專利名稱：Li₂O-NiO-TiO₂三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及一種新型LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
信息技術(shù)的迅猛發(fā)展要求電子元件必須微型化、集成化和高頻化，這就要求必須將多個(gè)無源器件封裝集成在一個(gè)功能模塊里面，在眾多的封裝技術(shù)中，低溫共燒陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramic，簡(jiǎn)稱LTCC)技術(shù)以其高封裝密度、高數(shù)字響應(yīng)及RF特性， 越來越受到人們的重視。LTCC技術(shù)的應(yīng)用都要求微波介質(zhì)陶瓷材料能與高電導(dǎo)率的金屬電極Cu、Ag共燒。然而大多數(shù)的微波介質(zhì)材料因其高的燒結(jié)溫度，故無法與Cu、Ag共燒，因此，降低材料的燒結(jié)溫度，開發(fā)出能與Ag或Cu共燒的微波介質(zhì)陶瓷材料就顯得至關(guān)重要。降低微波介質(zhì)陶瓷材料燒結(jié)溫度的方法主要有⑴加入低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑，⑵ 化學(xué)方法制備超細(xì)粉體，( 尋找固有燒結(jié)溫度低的材料體系IlO(TC)。第一種方法最為簡(jiǎn)單，而且成本低，便于工業(yè)化生產(chǎn)，但是這種方法降低燒結(jié)溫度的程度有限(不容易獲得燒結(jié)溫度低于900°c的介質(zhì)陶瓷)，而且高摻雜量的燒結(jié)助劑會(huì)不同程度地惡化材料的微波介電性能。第二種方法制備工藝復(fù)雜，對(duì)絕大多數(shù)材料而言，燒結(jié)溫度降低的程度有限，很難滿足實(shí)際的需要。相比前面兩種方法而言，開發(fā)出固有燒結(jié)溫度低1100°C)、 性能優(yōu)異的材料體系，通過摻雜少量的燒結(jié)助劑以實(shí)現(xiàn)材料的低溫?zé)Y(jié)，隨著移動(dòng)通訊的迅猛發(fā)展，這種方法越來越受到人們的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燒結(jié)溫度低、微波性能優(yōu)異的Li2O-NiO-T^2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是1. Li2O-NiO-TiO2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，該介電陶瓷化學(xué)組成式為:Li20-Ni0-3Ti02+xwt% M，其中，0. 5 彡 χ 彡 2，M 為 BaCu (B2O5) ^ ZnB2O4 玻璃相。2. Li2O-NiO-TiO2S元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行1)首先將純度彡 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4 8小時(shí)。取出后在120 140°C下烘干， 以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫2 乩，得到燒塊；燒塊粉碎、 研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。
3)將合成主粉體燒塊粉碎，按 Li20-Ni0-3TiA+xwt% M 加入 BaCu(B2O5)或 Zr^2O4 玻璃相，其中0.5彡χ彡2;按照主粉體與純度彡99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精， 放入尼龍罐中球磨4 他，取出在120°C 140°C溫度下烘干，經(jīng)造粒后壓制成小圓柱(直徑為10 13mm，厚度為5 7mm)，在500°C 600°C條件下排膠4 6h，隨爐冷卻，然后在 850°C 900°C下燒結(jié)2 4h，即可得到Li2O-NiO-TW2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷。本發(fā)明的有益效果是按本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度低(<900°C)， 高頻介電常數(shù)達(dá)到24 28，QXf值高達(dá)11000-15000GHZ，及諧振頻率溫度系數(shù)(τ f)良好，可用于諧振器、微波天線、濾波器等LTCC微波器件的制造。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1微波介質(zhì)陶瓷材料Li20-Ni0_3Ti02+0. 5wt% BaCu (B2O5)的制備1)首先將純度彡 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4h。取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫池，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。3)將合成主粉體燒塊粉碎，向主粉體中加入0. 5wt%的BaCu(B2O5)，按照主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨4h，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成直徑為IOmm厚度為5mm的小圓柱，在500°C 600°C條件下排膠4h，隨爐冷卻，然后在900°C下燒結(jié)2h，即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 24. 6，QXf = 11400GHz, τ f = 27ppm/°C。實(shí)施例2微波介質(zhì)陶瓷材料Li20-Ni0_3TiA+l. 5wt% BaCu (B2O5)的制備1)首先將純度≥ 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合6h。取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫4h，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。3)將合成主粉體燒塊粉碎，向主粉體中加入1. 5wt%的BaCu(B2O5)，按照主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨4h，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成直徑為12mm厚度為6mm的小圓柱，在500°C 600°C條件下排膠6h，隨爐冷卻，然后在900°C下燒結(jié)3h，即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 28. 6, QXf = 14700GHz, τ f = 20ppm/°C。
實(shí)施例3微波介質(zhì)陶瓷材料Li20-Ni0-3Ti&+2wt% BaCu(B2O5)的制備1)首先將純度彡 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合8h。取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫他，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。3)將合成主粉體燒塊粉碎，向主粉體中加入2wt%的BaCu(B2O5)，按照主粉體與純度彡99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨8h，取出在120°C 140°C 溫度下烘干，造粒后壓制成直徑為13mm厚度為7mm的小圓柱，在500°C 600°C條件下排膠 6h，隨爐冷卻，然后在850°C下燒結(jié)4h，即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為 ε r = 28. 2, QXf = 14400GHz, τ f = 17ppm/°C。實(shí)施例4微波介質(zhì)陶瓷材料Li20-Ni0_3Ti02+0. 5wt% ZnB2O4的制備1)首先將純度彡 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合2h。取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫池，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。3)將合成主粉體燒塊粉碎，向主粉體中加入0. 5wt%的SiB2O4玻璃相，按照主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨4h，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成直徑為IOmm厚度為5mm的小圓柱，在500°C 600°C條件下排膠6h，隨爐冷卻，然后在850°C下燒結(jié)2h，即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 25. 1，QXf = 12800GHz, τ f = 24ppm/°C。實(shí)施例5微波介質(zhì)陶瓷材料Li20-Ni0_3Ti02+l. 5wt% ZnB2O4的制備1)首先將純度彡 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合6h。取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫4h，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。3)將合成主粉體燒塊粉碎，向主粉體中加入1. 5wt %的SiB2O4玻璃相，按照主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨他，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成直徑為IOmm厚度為5mm的小圓柱，在500°C 600°C條件下排膠6h，隨爐冷卻，然后在900°C下燒結(jié)3h，即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 25. 4, QXf = 14800GHz, τ f = 20ppm/°C。實(shí)施例6微波介質(zhì)陶瓷材料Li20-Ni0-3Ti&+2wt% ZnB2O4的制備1)首先將純度彡 99 % 的 Li2C03、NiO、TiO2 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1:1: 3配制成主粉體。2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為 1 1向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合8h。取出后在120 140°C下烘干，以80目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，得到塊狀主粉體后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫他，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊。3)將合成主粉體燒塊粉碎，向主粉體中加入2wt%的SiB2O4玻璃相，按照主粉體與純度> 99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨他，取出在120°C 140°C溫度下烘干，造粒后壓制成直徑為13mm厚度為7mm的小圓柱，在500°C 600°C條件下排膠4h，隨爐冷卻，然后在850°C下燒結(jié)4h，即可得到微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r = 27. 4, QXf = 6500GHz, τ f = 18ppm/°C。需要指出的是，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，上述實(shí)施例還可以舉出許多，根據(jù)申請(qǐng)人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書所提出的范圍，均可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.Li2O-NiO-TiO2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，介電陶瓷化學(xué)組成式為Li2O-NiO-3TiO2+xwt%M，其中，0.5≤1≤2，M為BaCu(B2O5)或ZnB2O4玻璃相。
2.如權(quán)利要求1所述的Li2O-NiO-T^2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行1)首先將純度≥99%的 Li2C03、Ni0、Ti02 按摩爾比 Li2CO3 NiO TiO2 = 1 :1:3 配制成主粉體；2)然后將配制好的主粉體混合均勻，按主粉體與純度≥99.9%酒精的重量比為1 1 向主粉體中加入酒精，采用濕磨法混合4 8小時(shí)，取出后在120 140°C下烘干，以80 目的篩網(wǎng)過篩，過篩后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至850°C 950°C并在此溫度下保溫2 6h，得到燒塊；燒塊粉碎、研磨后在壓塊并于 1000°C 1050°C進(jìn)行二次燒結(jié)，得到合成主粉體燒塊；3)將合成主粉體燒塊粉碎，按Li20-Ni0-3TiA+xwt% M加入BaCu(B2O5)或S^2O4玻璃相，其中0.5≤χ≤2;按照主粉體與純度≥99. 9%酒精的重量比為1 1加入酒精，放入尼龍罐中球磨4 8h，取出在120°C 140°C溫度下烘干，經(jīng)造粒后壓制成小圓柱(直徑為10 13mm，厚度為5 7mm)，在500°C 600°C條件下排膠4 6h，隨爐冷卻，然后在 850°C 900°C下燒結(jié)2 4h，即可得到Li2O-NiO-TW2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了Li2O-NiO-TiO2三元體系低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，該介電陶瓷化學(xué)組成式為Li2O-NiO-3TiO2+xwt％M，其中，0.5≤x≤2，M為BaCu(B2O5)或ZnB2O4玻璃相。將純度≥99％的Li2CO3、NiO和TiO2為主要原料，先按摩爾比Li2CO3∶NiO∶TiO2＝1∶1∶3預(yù)先煅燒合成主粉體，然后在主粉體中加入一定量的BaCu(B2O5)或ZnB2O4玻璃相來降低其燒結(jié)溫度，從而獲得燒結(jié)溫度，介電常數(shù)與Q×f高，諧振頻率溫度系數(shù)小的LTCC微波介質(zhì)材料。本發(fā)明制備的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)材料，其燒結(jié)溫度低(≤900℃)，微波性能優(yōu)異，可用于諧振器、微波天線、濾波器等微波器件的制造。
文檔編號(hào)H01B3/12GK102167581SQ20101060690
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉來君, 周煥福, 常寶成, 徐偉, 方亮, 覃遠(yuǎn)東, 陳秀麗 申請(qǐng)人:廣西新未來信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司