去離子水為介質(zhì)行星球磨3~7小時，取出后在100°C下烘干，W 60目篩網(wǎng)過 篩，然后在800°C~1200°C大氣氣氛中預(yù)燒5~8小時合成主要晶相為具有斜方晶系類巧 鐵礦鶴青銅結(jié)構(gòu)的固溶體Ba4Nd9.3Tii8054和BaNd 2Tis0i4即BNT基料；
[001引步驟2 ;將原材料叫哪、郵03、Si02、CuO、AI2O3按質(zhì)量百分比35 % 《^20)3《39%、49%《113803《52%和0.68%《5102《12.13%、0.17%《010《1.35%、 3. 7%《Al203《6. 97%進行配料，W酒精為介質(zhì)行星球磨3~7小時，烘干后W 60目篩網(wǎng) 過篩，于500°C~800°C預(yù)燒2~5小時，制得降燒劑A ;
[0014] 步驟3 ;降燒劑B制備，將原材料Ba(0H)2 ?細2〇、化0、H3BO3、CaC〇3按質(zhì)量百分比 44. 25%《Ba(0H)2 .8&0《67. 47%、8. 65%《ZnO《19. 19%和9. 57%《&8〇3《23. 56%、 3. 77%《CaC〇3《23. 54%配料，使用去離子水為球磨介質(zhì)，行星球磨3~12小時，烘干過 篩，在500°C~800°C下保溫2~8小時預(yù)燒，然后在1100°C~1500°C保溫1~5小時烙 融，再澤火形成玻璃渣，將制備的玻璃渣再破碎球磨成降燒劑B備用；
[0015] 步驟4 ;將制備的降燒劑A和降燒劑B按照質(zhì)量百分比30%《降燒劑A《100% 和0%《降燒劑B《70%混合，制得降燒劑；
[0016] 步驟5 ;在所述BNT基料中加入占總質(zhì)量百分比為0%~9. 85%的降燒劑，W酒精 為介質(zhì)行星球磨20min，取出后在100°C下烘干，添加劑量占原料總質(zhì)量2~5%的丙締酸 溶液作為粘結(jié)劑造粒，壓制成型，最后在850°C~900°C大氣氣氛中燒結(jié)1~4小時，制成 Ba-Nd-Ti體系低溫共燒陶瓷材料。
[0017] 綜上所述本發(fā)明具有W下優(yōu)點；Ba-Nd-Ti體系陶瓷燒結(jié)溫度《 900°C，高等介 電常數(shù)化0~90) W利于器件的小型化，高的品質(zhì)因數(shù)Qf值（2000~5000)和低的損耗 (《10-4)。
【具體實施方式】
[001引本發(fā)明材料原料組成為；質(zhì)量百分比為90. 15%~100%的Ba-Nd-Ti和質(zhì)量百分 比0%~9. 85%的降燒劑。
[0019] 所述降燒劑組成為30%<降燒劑A《100%和0%《降燒劑B < 70%。
[0020] 所述降燒劑A組成為質(zhì)量百分比為；35%《Li2C〇3《39%、49%《H3B03《52% 和 0. 68%《Si〇2《12. 13%、0. 17%《CuO《1. 35%、3. 7%《A1 2〇3《6. 97%
[002U 所述降燒劑B組成質(zhì)量百分比為；44. 25%《Ba(0H)2 ? 8&0《67. 47%、8. 65% 《化0《19. 19 % 和 9. 57 %23. 56 %、3. 77 %《CaCO 23. 54 %。
[00巧實施例；
[0023] 表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的各成分含量的幾個具體實施例的數(shù)據(jù)，表2給出各實施 例的微波介電性能。其制備方法如上所述，用圓柱介質(zhì)諧振器法進行微波介電性能的評價。
[0024] 表 1 ;
[0025]
【主權(quán)項】
1. 一種Ba-Nd-Ti體系LTCC材料，其原料組成為質(zhì)量百分比90. 15 %~100 %的 Ba-Nd-Ti (BNT)和質(zhì)量百分比0%~9. 85%的降燒劑； 降燒劑組成為：30%<降燒劑A < 100%和0%<降燒劑B < 70% ; 降燒劑A成分組成的質(zhì)量百分比為：35 %彡Li2CO3S 39 %、49 %彡H 3B03< 52 %和 0. 68%^ SiO2^ 12. 13%,0. 17%^ CuO ^ 1. 35%,3. 7%^ Al 203^ 6. 97% ； 降燒劑B成分組成的質(zhì)量百分比為：44. 25 %彡Ba(OH)2 · 8H20彡67. 47 %、8. 65% 彡 ZnO 彡 19. 19 % 和 9. 57 % 彡 H3BO3彡 23. 56 %、3. 77 % 彡 CaCO 3彡 23. 54 %。
2. 如權(quán)利要求1所述Ba-Nd-Ti體系LTCC材料的制備方法，包括下列步驟： 步驟1 :將原材料BaOT3、Nd203和TiO 2粉體按摩爾比BaCO 3:Nd 203:Ti0 2= 4 :9. 3 :18配 料，以去離子水為介質(zhì)行星球磨3~7小時，取出后在KKTC下烘干，以60目篩網(wǎng)過篩，然 后在800°C~1200°C大氣氣氛中預(yù)燒5~8小時合成主要晶相為具有斜方晶系類鈣鈦礦鎢 青銅結(jié)構(gòu)的固溶體Ba 4Nd9.31118054和BaNd 2Ti5014即BNT基料； 步驟 2 :將原材料 Li2C03、H3B03、Si02、CuO、Al 2O3按質(zhì)量百分比 35%彡 Li 2C03< 39%、 49 % 彡 H3BO3S 52 % 和 0· 68 % 彡 SiO 2彡 12. 13 %、0· 17 % 彡 CuO 彡 I. 35 %、3· 7 % < Al2O3S 6. 97%進行配料，以酒精為介質(zhì)行星球磨3~7小時，烘干后以60目篩網(wǎng)過篩， 于500°C~800°C預(yù)燒2~5小時，制得降燒劑A ; 步驟3 :降燒劑B制備，將原材料Ba(OH)2 .8!120、211〇、駛03、0&0)3按質(zhì)量百分比44.25% <Ba(0H)2.8H20< 67.47%、8.65%<Zn0<19.19%*9.57%<H3B03< 23.56%、3.77% < CaCO3S 23. 54%配料，使用去離子水為球磨介質(zhì)，行星球磨3~12小時，烘干過篩，在 500°C~800°C下保溫2~8小時預(yù)燒，然后在IKKTC~1500°C保溫1~5小時熔融，再淬 火形成玻璃渣，將制備的玻璃渣再破碎球磨成降燒劑B備用； 步驟4 :將制備的降燒劑A和降燒劑B按照質(zhì)量百分比30%彡降燒劑A彡100%和0% <降燒劑B < 70 %混合，制得降燒劑； 步驟5 :在所述BNT基料中加入占總質(zhì)量百分比為0 %~9. 85 %的降燒劑，以酒精為 介質(zhì)行星球磨20min，取出后在100°C下烘干，添加劑量占原料總質(zhì)量2~5%的丙稀酸 溶液作為粘結(jié)劑造粒，壓制成型，最后在850°C~900°C大氣氣氛中燒結(jié)1~4小時，制成 Ba-Nd-Ti體系低溫共燒陶瓷材料。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及電子材料技術(shù),尤其涉及一種低溫?zé)Y(jié)Ba-Nd-Ti體系微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。該陶瓷材料的原料成分為質(zhì)量百分比90.15％～96.85％的Ba-Nd-Ti和質(zhì)量百分比0％～9.85％的降燒劑，降燒劑組成為：30％≤降燒劑A≤100％和0％≤降燒劑B≤70％。本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度≤900℃，介電常數(shù)(60～90)，Qxf(GHz):2000～5000?？捎糜诘蜏毓矡沾上到y(tǒng)、多層介質(zhì)諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
【IPC分類】C04B35-63, C04B35-468, C04B35-622
【公開號】CN104671775
【申請?zhí)枴緾N201510036883
【發(fā)明人】李恩竹, 牛娜, 張鵬, 鄒蒙瑩, 周曉華, 唐斌, 張樹人
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月26日