一種用于ltcc技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種低溫?zé)Y(jié)中介溫度穩(wěn) 定型的微波介質(zhì)陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于微波通信技術(shù)的迅速發(fā)展，衛(wèi)星通信、汽車電話和便攜式電話等移動 通信領(lǐng)域?qū)π⌒突?、輕型化、集成化和高可靠性的微波電路和微波器件的需求量日益增加。 低溫共燒陶瓷技術(shù)（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)是近年來興起的一種新型 多學(xué)科交叉的整合組件技術(shù)，它在推動微波器件體積小型化和提高微波電路組裝密度中都 起到了巨大作用，成為電子器件模塊化的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，LTCC用微波介質(zhì)陶瓷材料 在日本、美國等發(fā)達(dá)國家已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化、系列化和可進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的階段。為了能與銀（熔 點(diǎn)為961°C )等高電導(dǎo)率的金屬電極在空氣中共燒，微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度要降到950°C 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。
[0003] 目前已報(bào)道的ZnO-ZrO2-TiO2-Nb2O5四元系微波介質(zhì)陶瓷，由于其燒結(jié)溫度低、介 電常數(shù)適中、品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，并且其不與Ag內(nèi)電極漿料起反應(yīng)，可采用低鈀含量的銀 鈀漿料作為內(nèi)電極用于低溫共燒陶瓷（LTCC)的制備，大大降低多層器件的成本。隨組分變 化，ZnZrTi3Nb2CU本系陶瓷具有相對低的燒結(jié)溫度1150°C )，較小的諧振頻率溫度系數(shù) (20X 10 6/°C )，中等介電常數(shù)（~45)，較高的品質(zhì)因數(shù)（35, OOOGHz)。因此，降低其燒結(jié) 溫度和諧振頻率溫度系數(shù)，并能保持相對較好的介電性能，滿足LTCC材料要求，成為研究 者努力的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，是在現(xiàn)有技術(shù)具有中溫?zé)Y(jié)特性的中介低損耗ZnZrTi3Nb 2O14系微 波介質(zhì)陶瓷基礎(chǔ)上，通過添加一定質(zhì)量比的低熔點(diǎn)CuO材料作為燒結(jié)助劑，從而獲得燒結(jié) 溫度低、中等介電常數(shù)、品質(zhì)因數(shù)高及諧振頻率溫度系數(shù)近零的LTCC微波介質(zhì)陶瓷。
[0005] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] -種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其化學(xué)式為 ZnZrTi3Nb2O14+(1-6) wt% Cu0〇
[0007] 該中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法，具體步驟如下：
[0008] (1)將化學(xué)原料ZnO、Zr02、1102和Nb 205分別按ZnZrTi 3Nb2014化學(xué)計(jì)量比稱量配 料；
[0009] (2)將步驟⑴配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨12小 時(shí)；再將球磨后的原料置于紅外干燥箱中烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
[0010] (3)將步驟⑵處理后的粉料于850°C下預(yù)燒，保溫3小時(shí)，合成熔塊；
[0011] (4)在步驟（3)預(yù)燒處理后的熔塊中外加質(zhì)量百分比為1. 55~2. 05%的聚乙烯 和（l-6)wt%CuO,放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨24小時(shí)，烘干后過80目 篩，再用粉末壓片機(jī)以200~400MPa的壓力壓成還體；
[0012] (5)將步驟⑷成型后的坯體于880~920°C燒結(jié)，保溫4~6小時(shí)，用于LTCC技 術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料；
[0013] 所述步驟（1)的化學(xué)原料的純度均大于99. 9%。
[0014] 所述步驟（2)或步驟⑷的陶瓷粉體與氧化鋯球、去離子水的質(zhì)量比為I : 1 : 2。
[0015] 所述步驟（2)或步驟（4)采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分。
[0016] 所述步驟⑵或步驟⑷的烘干溫度為100°C。
[0017] 所述步驟⑷的還體為Φ IOmmX 5mm的圓柱體。
[0018] 所述步驟（5)的燒結(jié)溫度為910°C，保溫時(shí)間為5小時(shí)。
[0019] 本發(fā)明提供了一種可用于LTCC技術(shù)的高Q值中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料 及其制備方法，所制得的ZnZrTi3Nb2O14+(1-6) wt % CuO微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度為880~ 920°C，相對介電常數(shù)為40~43,品質(zhì)因數(shù)為21，400~32, 100GHz，諧振頻率溫度系數(shù) 為-16 X 10 6/°C~13 X 10 6/°C。此方法制得的低損耗溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料具有較 低的燒結(jié)溫度（小于920°C )，是潛在的低溫共燒陶瓷材料，該制備工藝簡單，過程無污染， 具有廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，實(shí)例中所用原料均為市售分析純試 劑（純度大于99. 9% )，具體實(shí)施例如下。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] (1)將原料211〇、2抑2、1102、他20 5分別按摩爾比1:1:3:1稱量配料；
[0023] (2)將上述配制的粉料混合后放入聚酯罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨12 小時(shí)，粉體、氧化鋯球和去離子水的質(zhì)量比為I : 1 : 2;將球磨后的原料置于紅外干燥箱 中于KKTC下烘干，烘干后過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
[0024] (3)將上述混合均勻的粉料于850°C下預(yù)燒3小時(shí)，合成熔塊；
[0025] (4)在上述預(yù)燒后的熔塊中外加質(zhì)量百分比為1. 85%的聚乙烯醇和4%的CuO,放 入聚酯罐中，加入氧化鋯球和去離子水，粉料、氧化鋯球和去離子水的質(zhì)量比為I : 1 : 2， 球磨24小時(shí)，在紅外干燥箱中100°C烘干后過80目篩，再用粉末壓片機(jī)以300MPa的壓力壓 成Φ IOmmX 5mm的圓柱體生還；
[0026] (5)將上述成型后的坯體于910°C燒結(jié)，保溫5小時(shí)，制成用于LTCC技術(shù)的中介溫 度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷；
[0027] 采用Agilent 8720ES網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)合小型高低溫箱測試其微波介電性能，測得 性能如下：
[0028] 相對介電常數(shù)：42.7
[0029] 品質(zhì)因數(shù)：28, 396GHz
[0030] 諧振頻率溫度系數(shù)：I. 2 X 10 6/°C
[0031] 實(shí)施例2-6
[0032] 實(shí)施例2-6制備過程與實(shí)施例1完全相同，其相關(guān)工藝參數(shù)與介電性能詳見表1。
[0033] 表1
[0034]
[0035] 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，一些細(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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其化學(xué)式為 ZnZrTi3Nb 2O14+(1-6) wt% Cu0〇 該用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法，具體 步驟如下： (1) 將化學(xué)原料ZnO、Zr02、1102和Nb 205分別按ZnZrTi 3他2014化學(xué)計(jì)量比稱量配料； (2) 將步驟（1)配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨12小時(shí)；再 將球磨后的原料置于紅外干燥箱中烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料； (3) 將步驟（2)處理后的粉料于850°C下預(yù)燒，保溫3小時(shí)，合成熔塊； (4) 在步驟（3)預(yù)燒處理后的熔塊中外加質(zhì)量百分比為1.55~2. 05%的聚乙烯和 (l-6)wt% CuO,放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨24小時(shí)，烘干后過80目篩， 再用粉末壓片機(jī)以2~4MPa的壓力壓成坯體； (5) 將步驟（4)成型后的坯體于880~920°C燒結(jié)，保溫4~6小時(shí)，用于LTCC技術(shù)的 中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其 特征在于，所述步驟（1)的化學(xué)原料的純度均大于99. 9%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材 料，其特征在于，所述步驟（2)或步驟（4)的陶瓷粉體與氧化鋯球、去離子水的質(zhì)量比為 1:1:2。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料， 其特征在于，所述步驟（2)或步驟（4)采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/ 分。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其 特征在于，所述步驟（2)或步驟（4)的烘干溫度為KKTC。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其 特征在于，所述步驟（4)的還體為?10_X5mm的圓柱體。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其 特征在于，所述步驟（5)的燒結(jié)溫度為910°C，保溫時(shí)間為5h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于LTCC技術(shù)的中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料，其化學(xué)式為ZnZrTi3Nb2O14+(1～6)wt％CuO。先將原料ZnO、ZrO2、TiO2和Nb2O5按ZnZrTi3Nb2O14化學(xué)計(jì)量比稱量配料，經(jīng)過球磨、烘干、過篩后于850℃預(yù)燒，合成熔塊；再向熔塊中外加質(zhì)量百分比為1.55～2.05％的聚乙烯和(1～6)wt％CuO，再經(jīng)球磨、烘干、過篩后壓力壓型為坯體；坯體于880～920℃燒結(jié)，制得中介溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷材料。本發(fā)明具有較低的燒結(jié)溫度，是潛在的低溫共燒陶瓷材料；其相對介電常數(shù)為40～43，品質(zhì)因數(shù)為21,400～32,100GHz，諧振頻率溫度系數(shù)為-16×10-6/℃～13×10-6/℃；制備工藝簡單，過程無污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B35/495, C04B35/622
【公開號】CN105000883
【申請?zhí)枴緾N201510475271
【發(fā)明人】李玲霞, 呂笑松, 孫浩, 李賽, 葉靜, 張帥
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年8月5日